PRODUZIONE E UTILIZZAZIONE DEL PLASMA NEI PROCEDIMENTI DI TAGLIO E DI SALDATURA

tecnologia meccanica

Produzione e utilizzazione del plasma nei procedimenti di taglio e di saldatura

Funzionamento e generalità sulla torcia

Gas plasmogeni

Applicazioni del plasma

Torce particolari

Problemi

Il plasma è il quarto stato della m 757b11h ateria, esso è formato dalla divisione in ioni ed elettroni di atomi di un certo gas (aria, ossigeno ecc, vedremo in seguito) grazie ad un arco voltaico.

La machina per la formazione del plasma è costituita da un generatore a corrente continua e da uno in corrente alternata ad alta frequenza (per facilitare la ionizzazione e l'accensione dell'arco elettrico) e da una torcia. La quale è formata da un elettrodo negativo, dal quale si propaga l'arco voltaico (V= 100-200v I= 200-4000 A), da condotti in cui passa l'acqua di raffreddamento e il gas plamogeno (iniettato ad una pressione di 0,2-0,3 MPa) e da un anello di rame calibrato dal quale efluisce il getto di plasma e l'arco voltaico (con velocità supersoniche perché il gas plasmogeno è riscaldato dall'arco voltaico ed è costretto a passare per una sezione piccolissima), il positivo è collegato al pezzo da lavorare, se questo è conduttore di elettricità (arco diretto), se il materiale è isolante (arco indiretto, plasma soffiato) l'arco scorra tra l'elettrodo negativo e l'anello di rame positivo.

Quando il gas ionizzato raggiunge il pezzo da lavorare, gli atomi si ricongiungono formando la molecola del gas originale e liberando calore e gli elettroni liberi si riuniscono agli ioni positivi, cosi passando da un livello energetico superiore ad uno inferiore emettono una fortissima energia di calore.Con il plasma si possono raggiungere temperature di 10000-30000°C.

I gas plasmogeni sono: He, Ar, H₂, N₂, Aria e O₂

L'elio e l'argon sono due gas molto costosi e hanno un rendimento basso (del 20%), ma producono temperature elevatissime. L'idrogeno ha un buon rendimento (dell'80%) ma il plasma non ha un'alta temperatura. L'azoto e una via di mezzo tra i primi tre, l'ossigeno e l'aria sono il giusto compromesso tra il costo e la qualità del plasma, ma questi due e l'azoto producono gas molto tossici.

Il plasma è soprattutto utilizzato per il taglio dei materiali, che però ha degli inconvenienti: con l'Ar He H₂ si possono tagliare piccoli spessori e il cianfrino è inclinato di 5° (perché i gas sono leggeri e perdono velocemente la loro energia) con la N₂ il cianfrino è inclinato di 3°, l'aria è il più adatto ma consuma molto l'elettrodo. Altre applicazioni sono la saldatura, che si effettua come per il TIG con un gas di protezione, trattamenti termici superficiali e la fusione di metalli sopra ad altri metalli.

Le torce particolari sono quella americana e quella giapponese, in quella americana il gas plasmogeno ruota e di conseguenza ruota anche il plasma, in quella giapponese il plasma non passa per un anello calibrato, ma in un magnete che lo focalizza e lo mette in rotazione. Con entrambe le torce il cianfrino risulta da un lato obliquo e dall'altro rettilineo.

I problemi del plasma sono: il rumore, perché il getto di gas ionizzato esce dall'ugello con velocità superiori a quelle del suono, la produzione di raggi X ultravioletti ed infrarossi (dannosi per gli occhi), la produzione di fumi e la produzione di polveri dovuta alla vaporizzazione del materiale e alla successiva solidificazione. Per eliminare gli ultimi due il taglio col plasma è effettuato sotto acqua, cosi i fumi e le polveri rimangono intrappolate nell'acqua.