Самодельный плазморез. Плазменный резак своими руками из инвертора – при разумных затратах это возможно

Для резки листового металла используются различные механические приспособления, а также электросварка или газовый резак. Но кроме этих методов есть эффективный способ резки металла – плазменный резак. Установка заводского производства стоит достаточно дорого, но ее можно заменить самодельным плазморезом из сварочного трансформатора.

Установка плазменной резки состоит из следующих частей:

• плазменный резак или плазмотрон, создающий поток плазмы;
• сварочный трансформатор, питающий плазмотрон;
• осциллятор или блок поджига дуги, подающий высокое напряжение в момент начала реза для формирования потока плазмы;
• компрессор для создания потока воздуха через плазмотрон;
• кабеля, соединяющие сварочный аппарат, плазменную горелку и разрезаемую деталь;
• шланги, по которым подается воздух или другой газ и, при необходимости, охлаждающая жидкость.

Плазменная головка внешне напоминает горелку для сварочного полуавтомата. К ней также подключаются кабеля и шланги, но из сопла вместо проволоки выходит поток плазмы, разогретой до 8000°С.

Принцип работы устройства

Установка плазменной резки представляет из себя своего рода гибрид электросварки и газового резака – металл плавится электричеством, а расплав выдувается потоком газа.

Основной частью этого аппарата является плазмотрон. Внутри него находится медный электрод со стержнем из тугоплавкого металла – бериллия, тория, циркония или гафния. На конце головки находится сопло, формирующее поток плазмы. Сопло отделено от электрода изолятором. Рез производится обратной полярностью – электрод является анодом, а сопло и разрезаемый металл катодом.

Работает установка следующим образом:

• при включении агрегата на электрод и сопло подается напряжение от сварочного трансформатора;
• при помощи осциллятора между этими элементами возникает вспомогательная электрическая дуга, ограниченная добавочным сопротивлением;
• эта дуга разогревает газ, подаваемый в плазмотрон до 8000°С, что превращает его в плазму и увеличивает давление внутри головки;
• потоком воздуха или другого газа поток плазмы выдувается из сопла;
• при выходе из него плазма сжимается в узкий пучок, скорость которого может достигать 1500м/с, а температура 30000°С;
• при соприкосновении плазмы и разрезаемой детали ток начинает идти через массу трансформатора;
• токовое реле, установленное последовательно с деталью, отключает осциллятор и вспомогательную дугу.

Толщина разрезаемого металла зависит от силы тока сварочного трансформатора.

Информация! При токе более 100А плазмотрон и подходящий к нему кабель нуждаются в охлаждении проточной водой или другой охлаждающей жидкостью.

Достоинства и недостатки плазменной резки

Резка металла плазмой имеет преимущества перед другими способами:

• возможность реза любых металлов и сплавов;
• высокая скорость обработки;
• чистая линия разреза без наплывов и потеков материала;
• обработка производится без прогрева разрезаемых деталей;
• не используются огнеопасные материалы, такие, как баллоны с кислородом и природным газом.

Недостатками плазменной резки являются:

• сложность и высокая цена установки;
• для каждого оператора с плазмотроном необходим отдельный трансформатор и пульт управления;
• угол реза не более 50°;
• большой шум при работе.

Для чего нужен трансформатор

Источником питания плазменной дуги служит трансформатор с выпрямителем. От его мощности зависит сила тока и скорость реза металла, а от выходного напряжения толщина разрезаемого материала.

Подключить установку плазменной резки можно не только к специальному трансформатору, но и к сварочному аппарату, обладающему необходимыми характеристиками.

Обойтись без такого устройства нельзя по нескольким причинам:

• Трансформатор по самому принципу своей работы ограничивает ток во вторичной обмотке. При питании плазмотрона прямо от сети аппарат будет работать в режиме КЗ, поэтому ток реза и потребляемая мощность превысят любые допустимые величины.
• Сварочный аппарат при работе выполняет роль разделительного трансформатора. При подключении плазмотрона без него горелка и деталь окажутся под напряжением, что опасно для жизни людей.

Схема

Как любая электроустановка, агрегат плазменной резки собирается согласно электросхемам.

Принципиальная

На этой схеме указаны все элементы установки независимо от их расположения. Основной целью этого чертежа является показать связи между деталями и упростить понимание работы установки.

На принципиальной схеме аппарата изображены следующие элементы:

• питающий трансформатор с выпрямителем;
• осциллятор;
• токовое реле;
• резистор, ограничивающий ток вспомогательной дуги;
• контактор, отключающий эту дугу;
• пускатель, включающий аппарат;
• кнопка включения реза;
• компрессор с аппаратурой управления.

Информация! Силовые цепи могут изображаться толстыми линиями.

Управления

В схеме управления показаны все кнопки и регуляторы, которые находятся на пульту или непосредственно на плазмотроне:

• кнопки включения компрессора;
• регулятор давления воздуха;
• при наличии охлаждающей жидкости кнопки и регуляторы ее потоком;
• амперметр;
• вольтметр;
• датчики протока воды и воздуха;
• кнопка управления резом (может находиться на рукоятке плазмотрона).

Информация! Все эти элементы изображены так же на принципиальной схеме.

Подключения

На схеме подключения указаны кабеля и шланги, соединяющие все элементы между собой. На ней указывается сечение и длина проводов, а также место подключения.

Как изготовить плазменный резак

Рабочим инструментом установки плазменной резки является резак, или плазмотрон. Он создает поток воздуха, превращенный в плазму, разогретую до 30000°С, которая разрезает металл.

Изготовить его можно самостоятельно. Желательно в качестве образца использовать готовую конструкцию. Состоит плазмотрон из нескольких основных элементов:

• Центральный держатель со сменным электродом. При токе реза до 100А и толщине металла до 50 мм держатель изготавливается из медного прута, в более мощных аппаратах внутри есть каналы для водяного охлаждения. Для поджига дуги расстояние между электродом и соплом должно быть 2 мм, поэтому для регулировки плазмотрона центральный стержень делается подвижным.
• Изолятор между центральным электродом и наружным корпусом. Часть изолятора, ближняя к соплу, изнашивается и изготавливается сменной из фторопласта.
• Наружный корпус со сменным соплом. Плазма образуется в камере между электродом и соплом. При изготовлении устройства с водяным охлаждением внутри стенок находятся каналы для охлаждающей жидкости.
• Сменные насадки, кабеля – силовой и для вспомогательной дуги, шланги.

Информация! В устройствах с водяным охлаждением силовой кабель без изоляции и находится внутри шланга, подающего воду к горелке.

Один из способов изготовить такое устройство – это сделать его из горелки для аргонно-дуговой сварки. В ней есть большинство необходимых элементов:

• вольфрамовый электрод Ø4мм с возможностью регулировки положения;
• клемма и кабель для подачи к нему тока для сварки;
• направляющие каналы и шланг для подвода газа к соплу.

Для доработки необходимо:

• снять тонкостенное латунное сопло;
• накрутить вместо него изолирующую прокладку из фторопласта цилиндрической формы с резьбой снаружи и внутри цилиндра;
• сверху на прокладку накрутить латунный корпус с креплением для медного сопла;
• к корпусу припаять или прижать хомутом кабель для вспомогательной дуги;
• в рукоятке установить микровыключатель, включающий режим реза.

Сменные насадки

Сменными элементами, которые изнашиваются во время работы, являются электроды и сопла:

• Электрод изготавливается из меди со вставкой из тугоплавкого металла – бериллия, тория, циркония и гафния. Вставка находится в центре, напротив отверстия сопла. Вспомогательная кратковременная дуга появляется между краем электрода и соплом, рабочая постоянная между вставкой и деталью, поэтому вставка, является самым изнашивающимся элементом и заменяется вместе с электродом.
• Сопло формирует плазменную струю, образованную электродом. Оптимальный размер сопла 30мм, в центре находится отверстие Ø2мм. Во время работы плазма, проходящая через него, увеличивает диаметр канала, что делает поток газа шире, а рез менее аккуратным. Поэтому сопло, как и электрод, следует периодически менять.

