Processi di taglio ad arco di metalli: 6 processi

Questo articolo getta luce sui primi sei processi di taglio ad arco dei metalli. I processi sono: 1. Taglio dell'arco in carbonio 2. Taglio dell'arco al carbonio in aria 3. Taglio dell'arco in metallo 4. Taglio dell'arco in metallo (GMA) 5. Taglio dell'arco del gas di tungsteno (GTA) 6. Taglio dell'arco al plasma.

Processo di taglio dell'arco # 1. Taglio dell'arco al carbonio:

Nel taglio ad arco in carbonio, l'elettrodo di carbonio o grafite viene utilizzato per fondere il metallo per ottenere un taglio come mostrato in Fig. 19.11. Gli elettrodi di grafite consentono densità di corrente più elevate, rimangono nitidi per un tempo più lungo e producono un taglio più netto rispetto agli elettrodi di carbonio. La fonte di corrente a corrente continua viene utilizzata con l'elettrodo collegato al lato negativo del circuito. La Tabella 19.3 fornisce una stima approssimativa della velocità di taglio della lamiera d'acciaio con elettrodi di grafite.

La posizione più adatta per il taglio ad arco è discendente o verticale verso l'alto per consentire al metallo fuso di fluire facilmente dal taglio. Il kerf risultante è solitamente ruvido con bordi fusi. La ruvidezza del kerf è attribuita al salto dell'arco da un lato all'altro. Altri inconvenienti del taglio ad arco in carbonio sono un taglio largo fino a 25 mm di larghezza, una bassa velocità di taglio su sezioni pesanti, un apprezzabile prelievo di carbone dal taglio che causa maggiore durezza e quindi difficoltà di lavorazione successive e un elevato fabbisogno di corrente.

Il taglio dell'arco in carbonio può essere utilizzato per il taglio di prodotti di ghisa, acciai legati e metalli non ferrosi; tuttavia questo processo non ha molto significato industriale.

Processo di taglio dell'arco # 2. Taglio dell'arco di carbone dell'aria:

Il metodo dell'arco al carbonio ad aria per tagliare i metalli consiste nel fondere il metallo con un arco elettrico e rimuoverlo con un getto d'aria. Un getto ad alta velocità che si muove parallelamente all'elettrodo di carbone colpisce il pozzo di metallo fuso appena dietro l'arco e fa uscire il metallo fuso. La Fig. 19.12 mostra le caratteristiche di base del processo. L'elettrodo di carbonio è tenuto in un supporto appositamente progettato contenente fori attraverso i quali i getti di aria compressa soffiano lungo e dietro l'elettrodo.

Processo di taglio dell'arco # 3. Taglio dell'arco in metallo:

Nel processo di taglio ad arco metallico il taglio è ottenuto mediante fusione ad arco tra un elettrodo e il pezzo; il materiale fuso viene rimosso dalla forza di gravità. Quando gli elettrodi coperti vengono utilizzati per il taglio, il processo viene chiamato taglio dell'arco metallico schermato (SMA).

L'attrezzatura richiesta è l'attrezzatura standard per la saldatura ad arco in metallo schermato. Nel taglio SMA il materiale del nucleo può essere un acciaio a basso tenore di carbonio, anche quello inadatto per la saldatura, poiché le impurità nel metallo centrale sono di scarsa importanza. La preferenza deve essere data per rivestimenti a penetrazione profonda come il rivestimento cellulosico. Un elettrodo di diametro relativamente piccolo deve essere usato con elettrodo cc negativo.

Il rivestimento rallenta la fusione dell'elettrodo, stabilizza l'arco e agisce come un isolante che impedisce all'arco di cortocircuitare con la parete laterale quando l'elettrodo viene inserito nel taglio. Se il rivestimento dell'elettrodo viene bagnato immergendolo in acqua, la velocità di consumo dell'elettrodo scenderà in modo da poter tagliare più lunghezze per elettrodo.

Nella macellazione SMA, la corrente è molto più alta di quella normalmente utilizzata per la saldatura. Ciò si traduce in un grande stagno fuso che cade facendo il taglio. Su materiale spesso è necessaria un'azione di segatura per realizzare il taglio e per consentire la caduta del metallo fuso, come mostrato in Fig. 19.14.

Il taglio prodotto dal taglio SMA è ruvido ma superiore al taglio dell'arco in carbonio; il taglio è stretto con una larghezza approssimativamente uguale al diametro dell'elettrodo. Viene utilizzato principalmente per lavori di massima entità, come il taglio di rottami, il taglio di rivetti e il piercing.

