Quale tecnologia per il taglio dei metalli?

Plasma, ossitaglio, laser o waterjet? Non esiste un processo perfetto per quanto riguarda la capacità di gestire tutte le esigenze di taglio. Ciascun processo ha la propria particolarità che può includere parametri come la gamma di spessori, la tolleranza del pezzo tagliato, diverse velocità e produttività…

L’ossitaglio è un procedimento per il taglio delle lamiere o dei profilati metallici che utilizza la fiamma ossiacetilenica ed un getto di ossigeno puro. Si basa sul principio che quei materiali ferrosi contenenti abbastanza carbonio, portati ad incandescenza, bruciano se si trovano in un’atmosfera di ossigeno. Le applicazioni di ossitaglio sono limitate, dunque, all’acciaio al carbonio e/o basso-legato. Questo processo utilizza la fiamma ossiacetilenica per scaldare il metallo a una temperatura “di accensione” di circa 980°C. Una volta che il metallo ha raggiunto questa temperatura (preriscaldamento), un getto di ossigeno puro viene attivato per creare una reazione esotermica con l’acciaio (il ferro viene rapidamente ossidato dall’ossigeno a purezza elevata, liberando calore) causandone l’erosione rapida. Il flusso di ossigeno e il gas combusto trasportano via l’ossido fuso e il metallo lungo il suo percorso brucia, producendo un taglio stretto noto come kerf.
Generalmente viene considerato come un processo semplice e l’attrezzatura e i materiali soggetti a consumo sono relativamente poco costosi. Una torcia per ossitaglio può tagliare una piastra molto spessa, limitata principalmente dalla quantità di ossigeno che può essere fornita. Non è raro sentir parlare di tagli di spessore superiori a 90 cm fino a 130 cm. Quando regolata in modo idoneo, una torcia per ossitaglio fornisce una superficie liscia e squadrata. Sono presenti poche scorie sul bordo inferiore e il bordo superiore risulta solo leggermente arrotondato dalle fiamme di preriscaldamento. Questa superficie è ideale per molte applicazioni senza ulteriore trattamento.
Ossitaglio grandi spessori 1
Ossitaglio grandi spessori 2

Il taglio al plasma taglia il metallo fondendo un’area localizzata del materiale per mezzo di un gas (solitamente aria) che viene soffiato ad alta velocità da un ugello. Contemporaneamente attraverso questo gas si instaura un arco elettrico tra un elettrodo e la superficie da tagliare (processo ad arco trasferito in cui il pezzo funge da anodo), che trasforma il gas in plasma. Il plasma trasferisce calore al materiale metallico fino a portarlo alla temperatura di fusione e rompere così la continuità del metallo, riuscendo a rimuovere il metallo fuso grazie alla sua energia cinetica. La colonna dell’arco plasma raggiunge al suo interno temperature superiori a 15000 °C (e velocità molto elevate) il che permette una sublimazione di una parte del metallo e la fusione con conseguente creazione del solco di taglio (detto kerf).
Il processo può essere utilizzato anche per il taglio di materiali non ferrosi, ed è più rapido rispetto all’ossitaglio in caso di materiale ferroso di spessore inferiore a 80 mm, si tratta dell’alternativa più economica per numerose applicazioni industriali, ma compromette un po’ la qualità dei bordi. È qui che il plasma diventa problematico. La quadratura globale dei bordi inizia a soffrire quando la piastra diventa molto sottile (<0,6 mm) o molto spessa (>40mm), anche se l’uniformità dei bordi e la formazione di scorie possono comunque essere piuttosto buone.
L’attrezzatura al plasma può essere costosa in confronto a una torcia per ossitaglio, dal momento che un sistema completo richiede alimentazione elettrica, refrigeratore dell’acqua, controllo del gas, cavi della torcia, tubi e cavi interconnessi e la torcia stessa. Ma la maggiore produttività del plasma rispetto all’ossitaglio ripagherà il costo dell’impianto in pochissimo tempo.
Taglio al plasma

Il taglio al laser è un processo termico che usa un raggio laser come fonte di calore: nel momento in cui il laser interagisce con il materiale, l’energia dei fotoni viene assorbita dal materiale in lavorazione provocando localmente un rapido aumento di temperatura che lo porta a fusione o ebollizione asportando il materiale senza contatto meccanico per espulsione del materiale fuso. A differenza dei processi convenzionali non si ha usura e la rimozione del materiale non dipende dalla sua durezza, risultando particolarmente indicato per lavorare leghe ad alta resistenza termica, carburi, compositi fibro-rinforzati, ceramici e stelliti.
Quello al laser non è un processo molto rapido, tuttavia è un processo estremamente preciso. Crea un solco molto stretto e, pertanto, può tagliare contorni e piccoli fori in modo assai preciso e accurato. La qualità dei bordi è solitamente eccellente, con dentellature e solchi estremamente piccoli, bordi molto squadrati e poche o nessuna scoria.
Altro elemento davvero positivo del processo al laser è l’affidabilità. La durata dei materiali soggetti a consumo è molto lunga e l’automazione della macchina è davvero buona.
Il grande vantaggio del laser è osservabile con materiali di piccolo spessore (inferiore a 10 mm). La velocità si riduce considerevolmente su spessori maggiori mantenendo comunque eccellenti qualità di taglio e accuratezza. Garantisce costi di taglio più bassi per i materiali più sottili ma i costi sono più alti rispetto al plasma su acciai con uno spessore superiore ai 15÷20mm. Per spessori compresi tra 10 e 20 mm le due tecnologie di taglio si fanno concorrenza.
Taglio al laser 1
Taglio al laser 2

Il taglio a getto d’acqua è una tecnologia di taglio che utilizza un getto d’acqua ad altissima pressione (fino a 7.000 bar) per tagliare numerosi materiali.
Il taglio waterjet abrasivo e ad acqua pura sta guadagnando la popolarità come utensile per tagliare una ampia varietà di materiali. La facilità di programmazione, i costi contenuti di taglio e la possibilità di tagliare pressoché tutti i materiali da pochi decimi di millimetro fino a spessori di 250 mm con precisione del decimo di millimetro ne hanno fatto una macchina essenziale per numerose tipologie di aziende per diverse applicazioni.
Il taglio ad acqua non provoca alcuna alterazione fisica o deformazione meccanica del pezzo e consente di tagliare materiali di spessore non uniforme e materiali compositi o stratificati. La larghezza del solco di taglio è molto contenuta permettendo di ottenere la   minima quantità di materiale asportato. L’idrogetto consente il taglio di materiali preverniciati e/o rivestiti con pellicola di protezione; inoltre le superfici originate dal taglio presentano poche sbavature. La tecnologia a idrogetto può tagliare tutti i materiali che il taglio a laser non sarebbe in grado di tagliare senza danneggiare (gomma, sughero, pelle, cuoio, materiali espansi, plastica, legno, fibre di carbonio, ecc.) fino a spessori di 350 mm.Altri materiali lavorabili sono: titanio, ottone, rame, acciaio inossidabile, alluminio, vetro, marmo, ceramica, ecc. Aggiungendo sostanze abrasive all’acqua è possibile tagliare spessori maggiori o materiali più duri con maggior velocità.
Waterjet 1
Waterjet 2