Выбор газа

Несмотря на то, что любой металл можно разрезать потоком воздуха, создаваемым компрессором, для каждого из металлов есть оптимальный состав газа:

• медь, латунь и титана – азот;
• алюминий – смесь азота с водородом;
• высоколегированная сталь – аргон.

Как изготовить сварочный трансформатор

Источником питания плазмы является сварочный трансформатор. Как и некоторые другие элементы его можно изготовить самостоятельно.

Необходимые параметры

Трансформатор для плазменной резки отличается от обычного сварочника напряжением холостого хода и составляет 220-250В. Это необходимо для создания и поддержания дуги между электродом и разрезаемой деталью. Мощность и ток вторичной обмотки зависят от предполагаемой толщины металла:

• 20А, 2,5кВт – 6 мм;
• 50А, 6кВт – 12 мм;
• 80А, 10кВт – 18-25 мм.

Источник питания необходим с “мягкой” характеристикой, напряжение при работе составляет 70В. Для работы вспомогательной дуги достаточен ток 5А. Он ограничивается сопротивлением 30-50Ом, изготовленным из толстой нихромовой проволоки.

Информация! Использовать обычный или инверторный сварочник не получится. У этих аппаратов недостаточное напряжение ХХ.

Как рассчитать

Расчет питающего трансформатора сводится к определению необходимых сечений магнитопровода, первичной и вторичной обмотки и числа витков.

Для аппарата, предназначенного для разрезания металла до 12 мм при токе 50А, напряжении холостого хода 200В и напряжении сети 220В эти параметры составляют:

• сечение магнитопровода – 107 мм²
• первичная обмотка – 225 витков медным проводом Ø4,7 мм;
• вторичная обмотка – 205 витков медной проводом Ø5,04 мм².

Изготовление трансформатора

В связи с тем, что трансформатор должен иметь “мягкую” характеристику, катушки располагаются отдельно друг от друга. При использовании О-образного сердечника они находятся на разных стержнях, на Ш-образном магнитопроводе обмотки располагаются вдоль средней части.

Намотка катушек производится по расчетным параметрам на каркасах их электротехнического картона. Готовые обмотки обматываются стеклолентой или киперной лентой и покрываются краской.

После намотки обмоток и сборки магнитопровода на трансформатор крепится и подключается диодный мост из 4 диодов с радиаторами, собранный на текстолитовой площадке. Собранный трансформатор помещается в корпус, а вывода обмоток и диодного моста подключаются к клеммам на передней панели. Подключение выполняется согласно принципиальной схеме, учитывая наличие амперметров, вольтметров, пускателей и других деталей.

Осциллятор, подключенный последовательно со сварочником, имеет высокое выходное напряжение высокой частоты. Поэтому диоды в выпрямителе необходимо использовать высокочастотные или установить отдельный диодный мост, специально для вспомогательной дуги.

Другие комплектующие

Кроме плазмотрона и трансформатора в агрегате плазменной резки есть и другие элементы.

Компрессор

Самый распространенный рабочий газ – это сжатый воздух. Его можно использовать при резке почти всех металлов и сплавов. Источником сжатого воздуха является компрессор. Его можно использовать любой конструкции, минимальная производительность зависит от толщины металла:

• 16 мм – 140л/мин;
• 20 мм – 170л/мин
• 30 мм – 190л/мин.

Для более стабильной работы необходим ресивер емкостью от 50 литров, давление создаваемое компрессором должно быть более 4,5Бар.

Кабели и шланги

Для работы плазмореза с воздушным охлаждением кабель-шланговый пакет состоит из следующих элементов:

• Силовой кабель. Его сечение зависит от номинальной мощности устройства. При токе 50А, достаточным для резки металла толщиной 10 мм и проводе в виниловой изоляции оно составляет 6мм². При использовании кабеля в жаропрочной изоляци сечение соответственно уменьшается. Этих кабелей необходимо 2 – один в кабель-шланговом пакете для электрода и второй для массы.
• Провод для вспомогательной дуги. Сечение достаточно 1,5 мм². По допустимому нагреву кабель допускается более тонкий, но он имеет недостаточную механическую прочность.
• Шланг для подачи воздуха. Внутренний диаметр 10 мм.
• Провода для подключения микровыключателя.

Осциллятор

Это прибор, увеличивающий напряжение ХХ сварочного трансформатора до величины, обеспечивающий появление электрической дуги без предварительного контакта электрода и массы.

Осцилляторы, используемые в агрегатах плазменной резки, подключаются последовательно с трансформатором и добавляют к постоянному напряжению 220В переменное, частотой до 250кГц и напряжением до 6кВ.

Сам по себе этот прибор не выдает ток, опасный для здоровья людей и, тем более, не способен создать дугу для сварки или резки металла. Основное предназначение этого устройства в создании искры между электродами. Эта искра является проводником и “прокладывает путь” для сварочного выпрямителя.

Совет! Вместо осциллятора допускается использование электронного зажигания автомобиля.

Окончательная сборка

Сборка самодельного агрегата плазменной резки заключается в соединении всех элементов кабелями и шлангами:

• кабеля для электрода, массы и вспомогательной дуги подключаются к соответствующим клеммам на сварочном трансформаторе;
• воздушный шланг присоединяется к ресиверу компрессора;
• провода, идущие к микровыключателю на рукоятке, подключаются к схеме управления.

Проверка

Для проверки собранного устройства необходимо произвести пробный рез металла:

• подать питание на трансформатор;
• через 10 минут отключить и проверить обмотки на нагрев;
• если они холодные, снова подать питание;
• включить компрессор;
• после заполнения ресивера открыть воздушный кран и направить поток воздуха через плазмотрон;
• нажатием кнопки микровыключателя зажечь вспомогательную дугу;
• при ее наличии произвести пробный рез металла.

После завершения испытаний отключить аппарат от сети и снова проверить все элементы на нагрев.

Правила техники безопасности при работе плазморезом

Процесс плазменной резки при несоблюдении правили работы является опасным для здоровья и жизни людей. Основными вредными факторами являются:

• Брызги расплавленного металла. Во время реза поток плазмы расплавляет металл и выдувает его из разрезаемой детали. Попадание расплавленных капель на горючие вещества приводит к их возгоранию, а попадание на кожу вызывает сильные ожоги, вплоть до IV степени (обугливание). Для защиты необходимо направлять поток плазмы в сторону от людей и горючих материалов.
• Вредные газы и пыль. Во время реза металл на только расплавляется, но и горит. Образующийся при этом дым вреден для здоровья. Кроме того горят загрязнения на поверхности деталей. Поэтому рабочее место необходимо оборудовать вытяжной вентиляцией и работать в респираторе.
• Яркий свет. Во время работы электросварки и резки плазмой, образованной электрической дугой, кроме видимого света появляется ультрафиолет. Этот вид излучения приводит к ожогам сетчатки глаз. Для защиты рабочее место огораживается переносными щитами, а резчик должен пользоваться защитным щитком.
• Температура. После завершения работы края детали некоторое время остаются нагретыми до высокой температуры и прикосновение к ним может привести к ожогам. Для того, чтобы избежать подобных травм к разрезанным деталям можно прикасаться только в защитных рукавицах или через некоторое время, достаточное для остывания кромок.

Средняя стоимость трансформаторного плазмореза, собранного своими руками

Стоимость самодельного плазмореза зависит от цены комплектующих. В идеале такой аппарат собирается из различного старого хлама и запчастей, имеющихся в мастерской.

В любом случае следует ориентироваться на цену магазинного плазмореза, которая зависит от толщины разрезаемого металла, наличия дополнительных аксессуаров, фирмы производителя и других факторов.

Средняя стоимость подобных устройств зависит от толщины разрезаемого металла:

• до 30 мм – 150–300 тыс. руб.;
• 25 мм – 81–220 тыс. руб.;
• 17 мм – 45–270 тыс. руб.;
• 12 мм – 32–230 тыс. руб.;
• 10 мм – 25–20 тыс. руб.;
• 6 мм – 15–20 тыс. руб.

Совет! У разных производителей различная цена на комплектующие, поэтому один из способов сэкономить - это приобрести все детали по-отдельности и собрать аппарат самостоятельно из готовых элементов.