Processo di taglio dell'arco # 4. Taglio di Gas Metal Arc (GMA):

In questo processo viene utilizzata la solita apparecchiatura per la saldatura ad arco di gas del metallo e il calore per il taglio è ottenuto dall'arco elettrico formato tra un filo di elettrodo alimentato in modo continuo e il pezzo in lavorazione, solitamente con schermatura di gas inerte. L'arco viene prodotto tra il lato anteriore del filo e il bordo del kerf in avanzamento. La forza dovuta al flusso di gas di protezione e agli effetti magnetici dell'elettrodo espelle il metallo fuso dal taglio. Questo processo può essere utilizzato in tutti i tagli di posizione, ma non ha praticamente alcun significato industriale.

Processo di taglio dell'arco # 5. Taglio dell'arco del gas di tungsteno (GTA):

In questo processo il taglio viene ottenuto da un arco tra un elettrodo di tungsteno e il lavoro che utilizza la stessa attrezzatura utilizzata per la saldatura ad arco di tungsteno (GTAW). Il taglio si ottiene aumentando la densità di corrente oltre quella richiesta per buone condizioni di saldatura e con una maggiore portata del gas di protezione.

La velocità del getto di gas soffia via il metallo fuso per formare il kerf. Viene generalmente utilizzata una miscela di gas di protezione del 65% di argon e il 35% di idrogeno. L'azoto può essere utilizzato purché vengano prese le necessarie precauzioni per rimuovere i fumi tossici formati durante l'operazione.

Le velocità tipiche per il taglio GTA sono da 1 a 1, 5 m / min su alluminio da 3 mm e da 0-5 a 1 m / min su acciaio inossidabile da 3 mm di spessore. La corrente utilizzata è 200 lo 600 A per tagliare acciaio inossidabile e alluminio fino a 13 mm di spessore.

La qualità del taglio lungo il taglio è buona e spesso non richiede operazioni di finitura successive. Questo processo può essere utilizzato per tagliare gli acciai inossidabili fino a circa 50 mm di spessore. Più spesso il metallo da tagliare è maggiore la tolleranza che deve essere consentita sulla larghezza del taglio.

Sebbene il processo di taglio GTA possa essere utilizzato per tagliare qualsiasi metallo in sezioni sottili, ma è stato sostituito dal taglio dell'arco plasma e ora ha poca rilevanza industriale, tranne quando non sono disponibili apparecchiature per altri processi più efficienti.

Processo di taglio dell'arco # 6. Taglio dell'arco al plasma:

Nel processo di taglio ad arco plasma (PAC) il metallo viene tagliato fondendo un'area localizzata con l'arco ristretto e rimuovendo il materiale fuso con un gas ionizzato caldo ad alta velocità chiamato getto plasma.

Il taglio al plasma è simile alla modalità di saldatura al plasma, ma a differenza della saldatura il buco della serratura non può chiudersi dietro l'arco plasma. La velocità del getto plasma è molto alta, quindi l'espulsione del metallo fuso è facile.

Il taglio dell'arco plasma viene utilizzato principalmente in modalità arco trasferito utilizzando un arco pilota per l'innesco dell'arco plasma.

Esistono tre principali varianti del processo PAC: taglio al plasma ad alta corrente, taglio al plasma a bassa corrente e taglio al plasma con iniezione di acqua o schermatura dell'acqua. Il design della torcia al plasma dipende dalla variazione del processo.

Qualità del taglio al plasma:

La qualità di un taglio al plasma è determinata dalla levigatezza della superficie, dall'ampiezza del kerf, dal parallelismo delle facce tagliate, dalla quadratura del taglio e dalla nitidezza dei bordi superiori. Questi fattori sono determinati dal materiale da tagliare, dalla progettazione e dall'impostazione dell'apparecchiatura e dalle variabili operative.

I tagli di alta qualità sono generalmente ottenuti con una potenza moderata e basse velocità di taglio. L'ossidazione superficiale è quasi del tutto assente con le moderne apparecchiature automatiche PAC che utilizzano l'iniezione di acqua o la schermatura dell'acqua.

Su acciaio inossidabile di grosso spessore (> 180 mm) il processo di arco al plasma ha un piccolo vantaggio rispetto al taglio del gas ossitaglio in termini di velocità e larghezza del kerf, sebbene il PAC sia notevolmente più pulito. In generale, l'ampiezza del taglio nel taglio al plasma è da 1, 5 a 2 volte più ampia della larghezza del kerf per il taglio dell'ossigeno.

Il taglio dell'arco al plasma genera generalmente tagli obliqui e l'angolo di smussatura su entrambi i lati del taglio tende ad aumentare con la velocità di taglio. L'arrotondamento dei bordi si ottiene quando la distanza di arresto della torcia è troppo grande o quando si utilizza una potenza eccessiva per tagliare una determinata piastra; può anche derivare dal taglio ad alta velocità di materiali con spessore inferiore a 6 mm.

