Selezione del procedimento di taglio termico su lamiera

Il procedimento si determina a partire da tre variabili, nell’ordine: lo spessore del materiale, la classe di qualità richiesta al bordo e le lavorazioni successive previste sul pezzo. Il nome della tecnologia costituisce la conseguenza di questo ragionamento. Nella maggior parte dei casi reali, quando le tre variabili sono note la scelta risulta obbligata e non resta materia di confronto.

La richiesta del laser per impostazione predefinita deriva dall’assunto che sia il procedimento più preciso in assoluto. Su spessori sottili l’assunto regge. Oltre una determinata soglia il procedimento non è disponibile, e nella fascia intermedia il confronto si sposta su parametri che il disegno spesso non specifica, primo fra tutti la tolleranza effettivamente necessaria.

Campi di applicazione per spessore

I campi di impiego si sovrappongono meno di quanto il confronto lasci supporre. La EN ISO 9013 indica per ciascun procedimento un intervallo di spessori diverso, e la pratica industriale restringe ulteriormente tali intervalli su criteri economici.

Parametro	Laser	Plasma	Ossitaglio
Campo di spessore praticabile	0,5 - 40 mm	1 - 150 mm	10 - 300 mm e oltre
Fascia competitiva su acciaio al carbonio	fino a 20-25 mm	6 - 50 mm	oltre 50 mm
Larghezza del solco	0,2 - 0,5 mm	1,5 - 4 mm	1,5 - 6 mm
Perpendicolarità della faccia	Elevata	Faccia inclinata, lati non equivalenti	Facce parallele anche su forte spessore
Zona termicamente alterata	Frazioni di millimetro	Decimi di millimetro	Fino a diversi millimetri
Acciai inossidabili e alluminio	Applicabile	Applicabile	Non applicabile
Cianfrinatura nello stesso passaggio	No	Possibile su alcune configurazioni	Sì, con testa a tre torce

Laser. Le sorgenti in fibra oggi diffuse restano competitive su acciaio al carbonio fino a venti o venticinque millimetri. Oltre tale soglia il tempo ciclo cresce rapidamente e il vantaggio si annulla.

Plasma. La zona di miglior rapporto fra qualità e costo si colloca fra sei e cinquanta millimetri, dove il laser diventa lento e l’ossitaglio comincia a perdere precisione. Nelle versioni ad alta definizione la qualità del bordo si avvicina a quella del laser su spessori medi.

Ossitaglio. Sotto i dieci millimetri il calore immesso deforma il pezzo e il solco risulta sproporzionato rispetto alla geometria. Sopra i cinquanta millimetri resta in molti casi l’unico procedimento tecnicamente ed economicamente praticabile.

Il vincolo non superabile da alcuna considerazione economica è di natura chimica: l’ossitaglio funziona perché il ferro brucia nell’ossigeno puro sviluppando calore. Su acciai inossidabili, alluminio e leghe che formano ossidi refrattari il procedimento non è applicabile, e la scelta si riduce a plasma, laser o getto d’acqua abrasivo.

Classificazione della qualità secondo EN ISO 9013

La qualità di un taglio termico è una grandezza normata e misurabile. La EN ISO 9013 classifica le superfici tagliate secondo parametri oggettivi, e un capitolato tecnico dovrebbe indicare la classe richiesta lasciando al centro servizi la scelta del procedimento capace di ottenerla al costo minore.

Parametro	Simbolo	Grandezza misurata	Suddivisione
Tolleranza di perpendicolarità e inclinazione	u	Deviazione della faccia tagliata dal piano verticale	Cinque campi
Altezza media del profilo	Rz5	Finitura superficiale della faccia tagliata	Quattro campi
Tolleranza dimensionale	-	Scostamento della sagoma dalla geometria nominale	Due classi

Da questa impostazione discendono due conseguenze operative.