Параметры плазменной резки различных металлов

Несмотря на то, что все материалы можно резать в одном режиме, для улучшения качества обработки различные металлы и сплавы требуют разных режимов реза, газа и настройки оборудования:

• Углеродистая сталь – воздух, азот, кислород. Диаметр сопла 3 мм, скорость реза 0,3-5,5 мм/мин.
• Нержавеющая сталь – воздух, азот, водородно-аргонная смесь. Диаметр сопла 3 мм, скорость реза 0,3-5,5 мм/мин.
• Алюминий – азот, водородно-аргонная смесь. Диаметр сопла 2-3 мм, скорость реза 0,1-1,6 мм/мин.
• Медь и сплавы – воздух свыше 40 мм, азот – 5-15 мм. Диаметр сопла 3-3,5 мм, скорость реза 0,4-3 мм/мин

Информация! Скорость реза зависит от тока установки и толщины детали. При этом важно, чтобы конец дуги “не отставал” от ее начала.

Плазменная резка металла - это современный способ обработки. Наличие такого аппарата, сделанного из сварочного трансформатора, в мастерской расширяет возможности мастера.

Бесспорно многие из нас видели видео на ютубе, где Виталий Богачев собрал плазменный резак из обычного сварочного аппарата дуговой сварки
Постараюсь объяснить простыми словами без всякого фанатизма. Виталий, удалил вторичную обмотку на сварочном трансформаторе и вместо нее намотал новую вторичную обмотку кабелем меньшего сечения, что бы поднять выходное напряжение до 200В. Следом установил диодный мост на радиаторы и дроссель намотанный на железе, походу от большего сварочного трансформатора. Подключил это дело к резаку.
Для продувки использовал обычный воздух накачиваемый компрессором

Вот первое видео в котором Виталий описал конструкцию прибора

Во втором видео Виталий показал как работает его самопальный плазменный резак. Видно, что резак режет метал до 8мм, но Виталий не показывает сам аппарат во время резки, даже элементарно зайти в это помещение и показать куда тянется рукав от резака, этого нет

Честно, ну очень меня поманила эта идея и захотелось собрать подобное устройство, но вот что насторожило. Почему заводские аппараты для плазменной резки стоят приличных денег, если в них нет ничего такого сложного, может в видео есть подвох и на самом деле видео для пиара

Во первых нужен сварочный аппарат для дуговой сварки переменного тока 200А, а точнее таких аппаратов нужно пара. Первый трансформатор будет силовой, второй трансформатор будет в качестве дросселя. На сварочном трансформаторе три обмотки, две первичные обмотки 0-220-400В, а так же вторичная обмотка 40В. Вот что я планирую делать с этими трансформаторами, разрезать оба трансформатора, снять вторичную обмотку с первого и на ее место поставить первичку второго трансформатора, вот и должно у меня получится на вторичной обмотке 200В. Теперь о дросселе. Остается у меня железо со второго трансформатора, а так же две вторичные обмотки, которые можно одеть на второй сердечник и последовательно соединить. Должен получиться великолепный дроссель с пока неизвестной индуктивностью.
Посмотрел на эти сварочные трансформаторы в Яндекс маркете и нашел самый дешевый вариант по 2 376 ₽ за один. Значит за два с учетом доставки выйдет примерно 6,500Р.
Вот такие сварочные аппараты

Иду далее, нужны 4 диода напряжением от 600В, но лучше 1000В. Ток для диодов лучше выбрать побольше скажем 150А будет в самый раз. За этим делом обращусь ка я на AliExpress. Нашел подходящий диодный мостик на 150А 1600В на обратный пробой, такой хороший запас по обратному напряжению не будет лишний.


Цена на такой диодный мостик 770,33 руб., вот ссылка для покупки. Так же нужен радиатор для охлаждения диодного моста, лучше чем радиатор с процессора ПК идей нет, такой радиатор можно на барахолке купить за 100-200Р. И того 1000Р за выпрямитель

Для работы плазменного резака нужен компрессор, ну это дело решенное, давно собран. Компрессор это хорошо, а вот воздух должен быть чистым, без масла и влаги. Значит надо перед резаком ставить осушитель, который опять же лучше заказать с Китая. Приглянулся мне фильтр AF2000-02 G1/4 за 442,20 руб.


Осушитель выдерживает давление в 1.5 МПа, что вполне устраивает. Так же нужен клапан для управления, клапан буду использовать типа такого, цена на него 480Р. Вот ссылка

Так же для соединения между собой нужны штуцера диаметром 1\4 дюйма


Как вариант можно заказать 5 штучек за 276 руб. ссылка вот

Следующий компонент плазменного резака и пожалуй основной это сама горелка. Такая горелочка стоит немало у нас, но и в Китае просят за нее 2400Р.


Из того что предлагают Китайцы, это самый дешевый вариант. Заказать такой можно по ссылке . Так же для подключения этого рукава нужен штуцер, такой же как я показывал в статье про . Что то найти толкового ничего не смог в интернете, поэтому прийдется заказывать у токаря. Это еще рублей 600-800

Еще несколько компонентов надо для полного комплекта.
Несколько релюшек для управления силовым трансформатором и клапанном газа.

Такие реле можно заказать из Китая по 100 рублей
Нужен блок питания 12В для питания клапана и реле
Такой блок питания стоит в Китае 232 р, купить можно по этой ссылке . Разъем под кнопку управления на держаке.

Этой кнопкой включается трансформатор, открывается клапан и включается осциллятор. С Китая такой стоит 66 рублей, комплект мама-папа. Так же для розжига дуги плазмы без контакта нужен высоковольтный осцилятор

Готовый модуль из Китая для питания от переменного напряжения 220В модуль стоит 1500 рублей, ссылка

• Сборка плазменного резака
• Как работает плазменный резак?

Плазморез своими руками из инвертора не так сложно собрать. Важно предусмотреть наличие следующих элементов:

• плазмотрон, т. е. непосредственно плазменный резак;
• источник питания, в качестве которого выступает сварочный инвертор (можно применять и трансформатор);
• компрессор для подачи воздушной струи охлаждения и формирования плазменного потока;
• кабель-шланги для сборки и подключения отдельных элементов в единую систему.

Плазморез можно использовать не только для резки различных деталей, но и для сварки.

Плазменный самодельный резак можно использовать для выполнения различных работ. Это не только производство, но и бытовые работы, например, обработка различных металлических заготовок, где требуется точный тонкий и высококачественный рез. Есть модели, которые можно использовать для сварки в защищенной газовой среде с использованием аргона.

Принцип работы аппарата плазменной резки металла.

При сборке внимание следует уделить силе тока. Величина зависит от источника питания, предпочитают использовать инвертор. Он обеспечивает более стабильную работу, энергопотребление экономнее, чем у трансформатора, хотя толщина заготовок, с которыми он может работать, ниже. Почему именно инвертор? Все дело в том, что он удобнее в работе, чем трансформатор. Его вес меньше, он не такой массивный. Электроэнергии потребляется меньше, при этом КПД выше на 10%, что положительным образом сказывается на качестве работы.

Схемы для сборки можно использовать уже готовые, если покупаются элементы конструкции все вместе. Можно ее взять из сети, особенно когда все детали уже есть и покупать ничего не требуется. При сборке внимание следует уделять точности и четкости соответствия схеме, соединению отдельных элементов. Сопло следует брать длинным, но не слишком, так как его придется быстро заменять.

Выбор конструктивных элементов

Изготовление плазмореза своими руками из инвертора требует наличия таких элементов:

1. Источник питания для оборудования, в этом качестве и выступает инвертор, обеспечивающий подачу тока с необходимыми характеристиками на плазморез. Вместо инвертора, если его нет в наличии или невозможно найти, можно использовать трансформатор.
2. Если вместо инвертора выбирается трансформатор, необходимо учесть его большой вес и слишком высокое потребление электроэнергии.
3. Плазмотрон, т. е. плазменный резак, который является основным элементом конструкции.
4. Воздушный компрессор и кабель-шланговый пакет.

Виды плазменных резаков.

Что выбрать в качестве источника тока для сборки плазмореза? Трансформатор - не самый лучший вариант по целому ряду причин. Дело не только в его большом весе, что затрудняет использование оборудования после сборки, но и в слишком большом потреблении электроэнергии. Устройство получается слишком затратным. Из преимуществ следует отметить слабую чувствительность к перепадам напряжения в сети во время работы. Таким оборудованием можно резать различные заготовки, толщина которых значительная.