Tipiche raccomandazioni operative per ottenere tagli di alta qualità per il taglio al plasma di alluminio, acciaio inossidabile e acciai a basso tenore di carbonio sono riportate nelle tabelle 19.6, 19.7 e 19.8 rispettivamente.

Scorie o scorie sono il materiale ossidato o fuso che si forma durante il taglio termico e si attacca al bordo inferiore della piastra. Con l'attuale attrezzatura meccanizzata, i tagli senza scorie possono essere prodotti in alluminio e acciaio inossidabile per spessori fino a 75 mm e su acciai a basso tenore di carbonio fino a circa 40 mm; tuttavia per gli acciai a basso tenore di carbonio la scelta di velocità e corrente è più critica. La scoria è di solito inevitabile per i tagli fatti in materiali più spessi.

Sicurezza:

Poiché il getto del plasma funziona normalmente a velocità prossime a quella supersonica, ciò comporta un alto livello di rumore nel taglio dell'arco plasma. L'operatore deve quindi essere protetto non solo da abbagliamento, spruzzi e fumi, ma anche da elevati livelli di rumore.

Oltre ai normali indumenti protettivi, guanti e casco, l'operatore deve utilizzare un dispositivo di protezione delle orecchie come tappi per le orecchie. Lo scarico locale deve essere fornito per una corretta ventilazione. Oltre a questi ci sono due accessori di sicurezza più comuni usati per PAC; loro sono la falda acquifera e il silenziatore dell'acqua.

La tavola d'acqua è un tavolo da taglio convenzionale riempito d'acqua fino alla superficie inferiore del pezzo da tagliare. La turbolenza prodotta nell'acqua a causa del getto di plasma aiuta a intrappolare i fumi e il materiale rimosso dal taglio.

Il silenziatore dell'acqua è un dispositivo che riduce il rumore. È un ugello attaccato al corpo della torcia che produce una cortina d'acqua sotto l'ugello della torcia. Viene sempre utilizzato in combinazione con una falda acquifera. La cortina d'acqua sopra la piastra (pezzo) e l'acqua che scherma la piastra nella parte inferiore racchiudono il getto dell'arco plasma in uno scudo insonorizzante.

applicazioni:

Il taglio ad arco al plasma può essere utilizzato per tagliare qualsiasi materiale inclusi i dielettrici. La maggior parte delle applicazioni è tuttavia limitata al taglio di acciai al carbonio, alluminio e acciai inossidabili. Può essere utilizzato per il taglio dello stack, la smussatura di lamiere, il taglio di forme e il piercing. Questo processo può trattare con successo acciai al carbonio e inox fino a 40 mm di spessore, con ghise fino a 90 mm di spessore, con alluminio e sue leghe fino a 120 mm di spessore e con rame fino a 80 mm di spessore.

I vantaggi economici della PAC rispetto al taglio con ossi-acetilene sono più evidenti nei tagli lunghi e continui realizzati su un numero maggiore di pezzi. Tali applicazioni si riscontrano di solito nella costruzione navale, nella costruzione di serbatoi di stoccaggio, nella costruzione di ponti e nei centri di approvvigionamento di acciaio. Il PAC può essere utilizzato a velocità di taglio elevate senza perdere precisione e tolleranze.

Ad esempio, i metalli possono essere tagliati a velocità comprese tra 2-5 e 3-8 m / min che potrebbero essere tagliate a una velocità massima compresa tra 0-5 e 0-63 m / min mediante taglio ossiacetilenico. Le velocità fino a 7 m / min possono essere utilizzate per tagliare alcuni materiali sottili; tali velocità sono ovviamente possibili solo con mezzi automatici.

Se lo spessore del materiale è di circa 75 mm, è possibile tagliare più velocemente la lamiera d'acciaio normale al carbonio con il processo di taglio ossiacetilenico rispetto a PAC. Tuttavia, per il taglio di spessori inferiori a 25 mm, il PAC è fino a cinque volte più veloce del processo ossi-acetilene. L'abbattimento dello stack al plasma è più efficiente rispetto al taglio dello stack con il processo di ossi-acetilene.

Il taglio ad arco al plasma può anche essere modificato per tagliare i metalli sott'acqua.

La variazione di plasma a bassa corrente sta guadagnando popolarità perché può essere utilizzata manualmente per tagliare materiali tra cui acciaio inossidabile e alluminio per la produzione e la manutenzione. Scriccatura al plasma a bassa corrente può essere utilizzata anche per il recupero di getti difettosi.

Il plasma ad alta corrente può essere utilizzato per tagliare qualsiasi materiale con un'apparecchiatura automatica di taglio della forma, ma richiede apparecchi ad alta velocità per ottenere i vantaggi economici del processo.

Il taglio al plasma con iniezione d'acqua non solo riduce i fumi e il fumo prodotti dal processo al plasma ad alta corrente, ma migliora anche la qualità del taglio sulla maggior parte dei materiali.