Можно ли сделать плазморез из сварочного инвертора. Принцип работы плазмореза

Главная

Отопление

Как правило, плазмой листовой металл режется на крупных производствах, и делается это при изготовлении деталей сложной конфигурации. На промышленных станках режутся любые металлы: сталь, медь, латунь, алюминий, сверхтвердые сплавы. Примечательно, что плазменный резак вполне можно сделать собственноручно, хотя возможности устройства в этом случае будут несколько ограниченными. В крупносерийном производстве самодельный ручной плазморез непригоден, но вырезать им детали в своей мастерской, цехе или гараже удастся. В отношении конфигурации и твердости обрабатываемых заготовок ограничений практически нет. Однако они касаются скорости резания, размеров листа и толщины металла.

Описание самодельного плазмореза из инвертора

Плазморез своими руками легче смастерить, взяв за основу инверторный сварочный аппарат. Такой агрегат будет простым по конструкции, функциональным, с доступными основными узлами и деталями. Если какие-то детали не продаются, их тоже можно изготовить самостоятельно в мастерской с оборудованием средней сложности.

Самодельный аппарат не оборудуется ЧПУ, в чем его недостаток и преимущество одновременно. Минус ручного управления в невозможности изготовления двух совершенно одинаковых деталей: мелкие серии деталей в чем-то будут отличаться. Плюс в том, что не придется покупать дорогостоящее ЧПУ. Для мобильного плазмореза ЧПУ не нужно, так как того не требуют выполняемые на нем задачи.

Главные составные части самодельного агрегата:

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

Итак, сложных элементов в конструкции нет. Однако все элементы должны иметь определенные характеристики.

Плазменная резка требует того, чтобы сила тока была, по крайней мере, как для сварочного аппарата средней мощности. Ток такой силы вырабатывается обыкновенным сварочным трансформатором и инверторным аппаратом. В первом случае конструкция получается условно мобильной: из-за большого веса и габаритов трансформатора ее перемещение затруднено. Вместе с баллоном сжатого газа или компрессором система получается громоздкой.

Трансформаторы имеют невысокий КПД, из-за чего расход электроэнергии при резке металла получается повышенным.

Схема с инвертором несколько проще и удобнее, а еще более выгодна в плане затрат энергии. Из сварочного инвертора выйдет довольно компактный резак, который разрежет металл толщиной до 30 мм. Промышленные установки режут металлические листы такой же толщины. Плазменный резак на трансформаторе способен разрезать даже более толстые заготовки, хотя подобное требуется не так часто.

Плюсы плазменной резки видны как раз на тонких и сверхтонких листах.

Гладкость кромок.
Точность линии.
Отсутствие брызг металла.
Отсутствие перегретых зон около места взаимодействия дуги и металла.

Самодельный резак собирается на базе инверторного сварочного аппарата любого типа. Неважно, какое количество рабочих режимов, нужен лишь постоянный ток силой больше 30 А.

Плазмотрон

Вторым по важности элементом является плазмотрон. Плазменный резак состоит из основного и добавочного электродов, первый сделан из тугоплавкого металла, а второй представляет собой сопло, обычно медное. Основной электрод служит катодом, а сопло – анодом, и во время работы это – обрабатываемая токопроводящая деталь.

Если рассматривать плазмотрон прямого действия, дуга возникает между заготовкой и резаком. Плазмотроны косвенного действия режут плазменной струей. Аппарат из инвертора рассчитан на прямое действие.

Электрод и сопло являются расходными материалами и заменяются по мере износа. Кроме них, в корпусе имеется изолятор, который разделяет катодный и анодный узлы, еще есть камера, где вихрится подаваемый газ. В сопле, коническом или полусферическом , сделано тонкое отверстие, через которое вырывается газ, раскаленный до 3000-5000°C .

В камеру газ поступает из баллона или подается из компрессора по шлангу, который совмещен с кабелями питания, образующими пакет из шлангов и кабелей. Элементы соединены в изоляционном рукаве либо соединены жгутом. Газ идет в камеру через прямой патрубок, который находится сверху или сбоку вихревой камеры, обеспечивающей перемещение рабочей среды лишь в одну сторону.