Инвертор в качестве источника питания является более предпочтительным, он экономнее, его стоимость ниже. Кроме того, вес инвертора гораздо меньше, устройство после сборки в использовании проще. Но толщина заготовок не может быть слишком большой. Такие плазменные резаки можно использовать в домашних мастерских, на небольшом производстве, так как мощности вполне хватает для такого «скромного» производства. Есть и еще одно преимущество в пользу первого. Это уровень КПД, который у инверторного резака примерно на 30% выше, дуга отличается более стабильными показателями, резка получается качественнее. Удобнее такое оборудование и для работы в труднодоступных местах, где трансформаторные использовать не получается. Плазмотрон - главный элемент резака, его конструкция включает в себя сопло, канал подачи воздуха (сжатого для обеспечения резки), электрод, изолятор/охладитель.

Вернуться к оглавлению

Схема плазменной сварки открытой и закрытой плазменной струей.

Для плазмотрона необходимо подобрать электрод, можно приобрести из тория, бериллия, циркония либо гафния. Такие материалы являются оптимальными для обеспечения резки воздушно-плазменного типа. На поверхности электродов в процессе резки возникают так называемые тугоплавкие оксиды, они не дают электроду разрушаться. При выборе следует помнить, что некоторые их этих металлов опасны для сварщика. Бериллий вызывает образование радиоактивных оксидов, а торий - токсичных. Лучше всего использовать гафний, он абсолютно безопасен для оператора.

При сборке внимание следует уделить соплу, при помощи которого формируется струя для резки. От диаметра сопла зависят характеристики струи, время резки, ширина резки. Лучше всего использовать изделия диаметром в 3 см, длина его должна быть значительной, чтобы рез получился более качественным и аккуратным. Однако брать слишком длинное сопло нельзя, оно быстро разрушается.

Для подачи воздуха конструкции необходим компрессор. Особенности работы резака предполагают, что использоваться будут газы для защиты и плазмообразования, при этом работа проводится при силе тока в 200 А, но не больше. Для функционирования устройства используется сжатый воздух, он необходим для охлаждения оборудования в процессе работы и для формирования плазмы. Такой вариант позволяет резать заготовки, толщина которых составляет 50 мм. Для промышленного оборудования сжатый воздух не используется, здесь применяются кислород, гелий, водород, аргон, азот, их смеси.

Для соединения источника питания, плазмотрона и компрессора применяется специальный кабель-шланговый пакет. Порядок сборки такой:

1. Инвертор (или трансформатор) электрическим кабелем соединяется с электродом для создания дуги.
2. Через шланг от компрессора подается сжатый воздух, он образует плазменную струю внутри плазмотрона.

Вернуться к оглавлению

Схема работы плазморезом.

После того как плазменный резак собран, надо проверить его работоспособность. При включении инвертор начинает подавать ток на плазмотрон с высокой частотой. Появляется дуга, ее температура в этот момент составляет от 6000°С до 8000°С, зажигается она между наконечником сопла и рабочим электродом. Далее в камеру начинает поступать сжатый воздух, он из патрубка проходит через электродугу, нагревается, в объеме увеличивается до 100 раз. Струя приобретает токопроводящие свойства, ионизируется.

Соплом формируется узкий рабочий поток, скорость которого равна 2-3 м/сек. Температура в это время сильно повышается, может достигать от 25000°С до 30000°С. На выходе образуется высокотемпературная плазма, используемая для резки. При соприкосновении плазмы и детали дежурная первоначальная дуга гаснет, а зажигается уже режущая, которая обрабатывает деталь локально. Металл плавится только в месте реза, потоком воздуха все металлические расплавленные частички сдуваются.

Использование такого резака из обычного сварочного инвертора позволяет получить аккуратные резы в металлических заготовках. При работе необходимо следить, чтобы пятно дуги находилось строго по центру катода/электрода, для чего используется так называемая тангенциальная подача рабочего воздушного потока. Если при работе такой воздушный вихревой поток будет нарушен, то работать устройство начнет нестабильно, качество реза сильно ухудшится. Важно, чтобы при работе не образовывалось сразу две дуги, в этом случае аппарат просто выйдет из строя. Нельзя, чтобы плазменный резак имел слишком сильный поток воздуха.

Скорость, обеспечивающая хорошее качество, равна 800 м/сек, но при этом сила тока должна составлять до 250 А, не выше.

Но надо учесть, что расход воздуха будет увеличен.

Плазменный резак, в качестве главного элемента которого используется инвертор для дуговой сварки, применяется для реза металлических заготовок. Сборка простая, конструкция включает себя такие элементы, как источник тока, сопло, плазменный резак, компрессор. При сборке следует сразу определиться с источником питания, вместо инвертора некоторые предпочитают трансформатор. Все преимущества и недостатки устройств были описаны выше, вам остается только сделать выбор.

expertsvarki.ru

Самодельный плазморез из инверторного сварочного аппарата: схема и порядок сборки

Резка металла осуществляется несколькими способами – механическим методом, дуговой сваркой или воздействием плазмы с высокой температурой. В последнем случае в качестве источника питания можно использовать инвертор. Для изготовления своими руками эффективного плазмореза потребуется ознакомиться со схемой и принципом работы устройства.

Схема плазменного резака

Обработка металлических поверхностей, их резка и контролируемое деформирование происходит с помощью струи воздуха или инертного газа. Давление и наличие воспламеняемого компонента (электрода) обеспечивает формирование области плазмы. Она оказывает влиянием высокой температурой и давлением на область заготовки, в результате чего происходит ее разрезание.

Особенности изготовления плазмореза на основе инверторного сварочного аппарата:

• Предварительный расчет мощности оборудования. Определяющий параметр – толщина и свойства разрезаемого материала.
• Мобильность конструкции и ее габариты.
• Продолжительность непрерывного реза.
• Бюджет.

Последний показатель не должен влиять на качество, а главное – безопасность работы самодельного плазменного резака. Рекомендуется использовать максимум компонентов заводского изготовления.

Инверторный сварочный аппарата – это источник дуги для розжига плазмы. Также он применяется по прямому назначению – формирование соединительных швов. Для комплектации плазмореза нужно приобретать только заводские модели, так как самодельные не смогут обеспечить стабильность работы.

Для обеспечения мобильности нужно купить инвертор с функцией аргонодуговой сварки. В его конструкции предусмотрено место для подключения шланга от источника воздуха или инертного газа. Средняя стоимость – 19 500 рублей.

Дополнительно потребуются следующие компоненты:

• Резак с функцией подачи электричества, проволоки (электрода) и воздуха.
• Компрессор. Он нужен для нагнетания газа, альтернатива – заправленные баллоны.
• Кабель-шланговый пакет. Это магистрали для электричества, воздушный шланг и устройство для подачи проволоки.

Из всего перечня сделать своими руками можно только ручку для резака. Именно она чаще всего выходит из строя из-за постоянного температурного воздействия. Размеры и эксплуатационные свойства остальных компонентов должны отвечать стандартам качества.

Пошаговая инструкция по сборке

По сути плазморез не изготавливается, а собирается из вышеописанных элементов. Предварительно проверяется возможность подключения отдельных компонентов, уточняются режимы работы – величина подаваемого тока от инвертора, интенсивность воздушной струи, температура плазмы.

Дополнительно нужно использовать манометр для контроля давления в воздушной магистрали. Оптимальный вариант расположения – на корпусе инвертора. На держателе он будет мешать точному формированию реза.

Порядок работы:

1. Проверить питание инвертора.
2. Проконтролировать герметичность воздушной магистрали.
3. Установить давление струи инертного газа на требуемый уровень.
4. Подключить отрицательный электрод инвертора к заготовке.
5. Проверка дуги, активация подачи воздуха.
6. Плазменная резка.

В процессе резания возникают проблемы – отсутствие комплектующих, нестабильный режим установки. Вероятные последствия – невозможность продолжать работу, некачественный рез. Выход – тщательно подготовиться к этому мероприятию.

