Principio del taglio al plasma
Per cio’ che concerne il taglio al plasma, il metodo per la produzione di un plasma fortemente jonizzato consiste nell'operare in condizioni di arco strozzato costringendo cioè l'arco a passare attraverso un foro di dimensioni inferiori a quelle che competerebbero, a parità di corrente, ad un arco libero.
Si adotta allo scopo una speciale torcia per il taglio al plasma che tiene al centro un elettrodo di Tungsteno (catodo), circondato da una camera in rame (anodo). Verticalmente sotto l'elettrodo l'anodo presenta un piccolo foro attraverso il quale passa l'arco strozzato.
L'arco può scoccare fra l'elettrodo di Tungsteno e l'anodo di Rame (arco non trasferito), oppure fra l'elettrodo ed il metallo base (arco trasferito) come illustrato in figura 148.
L'anodo di Rame è energicamente raffreddato con circolazione d'acqua. La disposizione con arco non trasferito viene comunemente adottata nelle tecniche di metallizzazione a spruzzo o quando il materiale base non è conduttore mentre sia per il taglio al plasma quanto per la saldatura dei metalli si ricorre normalmente all'arco trasferito.
Lo scoccare dell'arco è accompagnato da una corrente di gas inerte o riducente che attraversa la torcia passando per il foro di anodo. La temperatura elevatissima (circa 20.000 °C) dell'arco strozzato trasforma il gas in un getto di plasma la cui temperatura può raggiungere i 10.000 °C. Il plasma trasferisce quindi sul pezzo l'energia dell'arco.
I filetti di plasma conduttore si attirano (effetto strizione) costringendo il getto a conseguire una sezione trasversale inferiore alla stessa sezione del foro d'anodo. La temperatura più elevata interessa i filetti centrali mentre in periferia il getto è meno caldo; questa circostanza migliora la conservazione della torcia.
L'alimentazione elettrica avviene normalmente in corrente continua polarità diretta. Per saldare l'Alluminio, dato il noto problema dell'ossido, si opera in polarità inversa, con correnti di intensità limitata, e con elettrodo di Rame raffreddato ad acqua.
Il generatore per il taglio al plasma deve avere caratteristica esterna discendente con tensione a vuoto di circa 200 V La tensione all'arco è di 100 ÷ 150 V. Operando con l'arco trasferito, è necessario inserire una resistenza fra l'anodo di rame ed il metallo base, per evitare che l'arco scocchi contro l'anodo.
Per le applicazioni di saldatura, la torcia prevede attorno all'anodo una seconda camicia destinata a convogliare un gas inerte per la protezione del bagno di fusione. In questo caso il plasma serve unicamente come sorgente di calore. Per facilitare l'accensione e la stabilità dell'arco e per contribuire alla jonizzazione del gas, è sempre necessario sovrapporre alla corrente continua di alimentazione, una perturbazione a radio-frequenza (cioè la scintilla pilota che già abbiamo visto nel procedimento TIG per le leghe leggere).
Il foro d'anodo ha normalmente diametro pari alla metà del diametro dell'elettrodo. Così, con un elettrodo da 12 mm il foro d'anodo è da 6 mm e si può operare con correnti di circa 1000 Ampere. Con un elettrodo da 8 mm si ha un foro d'anodo da 4 mm e l'intensità di corrente può raggiungere i 500 Ampere.
Facciamo notare che ad una corrente da 500 Ampere, con una tensione all'arco di 100 Volt corrisponde una potenza di 50 KW che, per le torcie al plasma rappresentano un valore medio normale.
Sia per la saldatura che per il taglio al plasma la tecnica dell'arco-plasma è molto recente ed i suoi sviluppi sono tutt'ora in piena evoluzione sia sul piano della ricerca scientifica quanto per le apparecchiature e per le applicazioni nel taglio al plasma.
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