Cos'è il taglio ad arco al plasma?

Introduzione al taglio ad arco al plasma

In natura esiste lo stato solido, quello liquido e quello gassoso; il quarto stato della materia è il plasma. Il plasma è semplicemente una colonna di gas surriscaldato utilizzabile per tagliare i metalli.

Le torce al plasma funzionano utilizzando aria compressa o gas compressi, ad esempio l'azoto, per ionizzare e produrre plasma. Tipicamente, i gas vengono immessi nella macchina e, dopo essere entrati in contatto con l'elettrodo, si ionizzano e producono una pressione maggiore. I gas espellono quindi un flusso o una colonna di plasma puro, sufficientemente caldo da tagliare i materiali.

In genere, per il taglio ad arco al plasma viene utilizzato un ugello in rame per restringere il flusso di gas mentre l'arco pilota lo attraversa. L'arco pilota salta da un elettrodo nella torcia al materiale da tagliare. Questo procedimento è definito "arco trasferito". Sebbene vi siano anche archi "non trasferiti", in genere questi non vengono utilizzati per il taglio.

Oltre all'ugello, di solito anche l'elettrodo è realizzato in rame, ma presenta un inserto metallico nel punto in cui l'arco si collega. Senza di esso, il rame si scioglierebbe troppo rapidamente.

In molti casi, nell'elettrodo della macchina da taglio al plasma viene utilizzato un inserto in tungsteno, in grado di resistere a temperature molto elevate con fusione o erosione minime. Alcune torce di minori dimensioni utilizzano un elettrodo "a matita" realizzato interamente in tungsteno con un'estremità affilata.

Tuttavia, in presenza di ossigeno, il tungsteno brucia rapidamente. Se si utilizza ossigeno o aria compressa, l'inserto è in afnio. L'afnio ha una durata di gran lunga maggiore in presenza di ossigeno e ha un punto di fusione molto alto; tuttavia, si consuma comunque a ogni accensione dell'arco.

Vantaggi del taglio ad arco al plasma

Il taglio al plasma presenta una serie di vantaggi. È possibile tagliare tutti i materiali conduttivi, compresi lamiere e metalli non ferrosi, e ottenere un'eccellente qualità di taglio per spessori fino a 50 mm. Lo spessore massimo dei tagli è di 150 mm.

Inoltre, il taglio ad arco al plasma offre l'approccio migliore e più conveniente per il taglio di alluminio e acciaio inossidabile di medio spessore, sia che il sistema sia portatile o montato su una macchina CNC. In genere, questo processo taglia rapidamente e con una minima produzione di scorie, producendo un taglio liscio e un solco di taglio più stretto.

Poiché non è necessario il preriscaldamento, è possibile risparmiare tempo e denaro e ottenere anche velocità elevate, in particolare sui metalli più sottili. Il taglio al plasma offre inoltre prestazioni migliori quando si esegue il taglio di metalli impilati.

Quando si lavora con forme, angoli, tubi o canali diversi, il processo al plasma consente di tagliare in modo più preciso e veloce. È anche più facile da utilizzare rispetto a molti altri tipi di sistemi di taglio, con requisiti di pulizia minimi. Non richiede stoccaggio né l'impiego di gas esplosivi con fiamme libere, quindi garantisce anche una maggiore sicurezza.

Gas utilizzati nel taglio ad arco al plasma

L'ossigeno viene utilizzato in una torcia al plasma analogamente a come viene impiegato in una torcia ad acetilene. L'ossigeno nel flusso di plasma reagisce con l'acciaio dolce. La reazione chimica tra l'ossigeno nel gas plasma e il metallo di base aiuta ad aumentare la velocità di taglio e a migliorare la qualità del bordo.

Poiché l'ossigeno non ha la stessa reazione dell'acciaio inossidabile o dell'alluminio, per tali metalli è possibile utilizzare gas meno costosi come azoto o aria compressa, che spesso è costituita principalmente da azoto.

Altri gas speciali vengono talvolta utilizzati per scopi diversi. Il gas argon, ad esempio, viene utilizzato per la marcatura al plasma, che utilizza l'arco al plasma per produrre uno scolorimento superficiale. Una miscela di argon e idrogeno può essere utilizzata per tagliare alluminio o acciaio inossidabile più spesso. Per il taglio di acciaio inossidabile più sottile, è inoltre possibile utilizzare una miscela di idrogeno e azoto o metano e azoto.

La scelta della miscela da utilizzare dipende dalle esigenze specifiche. Ogni miscela ha diversi livelli di qualità del taglio, nonché diverse fasce di prezzo e requisiti di manipolazione.

Materiali da tagliare con il taglio ad arco al plasma

Durante i processi di taglio al plasma possono essere utilizzati solo materiali metallici elettricamente conduttivi, ad esempio acciaio dolce, acciaio inossidabile e alluminio. Anche molti altri metalli e leghe sono conduttivi, ad esempio rame, ottone, titanio, monel, inconel, ghisa e altri. Tuttavia, le temperature di fusione di alcuni di questi metalli li rendono difficili da tagliare con un bordo di buona qualità.

Differenza tra il taglio ad arco al plasma e il taglio a ossicombustibile

Il processo di taglio ad arco al plasma è generalmente ritenuto un'alternativa al taglio a ossicombustibile. Il processo con il taglio al plasma si differenzia in quanto utilizza l'arco per fondere il metallo. Il processo a ossicombustibile, invece, utilizza l'ossigeno per ossidare il metallo e il calore della reazione esotermica per fondere il metallo.

In genere, il taglio a ossicombustibile è adeguato per i metalli più spessi e può tagliare l'acciaio da 15 a 30 cm. Alcuni sistemi possono tagliare l'acciaio fino a 50 cm di spessore. Inoltre, non richiedono elettricità, quindi è la scelta ideale per operazioni di taglio sul campo. In aggiunta, oltre che tagliare, le torce da taglio a ossicombustibile possono anche saldare, brasare, giuntare, riscaldare e intagliare.

Differenza tra il taglio ad arco al plasma e il taglio laser

Il taglio laser offre la tecnologia più avanzata nell'ambito del taglio termico. In questo processo di taglio, viene generato un raggio laser nel risonatore a cavità di un sistema di taglio laser. Durante il taglio e la saldatura, il raggio laser viene guidato attraverso un sistema di percorsi del raggio fino alla testa di taglio.

Con il taglio ad arco al plasma, è possibile tagliare solo il metallo. Il taglio laser offre invece la possibilità di tagliare qualsiasi tipo di materiale. È inoltre estremamente preciso poiché sfrutta la potenza della luce ottica. Sebbene siano in grado di tagliare in modo più dettagliato, i laser sono anche molto più costosi di altre macchine da taglio industriali, come quelle al plasma.

Quando è opportuno scegliere il taglio ad arco al plasma?

Quando si tratta di tagliare il metallo, ogni sistema, compreso il taglio ad arco al plasma, presenta vantaggi e svantaggi. La scelta del processo migliore dipende da una serie di fattori, tra cui il tipo e lo spessore del metallo da tagliare, l'ubicazione del lavoro, il budget e le risorse di alimentazione disponibili.