• Запасные прокладки для воздушной магистрали. Частое переключение приводит к их стиранию и потере герметичности.
• Качество сопла. При длительном температурном воздействии оно может засориться, изменить геометрию.
• Электроды только из тугоплавких материалов.
• Причина поломки самодельных резаков – возникновение 2-х воздушных вихрей, что приводит к деформации сопла.
• Обязательно выполнять работы только в защитной одежде.

ismith.ru

Плазморез из инвертора своими руками: чертежи, инструкция по изготовлению:

Сделать плазморез из инвертора своими руками - это задача, которая под силу практически любому хорошему хозяину. Одно из главных достоинств этого прибора заключается в том, что после резки таким устройством не возникнет необходимости в дополнительной обработке краев металлических листов.

Аппараты прямого действия

В настоящее время существует множество вариантов ручных плазморезов, как и множество различных вариантов, их работы. Одна из таких установок - это резак с прямым принципом действия. Работа этого типа устройства основывается на применении электрической дуги. Эта дуга имеет вид цилиндра, к которому подведена струя газа. Именно за счет такой необычной конструкции, в этом аппарате можно достичь колоссальной температуры примерно в 20 000 градусов. Кроме того этот аппарат способен не только развивать огромную температуру, но и быстро охлаждать другие рабочие элементы.

Аппарат косвенного действия

Установки косвенного действия используются не так часто, как прямого. Все дело в том, что они характеризуются меньшим показателем коэффициента полезного действия, то есть КПД.

Устройство этих инструментов также довольно специфичное и заключается оно в том, что активные точки цепи размещаются либо на трубе, либо на специальном вольфрамовом электроде. Эти устройства стали довольно широко применяться тогда, когда требуется произвести напыление или нагреть металлические части. Однако в качестве плазменного резака этот тип оборудования не применяется. Чаще всего их используют для того, чтобы провести ремонт автомобильных узлов, не извлекая их при этом из корпуса.

К особенностям работы таких резаков также можно отнести то, что они способны работать только в том случае, если имеется воздушный фильтр, а также охладитель. Наличие воздушных фильтров в этом устройстве обеспечивает более длительный срок службы таких элементов, как катод и анод, а также влияет на ускорение процесса запуска механизма.

Конструкция ручного инструмента

Для того чтобы обеспечить выполнение всех нужных функций плазморезом из инвертора своими руками, необходимо понимать основной принцип действия. Вся работоспособность устройства зависит от подачи сильно нагретого воздуха с резака на лист металла. Температурные условия, которые необходимо создать - это несколько десятков тысяч градусов. При нагреве кислорода до таких пределов, он под давлением подается из резака на поверхность, которую необходимо разрезать. Именно этот процесс работы является основополагающим. Резка металлических листов осуществляется сильно нагретым кислородом под высоким давлением.

Для того чтобы ускорить данный процесс, необходимо учитывать ионизацию электрическим током. Также важно отметить, что можно увеличить срок службы изготовленного плазмореза своими руками из инвертора, если в устройстве будут находиться некоторые дополнительные детали.

Дополнительные элементы

Всего имеется пять основных элементов, которые должны входить в конструкцию плазмореза.

• Первая и основная деталь - это плазмотрон. Именно этот элемент отвечает за выполнение всех основных функций резака.
• Далее идет плазморез. Конструкция этого элемента может быть выполнена двумя способами - прямым или косвенным. В чем разница между этими конструкциями описано выше.
• Также важно наличие электродов, как расходников для плазмореза.
• Одной из важнейших деталей стало сопло. Конфигурация именно этого элемента дает возможность мастеру понять, для резки какого именно металлического листа предназначается этот резак.
• Компрессор. Необходимость этой детали вполне понятна. Так как для резки необходимо подавать кислород под большим давлением, то наличие этого устройство жизненно важно для функционирования аппарата в целом.

Выбор деталей

Для того чтобы изготовить плазморез своими руками из инвертора, необходимо определиться с тем, из каких именно элементов его создавать.

Деталью, которая будет создавать необходимую мощность для резки, может быть инвертор или трансформатор. При выборе данного элемента устройства очень важно понимать, какой именно толщины металл необходимо будет разрезать. Именно толщина металла и будет являться основополагающим фактором, который повлияет на выбор этой детали. Так как собирается ручной резак, то лучше, конечно, приобретать сварочный инвертор. Его мощность несколько меньше, чем у трансформатора, но он намного легче и сэкономит большое количество электроэнергии.

Второй важной деталью станет выбор между плазменным резаком или плазменной точкой. Основным критерием выбора тут станет тот же фактор, что и при подборе сварочного инвертора, то есть толщина металла. Однако нужно учесть еще один нюанс. Оборудование прямого воздействия предназначается для работы с элементами способными проводить ток. Косвенный же элемент чаще всего устанавливается в том случае, если в работе необходимо обойтись без вещей, использующих ток.

Еще один важный элемент - это компрессор. Его выбор уже проще, так как единственное важное требование - это мощность, которая должна подходить под ранее выбранные части.

Последняя деталь - кабель-шланговый пакет. Предназначается для соединения всех деталей, приведенных выше.

Принцип действия

Для того чтобы создать хороший рабочий инструмент этого типа, очень важно понимать принцип работы и устройство плазмореза. Работает этот аппарат следующим образом:

1. При запуске оборудования, источник тока начинает производить выработку необходимого напряжения, которое передается через кабеля в резак-горелку.
2. В плазмотроне(резак-горелка) имеется два основных элемента - это катод и анод. Между этими двумя деталями будет происходить возбуждение дуги.
3. Мощный поток воздуха, который движется под высоким давлением, а также преодолевает специальные закрученные кабеля, выводит дугу наружу. В это же время, подаваемый воздух сильно увеличивает температуру дуги.
4. Далее в работу вступает кабель массы, который всегда заранее подключается к устройству. Он создает замыкание дуги на рабочей поверхности, что и обеспечивает стабильную работу плазмореза.
5. Важно отметить, что при переделке инвертора в плазморез сохраняется возможность сварки. То есть резак можно использовать еще и как сварочный аппарат. В этом случае лучше всего использовать аргон в качестве основного газа или же другую инертную смесь, которая способна защитить сварочную ванну, от воздействия окружающей среды.

Устройство резака

Так как температура дуги искусственно повышается при помощи подачи горячего воздуха, то ее температура в самодельном плазморезе может достигать 8 000 градусов. Это очень высокий температурный показатель, который позволяет производить точечную резку металла, не нагревая при этом другие части листа. Как и любые другие технические приборы, плазморезы из инвертора своими руками будут отличаться между собой по своей мощности, которая будет определять, насколько толстый лист стали сможет разрезать аппарат. Ручные резаки чаще всего могут осилить лист до 10 мм толщиной. Промышленные агрегаты способны справиться с металлом толщиной в 100 мм. Самодельный плазморез, изготовленный своими силами сможет разрезать листы с толщиной до 12 мм.

Такие изделия можно использовать для того, чтобы заниматься фигурной резкой, а также сваривать легированные стали с присадочной проволокой. Простейшие резаки включают в себя четыре основных детали - источник питания, плазмотрон, компрессор, масса.

Как сделать плазморез?

Сборка этого устройства всегда должна начинаться с источника питания. В промышленных агрегатах используют трансформатор, чтобы добиться большей мощности, а, значит, и разрезать более толстый металл. Для ручного домашнего резака отлично подойдет обычный инвертор, который способен обеспечить такие показатели, как устойчивое напряжение и высокую частоту. Преимуществом использования именно инвертора станет и его легкий вес, который сделает аппарат более удобным для перевозки, а также он вполне способен обеспечить стабильное горение дуги резака и качество самой резки.

Кроме этого, инвертор должен соответствовать еще нескольким требованиям:

• Его питание должно осуществляться от сети в 220В.
• Работа резака должна проходить с мощностью в 4 кВт.
• Диапазон регулировки тока для ручного устройства должен быть от 20 до 40 А.
• Холостой ход также 220В.
• Номинальный режим работы при цикле в 10 минут не должен превышать 60%.

Для того чтобы достичь всех указанных параметров, необходимо использовать определенное дополнительное оборудование.

