Taglio al plasma: spiegazione del principio di funzionamento, dei materiali, dei vantaggi e dei limiti
Il concetto del taglio al plasma è piuttosto semplice. Si utilizza un flusso di gas ionizzato ad altissima temperatura per fondere il metallo conduttivo selezionato e separare la sezione.
Rispetto ad altri processi di taglio, il taglio al plasma sembra economico e pratico per i metalli conduttivi. Leggi questo articolo per scoprire tutto su questa tecnologia di taglio al plasma.
Taglio al plasma: una breve introduzione
Conoscete il quarto stato fondamentale della materia? Sì, il plasma.
Non è possibile definire il plasma utilizzando semplici definizioni di gas, solido o liquido. Il plasma è invece una materia speciale composta da gas ionizzato elettricamente conduttivo.
È sicuramente possibile trasformare il gas in plasma surriscaldato. Per farlo, sarebbero necessarie una fonte di calore elevata e energia elettrica.
In uno stato elettrico riscaldato, le molecole del gas vibrano violentemente, perdendo la loro neutralità elettronica. Si forma quindi un gas ionizzato, detto anche plasma.
La tecnologia di taglio al plasma utilizza questo gas ionizzato surriscaldato per creare un arco elettrico. Quest'arco può tagliare i materiali fondendoli all'istante.
Ti stai chiedendo come un gas ionizzato possa fondere e separare i materiali?
Bene, le torce al plasma possono raggiungere temperature fino a 40.000 °F, mentre la superficie del sole è a soli 10.000 °F. Ora puoi fare i calcoli!
Figura: Tecnologia di taglio al plasma
Tipi di taglio al plasma
La tecnologia del taglio al plasma può essere suddivisa in due categorie principali. Ad esempio,
1. Sistema di taglio al plasma convenzionale
In questo sistema, l'aria circostante viene utilizzata come arco plasma. Con il taglio al plasma convenzionale, il taglio risulta meno preciso. Questo sistema è adatto solo a materiali con tolleranze inferiori.
2. Sistema di taglio al plasma di precisione
Questo sistema di taglio al plasma utilizza ossigeno compresso, azoto, idrogeno e argon, o una miscela di alcuni gas. Con questa tecnica, è possibile tagliare un'ampia gamma di materiali con una precisione superiore.
Figura: taglio al plasma di precisione
La tecnologia del taglio al plasma può essere ulteriormente classificata in due tipologie. Ad esempio,
1. Contatto ad alta frequenza
In questo sistema, l'arco plasma viene innescato dal contatto diretto tra l'ugello e il pezzo in lavorazione. In genere, un sistema di taglio al plasma a contatto ad alta frequenza può tagliare materiali con uno spessore di circa 38 mm. Questo processo rapido viene utilizzato in ambito industriale per ottenere tagli puliti.
2. Arco pilota
In questo caso, non c'è contatto diretto tra l'ugello e il pezzo in lavorazione. Viene invece applicata una corrente ad alta tensione per creare un arco elettrico dall'elettrodo al pezzo. L'arco ionizza il gas, trasformandolo in un flusso di plasma. Questo flusso di plasma fonde e taglia i materiali.
Come funziona il taglio al plasma?
In parole povere, il plasma surriscaldato fonde i materiali nella zona interessata. Quindi, questo flusso ad alta velocità soffia via i materiali fusi, lasciando un taglio netto.
Ma come si ottiene esattamente questo taglio preciso?
Se si analizza il sistema di taglio al plasma, si trovano 3 componenti principali. Come ad esempio:
- Alimentazione elettrica
- Torcia al plasma
- Pezzo in lavorazione
Una volta acceso, l'alimentatore produce un arco elettrico ad alta tensione dalla torcia dell'elettrodo al pezzo in lavorazione. Contemporaneamente, l'aria compressa viene fatta passare attraverso un ugello che circonda l'elettrodo.
