Le differenze fra taglio laser e plasma nella lavorazione della lamiera sono ben conosciute, ma quali sono i criteri di scelta nel taglio di tubi e profilati?
Taglio laser e plasma sono metodi di taglio del metallo tecnologicamente diversi, pertanto anche le caratteristiche del taglio, i tipi di applicazione e i vantaggi che possono offrire sono distinti.
Taglio plasma
In questa tecnologia il taglio viene eseguito da un getto di plasma, generato riscaldando ad altissima temperatura una miscela di argon o azoto che viene fatta passare attraverso un arco elettrico instaurato fra l’elettrodo interno alla torcia e la superficie del materiale da tagliare. Il getto di plasma ad altissima temperatura assume così la doppia funzione di fondere e asportare il metallo fuso.
Taglio plasma di un tubo di grande diametro.
Taglio laser
In questa tecnologia un raggio laser, focalizzato in una regione molto piccola della superfice del pezzo in lavorazione, riscalda il metallo e lo porta alla temperatura di fusione. Il materiale localmente fuso viene rapidamente espulso da un getto di gas che può essere, azoto, aria compressa o ossigeno: quest'ultimo gas incendiandosi incrementa ulteriormente l'apporto energetico sul pezzo.
Da un punto di vista del metodo di rimozione del materiale i processi di taglio laser e plasma sono simili, perché in ambedue i casi il materiale viene espulso dopo essere stato fuso, ma esistono due differenze principali:
- La prima differenza è la quantità di calore generata e assorbita dal pezzo che nel taglio laser è nettamente inferiore rispetto al taglio plasma;
- La seconda differenza è la dimensione del solco di taglio; quello ottenuto con taglio laser è generalmente minore rispetto quello ottenuto con taglio plasma.
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Il taglio laser del tubo
Il primo esempio di tecnologia laser applicata al taglio del tubo metallico risale al 1988, anno in cui BLM GROUP sviluppa il primo impianto per il taglio laser del tubo tondo.
Sistema Lasertube LT14 per tubi e profilati di grande dimensione impiegato nel taglio e nella cianfrinatura di un tubo.
Oggi le moderne tecnologie consentono di eseguire tutte queste operazioni con una sola macchina: infatti, i sistemi di taglio laser tridimensionali per tubi e travi possono realizzare scantonature o cianfrinature con livelli di qualità, precisione e pulizia dei bordi di taglio tali da non richiedere alcuna successiva lavorazione.
Criteri di scelta fra taglio plasma e laser nella lavorazione del tubo
Nel taglio della lamiera la principale differenza fra taglio plasma e taglio laser si gioca sullo spessore.
Il taglio plasma è indicato per spessori superiori ai 30 mm e fino agli 80 mm. A partire dai 50 mm in poi entra gradualmente in gioco l’ossitaglio, tecnologia che permette di incrementare ulteriormente gli spessori tagliabili.
Sul versante diametralmente opposto, mentre il laser permette di tagliare lamiere metalliche anche estremamente sottili, il taglio plasma (proprio a causa del suo elevato apporto energetico sul pezzo) non è indicato per gli spessori fini.
Tuttavia, nella scelta fra tecnologia laser o tecnologia plasma nel taglio del tubo, lo spessore non è più il principale criterio di selezione: questo perché generalmente lo spessore dei tubi si mantiene sempre entro un certo rapporto spessore/diametro.
Nel settore delle costruzioni, per esempio, ma anche in molti altri settori che fanno uso di tubi o profilati per la realizzazione di telai, strutture, condotte di fluidi o gas, ecc., la riduzione o il contenimento dello spessore deriva dalla necessità di ridurre il costo del materiale e il peso della struttura (senza ovviamente comprometterne la rigidezza).
Ne consegue che, non essendo più lo spessore il principale parametro in gioco, i fattori che dovranno essere presi in considerazione nella scelta fra taglio plasma e taglio laser nella lavorazione del tubo sono:
Caratteristiche dei bordi di taglio
La pulizia e la rugosità dei bordi di taglio è una delle principali differenze fra taglio plasma e laser.
Il taglio plasma, per via delle elevate temperature raggiunte, presenta una zona termicamente alterata mediamente maggiore rispetto al laser e ha una tendenza maggiore alla formazione di bave. Di conseguenza, nella maggior parte dei casi, i bordi di taglio così realizzati dovranno essere successivamente smerigliati o comunque lavorati per asportazione di truciolo, in modo da eliminare la parte di materiale soggetta all’alterazione termica.
Nel taglio laser la zona termicamente alterata è molto ridotta, i bordi di taglio sono più puliti e questo fa sì che tubi e travi tagliati laser siano già pronti per la successiva fase di saldatura, senza bisogno di operazioni di preparazione dei bordi di taglio o comunque con una preparazione molto meno complessa.
Geometrie di taglio realizzabili
Uno dei vantaggi per la fattibilità delle lavorazioni, specialmente nei profilati di sezione più complessa, è la forma della testa laser generalmente più sottile di una torcia al plasma.
Questo permette di raggiungere punti della sezione particolarmente angusti, offrendo un importante vantaggio competitivo nel taglio laser 3D dei profilati da costruzione.