Принцип работы плазмотрона

Газ, поступающий под давлением в пространство между соплом и электродом, проходит в рабочее отверстие, удаляясь после в атмосферу. С включением осциллятора – устройства, которое вырабатывает импульсный высокочастотный ток, – между электродами появляется предварительная дуга и нагревает газ в ограниченном пространстве камеры сгорания. Поскольку температура нагрева очень высокая, газ превращается в плазму. В этом агрегатном состоянии ионизированы, то есть электрически заряжены, практически все атомы. Давление в камере резко повышается, и газ вырывается наружу раскаленной струей.

При поднесении к детали плазмотрона возникает вторая, более мощная, дуга. Если сила тока осциллятора – 30-60 А, рабочая дуга возникает при силе в 180-200 А. Она дополнительно разогревает газ, разгоняющийся под действием электричества до 1500 м/с. Комбинированное действие плазмы высокой температуры и скорости движения режет металл по тончайшей линии. Толщину разреза определяют свойства сопла.

Плазмотрон косвенного действия работает иначе. Роль главного анода в нем играет сопло. Из резака вместо дуги вырывается струя плазмы, режущая не токопроводящие материалы. Самодельное оборудование данного типа работает крайне редко. В связи со сложностью устройства плазмотрона и тонких настроек сделать его в кустарных условиях практически невозможно, хотя чертежи найти нетрудно. Он работает под высокими температурами и давлениями и становится опасным, если что-то сделано неправильно!

Осциллятор

Если некогда заниматься сборкой электрических схем и поиском деталей, возьмите осцилляторы заводского изготовления, к примеру, ВСД-02. Характеристики этих устройств более всего подходят для работы с инвертором. Осциллятор подсоединяется в схему питания плазмотрона последовательно или параллельно, в зависимости от того, что диктует инструкция конкретного прибора.

Рабочий газ

Перед тем, как приступить к изготовлению плазмореза, продумайте сферу его применения. Если предстоит работа исключительно с черными металлами, обойтись можно одним лишь компрессором. Для меди, латуни и титана потребуется азот, а алюминий режется в смеси азота с водородом. Высоколегированные стали режут в аргоновой атмосфере, здесь аппарат рассчитывают и под сжатый газ.

Транспортировка устройства

Ввиду сложности конструкции устройства и многочисленности составляющих его компонентов, аппарат плазменной резки трудно разместить в ящике или переносном корпусе. Рекомендуется использовать складскую тележку для перемещения товаров. На тележке компактно расположится:

инвертор;
компрессор или баллоны;
кабельно-шланговая группа.

В пределах мастерской или цеха с перемещением проблем не будет. Когда аппарат потребуется транспортировать на какой-либо объект, он загружается в прицеп легковой машины.

На промышленных предприятиях, небольших мастерских, при проведении строительных и ремонтных работ используются ручной плазморез, когда необходимо сделать сварку или резку изделий из металла, а также специальное оборудование оснащенное системами ЧПУ. Для выполнения небольших по объему работ, может использоваться плазморез собранный своими руками из инвертора, который способен обеспечить высокое качество реза или шва с учетом выполняемых операций.

Принцип действия плазмореза

При включении источника питания ток начинает поступать в рабочую зону во внутреннюю камеру плазмореза, где активируется электрическая дежурная дуга между наконечником сопла и электродом. Образующая дуга заполняет канал сопла, куда под большим давлением начинает подаваться воздушная смесь, которая за счет высокой температуры 6000-8000 °C сильно нагревается и увеличивается в объеме от 50 до 100 раз. За счет внутренней формы сужающегося сопла, которое имеет форму конуса поток воздуха, сжимается, разогреваясь до температуры на выходе равной 25000 — 30000 °C, с образованием плазменной струи производящей резку обрабатываемой болванки. Причем первоначально активированная дежурная дуга гаснет и активируется рабочая между электродом и изделием из металла. Образующиеся продукты от воздействия плазменного горения и плавки металла удаляются за счет силы струи.

Рис 1 Проведение операций по разделке металла, где необходим раскрой или сварка изделия, используя ручной самодельный изготовленный своими руками или профессиональный плазморез.

Оптимальными показателями для рабочего процесса являются:

подача газа со скоростью до 800 м/сек;
показатель тока может составлять до 250 — 400 А.

Схема 1. Чертеж процесса плазменной разделки обрабатываемого изделия.

Ручной плазморез собранный с использованием инвертора в основном применяется для обработки заготовок и отличается небольшим весом и экономным расходом электроэнергии.