Procedimenti diversi raggiungono la stessa classe a costi differenti. Un plasma ad alta definizione su venticinque millimetri può rientrare nella stessa fascia di perpendicolarità di un laser lento sullo stesso spessore, a una frazione del tempo macchina. Richiedere il procedimento anziché la classe restringe le opzioni disponibili senza che la specifica lo imponga.

La qualità del bordo dipende dalla configurazione oltre che dal procedimento. Il plasma produce per natura una faccia leggermente inclinata, effetto del moto elicoidale del gas: i due lati del solco non sono equivalenti e uno dei due presenta angolo migliore. Su una sagoma chiusa il lato buono è quello interno o esterno secondo il verso di percorrenza, informazione da definire in programmazione e da comunicare all’operatore. L’ossitaglio mantiene invece facce sostanzialmente parallele anche su forte spessore, con perpendicolarità spesso superiore a quella del plasma.

Esiste infine il caso in cui la classe non è oggetto di scelta. Per i componenti strutturali marcati CE la EN 1090-2 rimanda alla EN ISO 9013 per i requisiti delle superfici tagliate, con richieste crescenti al salire della classe di esecuzione, e fissa inoltre limiti di durezza sul bordo tagliato termicamente. Un taglio conforme sul piano geometrico può risultare non accettabile per durezza. Le lavorazioni certificate EN 1090 esistono per gestire questo vincolo in forma documentata.

Indicare la classe di qualità richiesta anziché il procedimento lascia aperta la soluzione più efficiente. La determinazione del procedimento adatto parte dal disegno e dalla destinazione del pezzo: per una valutazione su una lavorazione specifica è disponibile il contatto con l’ufficio tecnico Solsider.

Zona termicamente alterata e lavorazioni successive

Ogni taglio termico modifica il materiale in una fascia adiacente al solco, la cui ampiezza varia di un ordine di grandezza fra i procedimenti.

Acciai al carbonio. L’effetto prevalente è un indurimento del bordo. Il metallo adiacente al taglio raggiunge temperature elevate e viene raffreddato quasi istantaneamente dalla massa fredda circostante, subendo una tempra localizzata. Ne risulta una fascia con durezza sensibilmente superiore al materiale base, con conseguenze nelle fasi successive: consumo accelerato delle punte in foratura prossima al bordo, innesco di cricche in piega vicino al taglio, precauzioni supplementari in saldatura.

Acciai bonificati. La meccanica si inverte. Le lamiere antiusura descritte nella scheda su selezione del grado di durezza negli acciai antiusura arrivano già temprate e rinvenute, e il calore del taglio produce un rinvenimento locale che ammorbidisce la fascia adiacente al solco. Il fenomeno interessa pochi millimetri ed è tollerabile nella maggior parte delle applicazioni, ma su rivestimenti composti da elementi affiancati la somma dei bordi ammorbiditi può costituire una porzione significativa della superficie esposta.

Tre accorgimenti riducono il problema in fase di progetto.

1. Distanziare fori e linee di piega dal bordo tagliato di una quota sufficiente a uscire dalla zona alterata.
2. Prevedere un sovrametallo da asportare per lavorazione meccanica dove le tolleranze lo richiedono.
3. Ricavare i fori nello stesso ciclo di taglio anziché in fase successiva, soluzione che elimina il problema all’origine quando le tolleranze lo consentono.

Campi di impiego specifici dell’ossitaglio

L’ossitaglio viene percepito come procedimento residuale, impiegato quando gli altri non arrivano. La percezione è imprecisa: su determinate lavorazioni resta la soluzione tecnicamente migliore anche a parità di disponibilità delle alternative.

Forti spessori. Oltre i cinquanta millimetri il costo per metro lineare resta stabile, mentre quello del plasma cresce rapidamente per consumo di consumabili e riduzione di velocità. Sopra i cento millimetri l’alternativa si riduce al getto d’acqua abrasivo, con tempi ciclo e costi di altra natura.