Trave HEA tagliata con sistema di taglio laser 3D per tubi e profilati di grande diametro LT14.
Non solo la testa, ma anche il kerf, cioè la porzione di materiale asportato durante il taglio laser, è nettamente inferiore rispetto al taglio plasma. Ne consegue un solco di taglio molto più sottile a tutto vantaggio della precisione delle geometrie realizzate. Per questo motivo, il taglio plasma non può essere utilizzato per tagliare fori o asole di piccola larghezza, mentre il laser è in grado di tagliare fori con rapporto diametro/spessore fino a 0,5.
Questa caratteristica consente di utilizzare il laser per realizzare su travi e o tubi fori o fessure estremamente sottili, come ad esempio fori da filettare molto comuni nella produzione di telai di veicoli di vario tipo o fessure per il passaggio di liquidi e gas come tipicamente avviene nei settori oil&gas o nei pozzi artesiani.
In sistemi Lasertube 5 assi come LT14, LT24 o LT14 FIBER, grazie alla testa di taglio laser 3D, possono essere realizzate geometrie di taglio anche molto complesse, scantonature per passaggio cavi o intersezione con altre travi, cianfrinature per le successive fasi di saldatura, tagli perpendicolari o obliqui con precisioni tali da realizzare incastri e giunzioni senza necessità di ulteriori lavorazioni.
Per quanto riguarda la possibilità di usare il laser per realizzare fori da filettare, il taglio laser offre non solo il vantaggio di una zona termicamente alterata molto ridotta, con conseguente riduzione delle alterazioni chimico-fisiche e dei fenomeni di tempra del materiale, ma garantisce anche il mantenimento di una buona uniformità del kerf lungo lo spessore tagliato e di conseguenza una migliore cilindricità del foro realizzato, che potrà così essere filettato senza rendere necessaria alcuna preforatura con trapano o su centro di lavoro.
Varietà dei diametri lavorabili
In quei casi in cui oltre al taglio di tubi e profilati di grande diametro si renda necessario il taglio di tubi di diametro molto più piccolo, il taglio laser offre un’ampia versatilità d’uso, consentendo di tagliare tubi di sezione molto diversa con un diametro massimo lavorabile che può essere oltre 10 volte quello minimo.
Una differenza fra il taglio della lamiera e quello del tubo è che, mentre nel primo caso al di là della parete che viene tagliata non c’è nulla e lo sfrido può cadere e venire comodamente raccolto e aspirato, nel secondo caso al di là della parete sottoposta al taglio si trova l’altra parete del tubo che inevitabilmente tende a raccogliere tutto il materiale caldo rimosso dal solco di taglio. Questo aspetto diventa particolarmente critico durante il taglio di tubi di diametro piccolo.
Sistema di taglio Lasertube per tubi e profilati di grande diametro impegnato nel taglio di un tubo di 55 mm di diametro e 5 mm di spessore.
Come già spiegato precedentemente, nel taglio plasma il solco di taglio è superiore rispetto al laser e ciò di conseguenza porta a una maggiore quantità di materiale fuso asportato che si raccoglie sull’altra parete del tubo compromettendo la definizione dei bordi di taglio, la resistenza e causando talvolta fenomeni di deformazione termica.
Questo fenomeno di raccolta e saldatura di sfridi e sporcizia sulla parete interna del tubo si acuisce con la riduzione del diametro e la complessità del processo di lavoro, tanto che generalmente la tecnologia di taglio plasma non è presa in considerazione per tubi più piccoli di 25 mm di diametro.
Nel taglio laser il volume degli sfridi è molto minore rispetto al taglio plasma, inoltre la minore temperatura consente di utilizzare particolari dispositivi che si inseriscono all’interno del tubo per la protezione della parete interna e l’aspirazione delle polveri di taglio.
Performance di taglio ed efficienza energetica in comparazione al costo
Negli spessori fino a 20 mm la qualità, la velocità e le performance di taglio, la versatilità e gli altri aspetti precedentemente discussi rendono il taglio laser nettamente superiore in termini di qualità, produttività e economicità.
Grazie alle sorgenti in fibra, ormai largamente diffuse nella maggior parte delle applicazioni in cui questa tecnologia è impiegata, il laser permette di tagliare qualsiasi tipo di metallo, mantenendo un’altissima efficienza energetica: leghe di rame o alluminio, acciaio da carpenteria o inossidabile.
Se a queste caratteristiche si unisce un software CAD/CAM di programmazione degli impianti di taglio laser tubo in grado di programmare in modo semplice e intuitivo qualsiasi tipo di geometria di taglio su tubi e profilati di qualsiasi sezione, ecco che i costi possono essere rapidamente ripagati in termini di flessibilità produttiva e di una maggiore varietà di commesse realizzate in minor tempo.
Nel settore delle costruzioni, per esempio, il laser offre l’importante vantaggio di preparare i pezzi delle strutture direttamente in officina, mantenendo standard di precisione elevatissimi ed eliminando i tempi di preparazione manuale dei pezzi in cantiere, rendendo più veloce la messa in opera.