Come accennato in precedenza, l'energia elettrica può strappare gli elettroni dalle molecole gassose, trasformando il flusso in plasma ad alta temperatura. Il plasma genera una temperatura sufficiente a tagliare acciaio, ottone, rame e materiali simili all'alluminio.
Figura: Principio di funzionamento del taglio al plasma
Parti principali di una macchina per il taglio al plasma
Per completare un sistema di taglio al plasma sarebbero necessari più elementi.
1. Alimentazione
Un alimentatore da terra è la fonte di energia elettrica di un taglio al plasma. Fornisce una tensione continua costante compresa tra 200 e 400 volt.
2. Console di avvio dell'arco
L'ASC è responsabile della creazione della scintilla che innesca l'arco al plasma.
3. Consolle del gas
Questa console controlla la portata e la pressione dei gas di alimentazione necessari per la generazione e il taglio al plasma. Garantisce inoltre il corretto funzionamento del plasma e protegge i gas all'interno dell'ugello della torcia. Se necessario, è possibile aggiungere un compressore d'aria al sistema di taglio al plasma.
4. Torcia al plasma
La torcia per il taglio al plasma dei metalli è portatile o montata su supporto, simile a una torcia per saldatura. È composta da una testa della torcia, un elettrodo, un ugello e una piastra di turbolenza. L'ago e l'ugello vengono spesso sostituiti a causa della naturale usura.
5. Sistema di raffreddamento
Potrebbe essere necessario installare un sistema di raffreddamento per evitare il surriscaldamento dei componenti della torcia. Il sistema di raffreddamento può utilizzare acqua o aria per raffreddare il corpo della torcia e i componenti di consumo.
Figura: Sistema di taglio al plasma
Parametri di processo del processo di taglio al plasma
È possibile controllare la qualità del taglio al plasma e la finitura con i seguenti parametri,
1. Portata del gas
Il flusso di gas plasma influisce sulla stabilità e l'efficienza dell'arco. Regolando la portata del gas, è possibile scegliere la forma e la qualità del taglio.
2. Corrente d'arco
L'intensità del plasma, la velocità di taglio e la capacità sono direttamente collegate alla corrente d'arco. Una corrente d'arco più elevata genera più calore e porta a velocità di taglio più elevate. Correnti d'arco più basse consentono velocità di taglio ridotte, ma sono adatte per tagli di precisione.
3. Velocità di taglio
La velocità di taglio è la velocità con cui la torcia per il taglio al plasma dei metalli si muove sul pezzo in lavorazione. Una velocità di taglio eccessivamente elevata causa tagli irregolari con bordi irregolari. Anche in questo caso, una velocità di taglio bassa potrebbe causare deformazioni dovute all'apporto termico.
4. Tensione dell'arco
È la differenza di potenziale elettrico ai capi dell'arco plasma. Questo valore di tensione influenza la stabilità e la lunghezza dell'arco, che a sua volta determina la qualità del taglio.
5. Tipo di gas e pressione
La scelta del gas e la sua pressione possono essere fattori determinanti per la qualità del taglio e la produzione di scorie. Pressioni del gas più elevate possono essere vantaggiose solo per migliorare l'efficienza di taglio.
6. Dimensioni e forma dell'ugello
È possibile utilizzare ugelli diversi, ad esempio per tagli di precisione, tagli smussati e scriccature, a seconda del lavoro da svolgere. Le dimensioni e la forma dell'ugello determinano la lunghezza dell'arco e la portata del gas.
7. Spessore e tipo di materiale
I materiali con spessore maggiore sono generalmente associati a correnti d'arco più elevate, velocità di taglio inferiori e orifizi dell'ugello più grandi. Inoltre, alcuni materiali richiedono tipi di gas specifici o approcci di taglio a solco per ottenere tagli puliti e ridurre gli scarti.