Схема плазмореза

Для того чтобы изготовить рабочее устройство, необходимо сверяться со схемой этого устройства. Найти такую схему можно без проблем в интернете, однако ее еще необходимо прочитать. Для этого необходимо иметь самые минимальные знания в электротехнике. Именно правильно сборка по схеме обеспечивает реальную работу агрегата.

Работа схемы изделия

Сборка своими руками плазмореза по чертежу - это важнейший процесс, который обеспечит стабильную работу аппарата в будущем. Готовая и правильно собранная схема выглядит следующим образом:

• Плазмотрон обладает кнопкой, которая запускает весь рабочий процесс. Нажатие этой кнопки будет запускать реле Р1. Функция этого элемента заключается в подаче тока на блок управления.
• Далее в работу включается реле Р2. Оно выполняет такие задачи, как пуск тока на инвертор и одновременное включение электроклапана, который занимается продувкой горелки. Этот продув необходим для того, чтобы высушить камеру горелки и очистить ее от возможного мусора или окалины.
• После трех секунд задержки включается реле Р3, которое подает ток на электроды.
• Вместе с включением этого реле, запускается осциллятор, который ионизирует воздух между катодом и анодом, тем самым возбуждая дежурную электрическую дугу.
• Когда пламя подводят к изделию, то зажигается дуга между листом и плазмотроном, которая называется рабочей.
• В этот момент отсекается подача тока, которая работает на розжиг.
• Далее проводятся работы по резке или сварке металла.
• По завершении работы и нажатии кнопки на плазмотроне, срабатывает реле Р4, которое отключает обе дуги, а также на короткий промежуток времени включает подачу воздуха в камеру горелки, чтобы удалить нагоревшие элементы.

Плазмотрон, электроды, компрессор

Резка или сварка металла осуществляется таким элементом, как плазмотрон. Сделать его на водной основе своими силами очень проблематично, а потому лучше купить. Своими руками чаще всего делают плазмотроны с воздушной системой.

Для этого и требуется компрессор, который, отвечает за выдув, и нагрев дуги до нужных 8 000 градусов. Также этот элемент выполняет очистительную функцию в резаке, осушая его и очищая от нежелательных элементов и мусора. В качестве компрессора можно использовать деталь, применяемую в обычном пульверизаторе.

Важной частью самодельного резака будут, использующиеся электроды. При их покупке важно уточнять из какого они материала. Бериллий и торий при использовании выделяют вредные испарения. Использовать их лучше только в специальной среде, где гарантируется безопасность человека. Лучшим выбором для домашнего резака станут электроды из гафния.

www.syl.ru

Плазморез своими руками

Плазменная резка – достаточно востребованная операция, особенно, когда дело касается резки толстых металлических деталей или заготовок. Процесс происходит быстро, кромки металла остаются ровными. Но такой аппарат стоит недешево. Поэтому многие умельцы изготавливают для себя плазморез своими руками из разных видов оборудования, соединив их в одну конструкцию. Схема соединения их проста, главное – правильно подобрать приборы по необходимым техническим характеристикам.

Основы плазменной резки

В основе плазменной резки лежит ионизированный газ, который вылетает из сопла горелки с большой скоростью. Этот газ и есть та самая плазма. Что она делает.

• По сути, это ионизированная среда является отличным проводником электрического тока, который от электрода поступает к металлической заготовке.
• Плазма нагревает металл до необходимой температуры.
• Она же сдувает расплавленный металл, освобождает пространство реза.

Значит, чтобы создать плазму, необходим газ и источник электроэнергии. И эти две составляющие должны соединиться в одном месте. Поэтому оборудование плазменной резки состоит из баллона с газом, источника электроэнергии повышенной силы и резака, в котором установлен электрод.

Конструкция резака изготовлена таким образом, чтобы вокруг электрода проходил газ и в нагретом от электрода виде вырывался наружу через небольшое отверстие. Небольшой диаметр отверстия и давление газа создают необходимую скорость плазме. При изготовлении самодельной плазменной резки нужно просто приобрести готовый резак и не думать над его созданием. Потому что в нем уже все продумано, плюс заводской вариант – это гарантия безопасности.

Что касается газа, то от всех вариантов давно уже отказались, оставив сжатый воздух. Получить его можно сегодня очень просто – приобрести и установить компрессор.

Есть определенные условия, которые гарантируют качество резки плазмой.

• Сила тока на электроде не должна быть меньше 250 А.
• Сжатый воздух должен подаваться на резак со скоростью в пределах 800 м/сек.

Как сделать плазморез своими руками

Основы плазменной резки понятны, конструкция плазмореза тоже ясна, можно приступать к его сборке. Кстати, для этого не нужны специальные чертежи.

Итак, что будет необходимо.

• Нужно найти источник электроэнергии. Самый простой вариант – это сварочный трансформатор или инвертор. По многим причинам инвертор лучше. К примеру, у него стабильное значение тока, без перепадов. Он экономичнее в плане потребления электроэнергии. Обратить внимание придется на ток, который выдает сварочный аппарат. Его значение не должно быть меньше 250 ампер.
• Источник сжатого воздуха. Здесь без изменений – компрессор. Но какой? Основной параметр – давление воздуха. На него и надо будет обратить внимание. 2,0-2,5 атм. – будет нормально.
• Резак можно приобрести в магазине. И это будет идеальным решением. Если есть в наличии резак для аргонной сварки, то и его можно переделать под плазменную резку. Для этого из меди придется сделать насадку в виде сопла, которая вставляется в резак аргонной сварки.
• Комплект шлангов и кабелей, для соединения всех частей самодельного плазмореза. Опять-таки комплект можно приобрести в магазине, как единый соединяющий элемент.

Вот четыре элемента, с помощью которых собирается самодельный плазморез.

Вспомогательные элементы и материалы

На что еще необходимо обратить внимание, собирая аппарат плазменной резки своими руками. Как уже было сказано выше, основная характеристика плазменного резака – это диаметр его отверстия. Каких размеров он должен быть, чтобы качество реза было максимальным. Специалисты считают, что диаметр в 30 мм – оптимальный размер. Поэтому, покупая резак в магазине, нужно обратить внимание, есть ли в его комплекте сопло с таким отверстием.

К тому же надо подбирать сопло со значительной длиной. Именно этот размер дает возможность струе сжатого воздуха набрать необходимую скорость. От чего рез металла получается аккуратным, а сам процесс резки быстрым и легким. Но не стоит приобретать сопло уж очень большой длины. Такое приспособление быстро разрушается под действием высоких температур.

Что касается выбора электрода для плазмореза, то тут необходимо обратить внимание на сплав, из которого он изготовлен. К примеру, если в сплав входит бериллий, то это радиоактивное вещество. Работать с такими электродами долго не рекомендуется. Если в сплав входит торий, то при высоких температурах он выделяет токсичные вещества. Идеальный электрод для плазменной резки, в сплав которого входит гафний.

Проверка плазмореза

Итак, шланги соединяют резак и компрессор, кабель резак и инвертор. Теперь необходимо проверить, а работает ли собранная конструкция. Включаются все агрегаты, на резаке нажимается кнопка подачи электроэнергии на электрод. При этом образуется дуга с температурой 6000-8000С. Она проскакивает между металлом электрода и сопла.

После этого начинает подаваться в резак сжатый воздух. Проходя через сопло и нагреваясь от электрической дуги, он резко расширяется в десять раз и при этом приобретает токопроводящие свойства. То есть, получается ионизированный газ.

Он проходит через суженное сопло, при этом приобретая скорость в пределах 2-3 м/сек. А вот температура плазмы повышается до 25000-30000С. Самое важное, что дуга, с помощью которой был разогрет сжатый воздух и превращен в плазму, гаснет, как только плазма начинает воздействовать на металлическую заготовку, подготовленную к резке. Но тут же включается вторая, так называемая рабочая дуга, которая на металл действует локально. Именно в зону реза. Поэтому металл режется только в этой зоне.

Если при проверке работы плазменного резака у вас получилось разрезать металл толщиною не меньше 20 мм, то все элементы новой конструкции, собранной своими руками, были подобраны правильно. Необходимо обратить внимание, что заготовки толщиною более 20 мм плазморез из инвертора не режет. У него просто не хватает мощности. Чтобы резать металл большей толщины, придется использовать трансформатор.

