METALLURGIA E TECNICHE COSTRUTTIVE

STRUMENTI PER IL TAGLIO TERMICO DEI METALLI

Fiamma ossidrica

La fiamma ossidrica si ottiene a livello industriale facendo bruciare insieme l’ossigeno e l’idrogeno in un apposito cannello: quest’ultimo, a sua volta, è costituito da due tubi distinti che riescono a portare in maniera separata i due gas fino alla fiamma. La combustione che si ricava in questo modo produce del vapore d’acqua, realizzando così una temperatura che arriva anche ai 2.300 gradi. Volendo essere ancora più precisi, c’è da dire che il cannello in questione si caratterizza per il suo ugello molto semplice in cui convergono appunto i condotti dei due gas. Comunque, non sono necessarie grandi precauzioni, come invece accade nel caso del cannello ossiacetilenico, visto che la miscela di ossigeno e idrogeno non è facilmente esplosiva, senza dimenticare il fatto che i gas, essendo molto compressi, si muovono nei canali e giungono al becco per virtù propria.

Il calore che riesce a sprigionare la fiamma ossidrica venne sfruttato per la prima volta dall’ingegnere inglese Thomas Drummond nel 1820, ma per degli scopi legati maggiormente all’illuminazione. In quel caso, infatti, tale fiamma veniva proiettata su un apposito blocco di calce viva, il quale diveniva poi incandescente. Ma anche ai giorni nostri, si sfrutta in modo ampio la possibilità di dar vita ad alte temperature tramite la fiamma ossidrica. Un’applicazione tipica è stata soprattutto quella relativa alla realizzazione della fusione del platino all’interno di un contenitore di calce.

L’industria metallurgica è la maggiore beneficiaria in questo senso, in particolare quando si ha a che fare con la saldatura di metalli come il ferro, il rame, la ghisa e l’alluminio. Inoltre, non bisogna dimenticare le varie fucinature, le brasature e le colate. Il largo utilizzo è dovuto principalmente alla economia della fiamma ossidrica, tanto che perfino i tagli dei metalli sono una peculiarità importante. La sostituzione con altri combustibili, infine, è stata motivata con la necessità di usare pressioni più alte.

Cannello ossiacetilenico
Il taglio ossiacetilenico non è una semplice variante del taglio a fiamma ossidrica ma è un processo che sfrutta meccanismi completamente diversi. Mentre nel taglio a fiamma ossidrica questo avviene direttamente perché la temperatura della fiamma (circa 2000 °C) supera la temperatura di fusione del materiale, nel caso del taglio ossiacetilenico contestualmente alla fiamma, ma indipendentemente da essa, sul materiale viene diretto un flusso di ossigeno a elevato grado di purezza. Alla temperatura di circa 1350 °C tale ossigeno si combina con il ferro dando luogo a ossidi di ferro, con la reazione di ossidazione che sviluppa una notevole quantità di calore, sufficiente a causare la suddetta fusione localizzata. Il fenomeno della fusione endogena del ferro in atmosfera di ossigeno è noto fin dal 1776, ottenuta dal grande chimico francese Antoine de Lavoisier, ma è solo nel 1905 che gli ingegneri francesi Picard e Fouche riuscirono a realizzare il prototipo della attuale torcia ossi-acetilenica da taglio, ovverosia un cannello (o torcia) in cui a una corona di ugelli eroganti acetilene si accoppia un ugello centrale destinato a erogare ossigeno purissimo. Le due erogazioni sono separate, per cui inizialmente viene utilizzata unicamente la fiamma acetilenica propriamente detta per riscaldare il materiale fino a una temperatura superiore ai 1350 °C, resa evidente dall’arrossamento del materiale ferroso, e a questo punto viene aperta l’erogazione anche del getto di ossigeno, che dando luogo all’ossidazione del ferro genera il surplus di energia termica necessario per arrivare alla fusione localizzata del materiale. Il flusso di ossigeno e il gas combusto provvedono anche a spingere fuori il materiale fuso, liberando la superficie per la prosecuzione del taglio.

Essendo il processo di taglio strettamente legato alla formazione di ossidi di ferro, chiaramente esso è possibile unicamente con i materiali contenenti ferro. In realtà, il processo sarebbe applicabile a qualunque metallo avente ossidi derivanti da combustione a temperature inferiori a quelle del metallo base e in grado di generare un apporto termico sufficiente a indurre la fusione de metallo base: una condizione che purtroppo nei materiali tecnici si verifica solo nel ferro e negli acciai e solo fino a quando il loro tenore di carbonio è inferiore allo 0,3%. Questo perché anche il carbonio ha la tendenza a ossidarsi ad alta temperatura in presenza di ossigeno. Reazioni che da un lato neutralizzano la formazione di ossido di ferro e dall’altro portano alla creazione di un ossido di carbonio che tende a depositarsi in aderenza alla superficie di taglio, inibendo la prosecuzione del processo.

Lancia termica

E' uno strumento utilizzato per il taglio dei metalli; è costituito da un tubo di acciaio in cui è inserita una treccia di fili di alluminio attraverso cui passa dell'ossigeno a 20 atmosfere.

Questo tubo ha le estremità con raccordi filettati per potere essere allungato per raggiungere il punto di taglio in profondità e per compensare l'accorciamento durante la combustione che avviene dopo opportuno innesco Con una fiamma ossidrica.

La lancia termica raggiunge temperature molto elevate, prossime anche ai 3000 °C, conferendo alla lunga barra di metallo proprietà di penetrazione tali da poter fondere strutture metalliche o materiali refrattari come il cemento, perfino se immerse in acqua.