Saldatura al plasma: cos’è e come funziona questa tecnologia di saldatura

Tra le differenti tecnologie di saldatura si annovera la saldatura al plasma, molto utilizzata nelle officine ed estrmamente versatile. In questo articolo ne approfondiamo gli aspetti tecnici.

Il plasma

Quando un gas neutro viene riscaldato a elevate temperature (come, ad esempio, da un arco elettrico), i suoi atomi raggiungono un livello tale di energia cinetica che i suoi elettroni vengono liberati. Di conseguenza, si forma un’atmosfera ionizzata, che prende il nome di plasma. Il plasma è uno stato della materia in cui il gas ionizzato si trova ad elevatissime temperature mantenute dall’arco elettrico presente tra un elettrodo e il pezzo.

La tecnologia al plasma può essere usata sia per la saldatura sia per il taglio (specialmente di grossi spessori, con piastre fino a 100 mm).

Per le saldature al plasma si usa una speciale torcia al cui centro è presente un elettrodo di tungsteno. L’elettrodo viene lambito da un gas che, a contatto con l’arco elettrico, si ionizza. Sull’asse della torcia è raggiunta la massima ionizzazione del gas con temperature di 20’000°C, mentre attorno a esso è presente una zona meno ionizzata, che, quindi raggiunge temperature inferiori. L’intera torcia è raffreddata facendo circolare dell’acqua al suo interno per dissipare la grande quantità di calore che si sprigiona.

Durante la saldatura al plasma, viene usata una bacchetta di metallo d’apporto alimentata dall’operatore.

Tipologie di saldatura al plasma

A seconda della tecnologia, le saldatrici al plasma possono essere di tipologia:

• “Ad arco diretto” o “traferito”: in cui l’arco scocca tra elettrodo di tungsteno e pezzo da saldare. Questa tipologia è impiegata per saldature e taglio al plasma.
• “Ad arco indiretto” o “non trasferito”: in cui l’arco scocca tra elettrodo di tungsteno e parete esterna della torcia. Questa tipologia è adottata per saldature di piccoli spessori, in quanto ha una ridotta capacità di riscaldamento.

I gas adottati per creare l’atmosfera ionizzata sono argon, elio, azoto e idrogeno. Per la saldatura di acciai inossidabili si impiegano miscele di argon e idrogeno al 5-10%.

Per le saldature di buona qualità viene anche insufflata una porzione extra di argon che ha lo scopo di proteggere il bagno con un’atmosfera inerte, proprio come succede nella saldatura TIG. Questa caratteristica non è presente invece nel taglio al plasma.

La saldatura al plasma è adatta a tutti i materiali, ma è particolarmente sfruttata per gli acciai inox, nickel, rame, ottone, titanio e leghe leggere. Rispetto alla saldatura TIG, quella al plasma è molto più veloce e, a parità di spessore, richiede un numero minore di passate. Inoltre, visto che l’arco al plasma è molto concentrato, la zona termicamente alterata (ZTA) risulta di dimensioni limitate, pertanto i ritiri e le deformazioni residue del materiale sono minori. Di conseguenza, c’è un minor rischio di cricche.

La saldatura al plasma è adatta per lamiere da 2.5 a 8 mm di spessore in una sola passata. Per spessori maggiori bisogna preparare i lembi a V.

Il microplasma

Per saldature di lamiere di piccolo (o piccolissimo) spessore, da 0.01 a 1.00 mm, si adotta la tecnica del microplasma. Le torce per questo processo sono dotate di un secondo ugello, concentrico a quello principale in cui si genera il plasma, da cui escono argon e idrogeno. Questa miscela protettiva conferisce elevate rigidità all’arco stesso e precisione nell’esecuzione della saldatura. La tecnica del microplasma è ad arco trasferito, tuttavia è presente anche tensione sulla porzione esterna della torcia, che aiuta l’accensione e la stabilizzazione dell’arco principale.

Il processo di microplasma è adottato soprattutto nei settori elettrici, elettronici e nella meccanica di precisione.

Per la stesura di questo articolo sono state consultate le seguenti fonti:

Pasquinelli M., “Tecnologia meccanica e laboratorio tecnologico”, Giunti editore.