Taglio al Plasma: errori più comuni nei tagli di grosso spessore

I rischi nel tagliare spessori grandi

Tantissime aziende metalmeccaniche si trovano, ogni giorno, a dover tagliare delle piastre metalliche. La scelta della tipologia di taglio dipende da tanti fattori, in particolare dallo spessore del componente da tagliare.
Generalmente, per un taglio preciso di spessori piccoli, fino a circa 20 mm, viene utilizzata la tecnologia laser.
Se si ha, invece, a che fare con spessori più grandi, da 50 mm a 75 mm circa, si può ricorrere alla tecnologia plasma, meno precisa rispetto al laser ma molto utilizzata.
Inoltre, all'aumentare dello spessore si ricorre ad altre tecniche non convenzionali come l'elettroerosione a filo (Wire Electro Discharge Machining o WEDM), fino a circa 300 mm, oppure come il taglio ad acqua (Waterjet), il quale permette di tagliare pressoché qualsiasi materiale fino a 600 mm di spessore.

Durante queste lavorazioni si può però incorrere in alcuni errori, specialmente durante il taglio di grosso spessore. I problemi che si possono avere sono dovuti a:

- formazione di bava;
- taglio a "V";
- taglio incompleto;
- qualità di taglio bassa durante la foratura.

I fattori che compromettono il taglio di grosso spessore

Generalmente, viene utilizzato il taglio plasma per tagliare grossi spessori.
Il taglio avviene nel seguente modo: avvicinando la torcia al materiale si innesca un arco elettrico che trasforma il gas ad alta pressione, che fuoriesce dall'ugello, in plasma. Il plasma, con il suo calore, scioglie il materiale che sarà poi eliminato dall'energia cinetica del gas stesso, dividendo la superficie in due parti.
I problemi sopra elencati sono all'ordine del giorno di chi si occupa di tale lavorazione.
Chi utilizza il taglio al plasma sa benissimo che, successivamente, corre il rischio di dover riprendere il pezzo in mano per rilavorarlo a meno che non stia attento ad alcuni fattori critici di processo, principali colpevoli della formazione di bava.
Con il termine bava si intende la parte di materiale risolidificata dopo il taglio perché non espulsa correttamente ma rimasta attaccata alla superfice.

Le principali variabili che influenzano tale formazione sono:
- velocità di taglio;
- pressione del gas inerte;
- distanza tra torcia e superficie;
- amperaggio;
- spessore;
- tipo di materiale.

La velocità di taglio è uno dei parametri tenuti più sott'occhio. Se si tagliasse a velocità ridotta rispetto a quella ottimale, il fascio plasma resterebbe un tempo maggiore nella solita posizione andando a fondere una porzione di materiale più grande, la quale si accumulerebbe nel bordo inferiore e si risolidificherebbe.
Viceversa, se si tagliasse a velocità superiore rispetto a quella ottimale, verrebbero generate delle piccole bave tenaci col rischio anche di creare problemi di instabilità dell'arco generato tra torcia e pezzo.
Inoltre, all'aumentare della pressione del gas inerte diminuisce la formazione di bava. Si deve però porre molta attenzione a non raggiungere valori troppo elevati tali da generare altri problemi fluidodinamici complessi.
Anche la distanza tra la torcia e la superficie da tagliare influisce su tale formazione.
Se si tagliasse ad una distanza superiore a quella ottimale, il fascio plasma avrebbe un'energia cinetica minore e non riuscirebbe ad espellere completamente tutto il metallo fuso. Discorso del tutto analogo per un basso amperaggio.

Al contrario, se si tagliasse ad una distanza inferiore a quella ottimale, il fascio plasma avrebbe un'energia cinetica maggiore che avrebbe lo stesso effetto di un taglio ad alta velocità.
Discorso del tutto analogo per un alto amperaggio.
Riassumendo in poche parole, l’amperaggio e la distanza tra torcia e lamiera sono legati alla velocità di taglio.
A velocità ridotte, conviene ridurre l'amperaggio e aumentare la distanza per fondere meno materiale. Viceversa, a velocità elevate.