Внимание! Любые работы, связанные с использование плазменной резки, должны проводиться в защитной одежде и перчатках.

Существует много моментов, которые обязательно сказываются на работе агрегата.

• Приобретать, например, большой компрессор нет необходимости. Но 2-2,5 атмосфер при большом объеме работ может не хватить. Выход из положения – установить на компрессоре ресивер. Он работает, как аккумулятор, накопляющий давление в сжатом воздухе. Для этого дела можно приспособить, к примеру, болоны от тормозной системы большегрузных машин. Вариант на самом деле простой. Объем у баллона большой, и его должно хватить на длительный промежуток времени.
• Чтобы давление воздуха было стабильным и одинаковым, на выходе ресивера нужно установить редуктор.
• Конечно, оптимальное решение – приобрести компрессор в комплекте с ресивером. Стоит он дороже обычного, но если этот агрегат использовать и для других дел, к примеру, для покраски, то можно увеличить его функциональность и тем самым покрыть затраты.
• Чтобы сделать мобильную версию станка, можно изготовить тележку небольших размеров. Ведь все элементы плазмореза – небольшие по габаритам приспособления. Конечно, о мобильности придется забыть, если станок изготовлен на основе сварочного трансформатора. Слишком он большой и тяжелый.
• Если нет возможности купить готовый комплект шланг-кабель, то можно его сделать самостоятельно. Нужно сварочный кабель и шланг высокого давления объединить в один рукав и поместить их в единую оболочку. К примеру, в обычный шланг большего диаметра. Сделанный таким образом комплект просто не будет мешаться под ногами, что очень важно при проведении резки металлов.

Сделать свой собственный плазморез совсем несложно. Конечно, надо будет получить необходимую информацию, изучить ее, обязательно рекомендуется посмотреть обучающее видео. И после этого правильно подобрать все элементы точно под необходимые параметры. Кстати, собранный плазморез на основе серийного инвертора дает возможность не только проводить плазменную резку металлов, но и плазменную сварку, что увеличивает функциональность агрегата.

Современные инверторные сварочные аппараты покрывают большинство потребностей для получения неразъемных соединений металлических заготовок. Но в ряде случаев куда более удобным будет аппарат несколько иного типа, в котором основную роль играет не электрическая дуга, а поток ионизированного газа, то есть плазменный сварочный аппарат. Приобретать его для периодического использования не слишком рентабельно. Можно сделать такой сварочный аппарат своими руками.

Оборудование и компоненты

Изготовить микроплазменный сварочный аппарат проще всего на основе уже имеющегося инверторного сварочного аппарата. Для выполнения такой модернизации вам понадобятся следующие компоненты:

• любой инверторный сварочный аппарат для TIG сварки со встроенным осциллятором или без него;
• сопло с вольфрамовым электродом от TIG-сварочника;
• аргоновый баллон с редуктором;
• небольшой кусочек прутка из тантала или молибдена диаметром и длиной до 20 мм;
• фторопластовая трубка;
• медные трубки;
• небольшие кусочки листовой меди толщиной 1-2 мм;
• электронный балласт;
• резиновые шланги;
• гермоввод;
• хомуты;
• проводка;
• клеммы;
• автомобильный бачок стеклоочистителя с электронасосом;
• выпрямительный блок питания электронасоса стеклоочистителя.

Работы по доводке и изготовлению новых деталей и узлов потребуют использования следующего оборудования:

• токарный станок;
• электропаяльник;
• горелка для пайки с баллоном;
• отвертки;
• пассатижи;
• амперметр;
• вольтметр.

Вернуться к оглавлению

Теоретические основы

Сварочный аппарат для плазменной сварки может быть одного из 2-х основных типов: открытого и закрытого. Основная дуга сварочного аппарата открытого типа горит между центральным катодом горелки и изделием. Между соплом, которое служит анодом, и центральным катодом горит только дежурная дуга для возбуждения основной в любой момент времени. Сварочный аппарат закрытого типа имеет только дугу между центральным электродом и соплом.

Сделать долговечный по 2-му принципу довольно трудно. При прохождении основного сварочного тока через сопло-анод этот элемент испытывает колоссальные тепловые нагрузки и требует очень качественного охлаждения и использования соответствующих материалов. Обеспечить термостойкость конструкции, когда делается такой аппарат своими руками, очень трудно. Когда делается плазменный аппарат своими руками, для долговечности лучше выбирать открытую схему.

Вернуться к оглавлению

Практическая реализация

Часто при кустарном изготовлении плазменного сварочного аппарата сопло вытачивают из меди. При отсутствии альтернативы такой вариант возможен, но сопло становится расходным материалом даже при прохождении через него только дежурного тока. Его придется часто менять. Если удастся достать небольшой кусочек кругляка из молибдена или тантала, лучше сопло изготовить из них. Тогда можно будет ограничиваться периодической чисткой.

Размер центрального отверстия в сопле подбирают опытным путем. Начинать нужно с диаметра 0,5 мм и постепенно растачивать его до 2 мм, пока поток плазмы не станет удовлетворительным.

Конусный зазор между центральным вольфрамовым катодом и соплом-анодом должен составлять 2,5-3 мм.

Сопло вкручивается в полую рубашку охлаждения, которая через фторопластовый изолятор соединяется с держателем центрального электрода. В рубашке охлаждения циркулирует охлаждающая жидкость. В качестве таковой в теплое время года можно использовать дистиллированную воду, зимой лучше антифриз.

Рубашка охлаждения представляет собой 2 полые медные трубки. Внутренняя диаметром и длиной около 20 мм располагается на переднем конце внешней трубки с диаметром около 50 мм и длиной порядка 80 мм. Пространство между торцами внутренней трубки и стенками наружной запаивают тонкой листовой медью. В рубашку с помощью газовой горелки впаивают медные трубки диаметром 8 мм. По ним поступает и отводится охлаждающая жидкость. Кроме того, к рубашке охлаждения нужно припаять клемму для подачи положительного заряда.

Во внутренней трубке делают резьбу, в которую вкручивают съемное сопло из термостойких материалов. На выдвинутом конце наружной трубки также нарезают внутреннюю резьбу. В нее вкручивается изолирующее кольцо из фторопласта. В кольцо вкручивается держатель центрального электрода.

Через стенку наружной трубки в пространство между рубашкой охлаждения и фторопластовым изолятором впаивается трубка подачи аргона такого же диаметра, как для охлаждения.

По рубашке охлаждения циркулирует жидкость из бачка стеклоочистителя. Питание на насос его электродвигателя подается через отдельный выпрямитель на 12 В. Выход для подачи на бачке уже есть, возврат жидкости можно врезать через стенку или крышку бачка. Для этого в крышке сверлится отверстие и вставляется отрезок трубки через гермоввод. Резиновые шланги циркуляции жидкости и подачи аргона соединяются со своими трубками хомутами.

Положительный заряд берется от основного источника питания. Для ограничения тока через поверхность сопла подбирается подходящий электронный балласт. Подаваемый электрический ток должен иметь постоянное значение в районе 5-7 А. Оптимальная величина тока подбирается экспериментально. Это должен быть минимальный ток, который обеспечивает устойчивое горение дежурной дуги.

Возбуждение дежурной дуги между соплом и вольфрамовым катодом может осуществляться одним из двух способов. Встроенным в сварочный аппарат осциллятором или при его отсутствии контактным способом. Второй вариант требует усложнения конструкции плазменной горелки. Держатель центрального электрода при контактном возбуждении делают подпружиненным относительно сопла.

При нажатии на резиновую кнопку штока, соединенного с держателем электрода, острый конец центрального вольфрамового катода контактирует с конусной поверхностью штока. При коротком замыкании в точке контакта резко повышается температура, что позволяет возбудить дугу при отведении пружиной катода от анода. Контакт должен быть очень кратковременным, иначе поверхность сопла пригорит.

Возбуждение тока высокочастотным осциллятором предпочтительнее для долговечности конструкции. Но его приобретение или даже изготовление делает для плазменной сварки нерентабельным.