Preparazioni per saldatura. Una testa a tre torce esegue smusso e spalla in un unico passaggio, producendo direttamente cianfrini a V, a Y o a K sul perimetro del pezzo. La lavorazione sostituisce una fase separata di smussatura, e su carpenteria pesante il risparmio di passaggi supera qualsiasi differenza di costo sul taglio. Le lavorazioni a completamento come smussatura, piegatura e calandratura si integrano nello stesso ciclo di commessa.

Antiusura di grosso spessore. Il preriscaldo controllato che l’ossitaglio consente serve a evitare cricche a freddo lungo il bordo, obiettivo difficile da raggiungere con procedimenti a più alta densità di energia.

Composizione del costo materiale

Il preventivo di un taglio su disegno riporta una quantità di materiale superiore al peso del pezzo, spesso in misura rilevante. La differenza deriva da tre contributi.

Contributo	Origine	Ordine di grandezza
Solco di taglio	Materiale vaporizzato o espulso lungo tutto il perimetro tagliato	Da decimi di millimetro a diversi millimetri per lato
Scarto di piazzamento	Aree del foglio non occupabili da sagome irregolari	Variabile secondo geometria e quantità
Residuo del foglio	Porzione rimanente, riutilizzabile o meno secondo la forma	Determinato dal formato commerciale di partenza

Su questi contributi il committente dispone di margini operativi.

1. Ordinare quantità multiple del formato commerciale, riducendo direttamente la percentuale di scarto.
2. Raggruppare in un’unica commessa pezzi diversi dello stesso spessore e della stessa qualità: il piazzamento misto risulta più efficiente della somma dei piazzamenti separati.
3. Accettare lievi modifiche di geometria dove il disegno lo permette, quando migliorano l’accostamento delle sagome.

Il peso di riferimento del foglio di partenza è un peso teorico, soggetto alle tolleranze di laminazione descritte nella scheda su peso teorico e peso effettivo dei prodotti siderurgici. Per una stima rapida del materiale impegnato prima della richiesta di offerta è disponibile il calcolatore dei pesi, che copre lamiere, piatti, tubi e i principali profili.

Contenuto tecnico della richiesta di lavorazione

La precisione di una quotazione dipende dalla completezza dei dati disponibili al momento della valutazione. Gli elementi elencati di seguito sono quelli che il disegno da solo non trasmette e che condizionano la scelta del procedimento.

Elemento	Condizione tecnica
Formato	Disegno vettoriale in scala 1:1, nei formati di interscambio comunemente gestiti dai sistemi di programmazione
Geometrie	Contorni chiusi, nessuna entità duplicata o sovrapposta
Curve	Polilinee, spline con numero di nodi ridotto al minimo
Livelli	Taglio, foratura e marcatura su layer separati
Materiale	Designazione completa comprensiva di qualità, non solo famiglia
Spessore	Nominale, con classe di tolleranza se il pezzo entra in catena dimensionale critica
Qualità del bordo	Classe EN ISO 9013 oppure elenco delle quote critiche
Quantità	Pezzi per commessa e ripetitività attesa
Lavorazioni successive	Piega, saldatura, foratura, zincatura

Le entità duplicate o sovrapposte vengono interpretate dai software di programmazione come tagli ripetuti. Le spline con numero eccessivo di nodi appesantiscono il percorso utensile senza migliorare la geometria.

L’ultima voce della tabella merita attenzione particolare. Comunicare in anticipo che il pezzo verrà piegato, forato, saldato o zincato consente di orientare le sagome rispetto alla direzione di laminazione, di posizionare i bordi buoni dove servono e di prevedere il sovrametallo dove necessario. Le stesse informazioni fornite a lavorazione conclusa non hanno più valore utilizzabile.

Per una valutazione su un disegno specifico, comprensiva di procedimento e lavorazioni a completamento, il riferimento è l’ufficio tecnico Solsider.