La formazione di bava non è l'unico fattore che influisce sulla qualità ma un altro contributo è dato dall'inclinazione del taglio che, generalmente, ha la forma di una "V".

Le principali variabili che influenzano tale inclinazione sono:

- velocità di taglio;
- eccessiva distanza tra torcia e superficie;
- eccessivo amperaggio;
- usura dell'ugello.

I primi tre fattori sono legati tra di loro e, combinandoli, si potrebbero generare due tagli differenti: taglio con inclinazione positiva o negativa.

Un'inclinazione positiva viene formata a causa di eccessivo amperaggio, eccessiva distanza tra torcia e superficie e eccessiva velocità. In poche parole, il fascio generato, che si trova ad una distanza maggiore dalla superficie, ha una potenza tale da fondere una certa porzione di materiale ma, tale potenza, diminuisce lungo la profondità del pezzo da tagliare (e la velocità di taglio non dà il tempo necessario per fondere la stessa quantità di materiale dall’alto al basso) e, di conseguenza, si ottiene una diversa larghezza di taglio dal bordo superiore a quello inferiore che assume la forma di una "V".
Invece, un'inclinazione negativa viene formata a causa di eccessivo amperaggio, eccessiva distanza tra torcia e superficie e bassa velocità. Questa combinazione, rispetto alla precedente, comporta un aumento della rimozione del materiale dal bordo superiore a quello inferiore, ottenendo la forma di una "V rovesciata".

Infine, si può ottenere un'inclinazione irregolare (con superficie di taglio sia positiva che negativa) se l'ugello si è usurato eccessivamente.
Un altro errore che si può commettere è quello del taglio incompleto. Risulta ovvio che il problema non è legato direttamente alla qualità ma bensì alla non completezza del taglio stesso che dovrà quindi essere rieffettuato. Eseguire due volte la stessa operazione quasi sempre va a diminuire la qualità del taglio.
Le possibili cause sono imputabili a:
- velocità di taglio elevata, il materiale non ha il tempo necessario per fondersi completamente in tutta la sua profondità;
- distanza eccessiva tra torcia e lamiera, l'energia del flusso quando arriva alla superficie da tagliare non è tale da fondere e portare via tutto il metallo fuso;
- amperaggio troppo basso, discorso analogo al punto sopra;
- ugelli usurati/danneggiati.
Infine, un altro punto delicato consiste nella foratura.
Per un accoppiamento ideale, il foro deve essere cilindrico. Nel taglio di grosso spessore si può commettere l'errore di andare a forare un pezzo e ottenere un diametro diverso lungo la profondità. Questo comporterebbe, come per le bave, una successiva rilavorazione.

Le principali variabili che influenzano la cilindricità del foro sono:

- velocità di taglio, variabile lungo il percorso circolare del foro (rallenta per compensare il ritardo dell'arco plasma);
- diametro dell'ugello, se diminuisce si ottiene una precisione maggiore (vita dell'ugello ridotta);
- l'altezza di taglio, che deve rimanere costante durante lo sfondamento.

Altre possibili cause sono: la programmazione dell'attacco e dell'uscita del taglio, la tensione impostata e l'amperaggio dell'ugello.

Perché si ricorre al taglio al plasma

Il taglio al plasma viene utilizzato frequentemente per tagliare grossi spessori perché più economico e permette di ottenere comunque una buona qualità. È molto efficace anche nel taglio di spessori piccoli anche se, di solito, si ricorrere al laser per ottenere una qualità migliore.
Inoltre, viene preferito al taglio ad acqua perché, a parità di spessore e materiale, ha una velocità circa 10 volte superiore, anche se si ottiene una qualità inferiore.
Infine, se si volesse ottenere una qualità migliore durante il taglio di grossi spessori, si potrebbe ricorrere all'elettroerosione a filo, molto utilizzata nella produzione degli stampi.

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