При работе положительный вывод сварочного аппарата соединяется с деталью без балласта. Когда сопло оказывается на расстоянии несколько миллиметров от заготовки, электрический ток переключается с сопла на деталь. Его значение вырастает до выставленного на сварочном аппарате, а образование из аргона плазмы интенсифицируется. Регулируя подачу аргона и сварочный ток, можно добиться необходимой интенсивности течения плазмы из сопла.

Резка листового металла плазмой обычно применяется на крупных производствах для изготовления сложных по конфигурации деталей. Резать на промышленных станках можно любые металлы - сталь обычную и нержавеющую, алюминий, медь, латунь, сверхтвердые сплавы. Плазморез своими руками сделать тоже можно, причем вполне работоспособную конструкцию, правда с несколько ограниченными возможностями.

Для крупносерийного производства она будет непригодна, но вырезать несколько деталей в слесарной мастерской, металлообрабатывающем цехе или в домашних условиях, в гараже, например, всегда получится. При этом по сложности конфигурации и твердости обрабатываемого металла ограничений практически нет. Ограничения касаются толщины металла, размеров листа и скорости резания.

Проще всего построить плазменный аппарат для резки на базе инверторного сварочного аппарата. Плазморез своими руками из инвертора отличается относительно простой конструкцией, работоспособностью, доступностью основных узлов и деталей. Которые нет возможности купить, можно сделать самостоятельно в условиях мастерской средней оснащенности оборудованием.

Самодельный аппарат плазменной резки не оборудуется ЧПУ - в этом его недостаток и преимущество. Недостаток состоит в том, что сложно изготовить две абсолютно точные детали при управлении вручную. Даже мелкие серии заготовок будут в чем-то отличаться.

Преимущество же состоит в том, что один из самых дорогостоящих узлов не придется покупать. Сделать его под силу не каждому инженеру высшей квалификации, а собирать из готовых узлов - то же, что покупать новое устройство. Для мобильного резака ЧПУ не нужно, в силу других задач, которые он выполняет.

Главными составными частями самодельного плазмореза являются:

• источник постоянного тока;
• плазмотрон;
• осциллятор
• компрессор или баллон со сжатым газом;
• шланги подключения;
• кабеля питания.

Как видно, ничего особо сложного в состав аппарата не входит. Но сложности начинаются при ближайшем рассмотрении характеристик того или иного узла.

Источник тока

Особенности плазменной резки требуют, чтобы сила тока находилась по меньшей мере на уровне сварочного аппарата средней мощности. Такой ток вырабатывается обычным сварочным трансформатором и инверторным аппаратом. В первом случае установка получится условно мобильной - большой вес и габариты трансформатора затруднит ее перемещение. В сочетании с баллоном для сжатого газа или компрессором система получится довольно громоздкой.

Кроме того, трансформаторы отличаются невысоким КПД, что приведет к повышенному расходу электроэнергии при резке металла. Схема с использованием инвертора несколько проще и удобнее в эксплуатации, как и выгоднее по затратам энергии. Из сварочного инвертора получится довольно компактный плазморез, который без труда справиться с резкой металла толщиной до 25-30 мм. Именно для таких толщин применяются и промышленные установки. на трансформаторе сможет обрабатывать более толстые заготовки, но это требуется реже. Все преимущества плазменной резки проявляются именно на тонких и сверхтонких листах. Это:

• точность линии;
• гладкость кромок;
• отсутствие брызг металла;
• нет перегретых зон вблизи места взаимодействия дуги и металла.

Самодельный плазморез собирается на базе любого инверторного аппарата для сварки. Количество режимов работы не имеет значения - нужен только постоянный ток силой более 30А.

Плазмотрон

Второй по важности элемент плазмореза. Рассмотрим коротко принцип его работы. Плазменный резак состоит из двух электродов, один из которых, основной, сделан из тугоплавкого металла, вторым является сопло. Обычно его делают из меди. Катодом служит основной электрод, анодом сопло, а при работе - обрабатываемая токопроводящая деталь.

В данном случае мы рассматриваем плазмотрон прямого действия для резки металлов. Дуга возникает между резаком и обрабатываемой деталью. Существуют еще плазмотроны косвенного действия, которые режут плазменной струей, но о них будет сказано ниже. Плазморез из инвертора рассчитан на прямое действие.

Кроме электрода и сопла, которые являются расходными материалами и могут заменяться по мере износа, в корпусе плазмотрона есть изолятор, разделяющий катодный и анодный узлы и небольшая камера, в которой подаваемый газ завихрятся. В сопле конической или полусферической сделано тонкое отверстие, сквозь которое вырывается раскаленный до температуры 5000-3000 0 С газ.

Подается в камеру газ из баллона или от компрессора по шлангу, совмещенному с кабелями питания, которые образуют шлангово-кабельный пакет. Они соединены в одном изоляционном рукаве, или соединены в виде жгута. Газ поступает в камеру через прямой патрубок, расположенный сверху или сбоку вихревой камеры, которая нужна, чтобы рабочая среда перемещалась только в одну сторону.

Как работает плазмотрон

Газ, поступая под давлением в пространство между соплом (анодом) и электродом (катодом) спокойно проходит в рабочее отверстие и уходит в атмосферу. При включении осциллятора, устройства вырабатывающего импульсный высокочастотный ток, между электродами возникает дуга, которая называется предварительной и нагревает газ, находящийся в ограниченном пространстве камеры сгорания. Температура нагрева столь высока, что он переходит в другой вид физического состояния - плазму.

Этот вид материального состояния отличается тем, что практически все атомы ионизированы, то есть электрически заряженные. Кроме того, давление в камере резко возрастает и газ вырывается наружу в виде раскаленной струи. При поднесении плазмотрона к детали, возникает вторая дуга, более мощная. Если сила тока от осциллятора равна 30-60 А, то рабочая дуга возникает при 180-200 А.

Эта дуга дополнительно разогревает газ, которые разгоняется под действием электрических сил до чрезвычайно высокой скорости - до 1500 м/с. Комбинированное действие высокой температуры плазмы и скорости движения разрезает металл по очень тонкой линии. Толщина разреза зависит от свойств сопла.

По-другому работает плазмотрон косвенного действия, в нем в качестве основного анода выступает сопло. Из резака вырывается не дуга, а поток плазмы - струя, которая и режет не токопроводящие вещества. Оборудование-самоделка с такими плазмотронами работает очень редко.

Из–за сложности и тончайших настроек изготовить его практически невозможно самостоятельно, несмотря на простые чертежи, которые есть в интернете. Он работает под высокими давлениями и температурами и становится попросту опасным, если что-то сделать не так. Плазморез по чертежам своими руками можно собрать из готовых деталей, которые продаются в магазинах сварочного оборудования. Но, как и большинство машин и механизмов, сборка из комплектующих стоит дороже, чем готовый резак в сборе.

Осциллятор

Это своеобразный стартер, служащий для запуска предварительной дуги. Для разбирающихся в электронике схема его несложна. Функциональная схема выглядит так:

А электрическая примерно так (один из вариантов):

Как выглядит и работает самодельный осциллятор видно на видео. Если сборкой электросхем и поиском деталей нет времени заниматься, воспользуйтесь осцилляторами заводского изготовления, например ВСД-02. Его характеристики лучше всего подходят для работы с инвертором. Подсоединяется питания плазмотрона параллельно или последовательно, в зависимости от требований инструкции конкретного прибора.

Рабочий газ

Перед тем, как сделать плазморез, следует очертить предварительную сферу его применения. Если вы собираетесь работать только с черными металлами, то обойтись можно только компрессором. Для меди, титана и латуни потребуется азот, а происходит в смеси азота с водородом. Высоколегированные стали режутся в аргоновой атмосфере. В этом случае аппарат рассчитывается еще и под сжатый газ.

Сборка устройства

Ввиду достаточной сложности и многочисленности компонентов аппарата плазменной резки, его трудно разместить в переносном корпусе или ящике. Лучше всего использовать складскую тележку для перевозки товаров. На ней можно компактно расположить инвертор, баллоны или компрессор, кабельно-шланговую группу. В пределах цеха или мастерской перемещать их очень легко. Если потребуется выезд на другой объект, то все можно загрузить в прицеп легкового автомобиля.