Materiali compatibili con il taglio al plasma
Il taglio al plasma è principalmente dedicato al taglio di metalli conduttivi. Di seguito sono evidenziati i metalli più comuni e i loro utilizzi.
| Metalli | Settori serviti |
| Acciaio, acciaio dolce e acciaio inossidabile | Automotive, alimentare e medico |
| Ghisa | Automotive e edilizia |
| Alluminio | Aerospaziale e automobilistico |
| Rame | Elettrico |
| Ottone | Architettonico e decorativo |
| Titanio | Aerospaziale e medico |
Figura: Materiali conduttivi per il taglio al plasma
Gas utilizzati nel sistema di taglio al plasma
Per effettuare l'operazione di taglio al plasma è possibile utilizzare solo alcuni gas selettivi.
| Gas | Compatibile con i metalli | Commenti |
| Aria compressa | Acciaio dolce, acciaio inossidabile, alluminio | Taglio di qualità ed economico |
| Ossigeno | Acciaio dolce | Può tagliare metalli più grandi di 1'' |
| Azoto | Acciaio inossidabile e alluminio | Taglio di qualità |
| Argon/idrogeno | Acciaio inossidabile e alluminio | Può tagliare metalli più grandi di 1/2'' |
Vantaggi del taglio al plasma
Il principale vantaggio del taglio al plasma è la possibilità di tagliare metalli conduttivi con questa tecnica. È possibile ottenere tagli precisi e di qualità con spessori di metallo fino a 50 mm. Con poche regolazioni, è possibile spingere il limite di spessore fino a 150 mm.
Il taglio al plasma crea una piccola zona termicamente alterata nel pezzo. Tuttavia, è possibile controllarne l'entità utilizzando refrigeranti.
Il taglio al plasma è più economico e veloce rispetto ad altre tecnologie di taglio. Con un sistema di taglio al plasma CNC, è possibile migliorare la qualità di taglio e finitura.
Figura: Vantaggi del taglio al plasma
Limitazioni del taglio al plasma
Per quanto vantaggiosi possano sembrare i vantaggi del taglio al plasma, ci sono anche alcuni svantaggi. È necessario considerare entrambi gli aspetti prima di scegliere questa tecnologia di taglio. I principali svantaggi sono:
- Non è possibile ottenere tagli precisi su lamiere e piastre sottili.
- I sistemi di taglio al plasma sono compatibili solo con metalli conduttivi. Ciò significa che non è possibile lavorare materiali non conduttivi come polimeri, vetro, ceramica, ecc. utilizzando la tecnologia di taglio al plasma.
- Il taglio al plasma non sempre soddisfa gli standard per la lavorazione di precisione. Potrebbe lasciare scorie, scarti residui o bordi grezzi su geometrie complesse.
Confronto tra taglio al plasma, taglio laser e taglio a getto d'acqua
Il taglio al plasma viene spesso paragonato al taglio laser e taglio a getto d'acquaDi seguito puoi trovare una tabella comparativa tra taglio al plasma, taglio laser e taglio a getto d'acqua,
| Caratteristiche | Taglio al plasma | Taglio laser | Taglio a getto d'acqua |
| Costo di installazione | Economico | Costoso | Costoso |
| Profondità di taglio | <3,15'' | < 0,98'' | Fino a 12'' |
| Taglio di materiali non metallici | NO | SÌ | SÌ |
| Qualità del taglio | Bene | Eccellente | Eccellente |
| Velocità di taglio | Molto veloce | Veloce | Lento |
| Tolleranza | da ±0,02 a ±0,1 pollici | da ±0,002 a ±0,01 pollici | da ±0,001 a ±0,005 pollici |
Conclusione
La tecnologia di taglio al plasma è relativamente semplice ed economica rispetto ad altre operazioni di taglio. Garantisce una rapida rotazione e una produzione in serie di qualità.
Il taglio al plasma è ideale e garantisce un taglio preciso su metalli di spessore moderato. Se desiderate la massima precisione per i vostri prodotti, valutate altre opzioni di taglio, ad esempio il taglio a getto d'acqua.
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