Подбор составных частей плазмореза

Для сборки плазменного резака, используя чертежи (на базе инвертора), своими руками необходимы агрегаты:

устройство подачи газа под давлением – компрессор;
плазменный резак;
электротехническое устройство – инвертор, обеспечивающий силу тока для образования электрической дуги;
рабочие шланги высокого давления для подачи воздуха и защищенный электрический кабель.

Для подачи воздуха подбираем компрессор с учетом выходного объема в течение 1 мин. Производственные компании выпускают 2 вида компрессоров:

аппарат поршневой;
аппарат винтовой (который обладает меньшим расходом электроэнергии, легче, но 40-50% дороже).

Рис. 2 Плазморез (аппарат) с комплектом кабеля для резака и соединения с заготовкой (в качестве анода).

Поршневые компрессоры подразделяются на масляные и без применения масла, по принципу привода — с ременным или прямым соединением элементов.
При эксплуатации компрессоров необходимо соблюдать ряд правил:

при отрицательной температуре окружающей среды необходимо предварительно прогревать масло, содержащееся в картере;
необходимо регулярно менять воздушный (входной) фильтр;
строго контролировать уровень масла в картере;
не реже 1 раз полгода необходимо осуществлять полную очистку агрегатов от посторонних примесей;
по окончании работ необходимо сделать сброс давления (с помощью регулятора) в системе.

При ремонтных работах часто используется продукция компании ORLIK KOMRESSOR (Чехия). Аппарат ORL 11 позволяет производить резку заготовки с использованием силы тока 200-440 А и воздушно-газового потока поступающего под давлением.

В комплект оборудования входит:

компрессор;
блок фильтров магистральных для воздушно-газовой смеси;
осушители газа;
ресивер.

На выходе из агрегата поступает очищенный воздух от масла, пыли и влаги. Примером винтовых компрессоров является продукция фирмы Atlas Copco (Швеция) серии СА. Устройство оснащено для очищения воздуха автоматической системой удаления конденсата.

Плазматрон — специальный аппарат, в котором с помощью электрического тока образуется электродуга разогревающая в камере подаваемый под давлением воздух с образованием режущего потока плазмы.

Резак состоит из элементов:

специального держателя с электродом;
изолирующей прокладки разделяющей сопло и электродный узел;
камеры образования плазмы;
сопла выходного для образования плазменной струи (см. чертежи);
снабжающих систем;
элементов тангенциальной подачи плазмы (на некоторых моделях) для стабилизации дугового разряда.

По способу выполнения работ (сварка или резка) резаки подразделяются:

Двухпоточные, используемые в восстановительных, окислительных и инертных средах.
Газовые инертные (с использованием гелия, аргона), восстановительные (водорода, азота).
Газовые окислительные (в состав воздушно-газовой смеси входит кислород).
Газовые с применением стабилизационной (газожидкостной) дуги.

Катод плазматрона изготавливается в виде стержня или вставок из вольфрама, гафния, циркония. Широкое распространение получили плазматроны с гильзовым катодом, применяемым при резке с использованием воздушно-газовой потока под давлением.

Для проведения резки изделий в окислительной среде используется пустотный катод, изготовленный из меди с принудительной системой охлаждения с помощью воды.

Рис. 3 Переносной аппарат (инвертор) для осуществления плазменной резки.

Плазморез двухпоточный (инверторный) оснащаются 2-мя соосными соплами наружным и внутренним. Поступающий газ во внутреннее сопло считается первичным, а наружное – дополнительным, причем газы могут иметь различный состав и объем.

Плазморез со стабилизацией дуги за счет подачи газожидкостного потока имеет отличие, которое заключается в подаче воды в факельную камеру для стабилизации состояния дугового разряда.

Для активации рабочей дуги в качестве анода используется заготовка, которая с помощью зажимов и кабеля подсоединяется к инвертору.

В качестве энергетической установки для осуществления процесса плазменной резки используется устройство (инвертор), обеспечивающее необходимую силу тока, которое обладает более высоким КПД, чем трансформатор, но возможности по обработке металла у трансформатора значительно выше.

Схема 2. Чертеж источника питания плазматрона своими руками.

Преимущества инвертора:

возможность равномерно изменять параметры;
небольшой вес;
устойчивое состояние рабочей дуги;
высокое качество реза или сварки.

В комплект оборудования также входит набор шлангов высокого давления для подсоединения стационарного компрессора и соединительный электрический кабель.

Для сборки плазмореза своими руками разрабатывается схема устройства с указанием необходимых агрегатов отвечающих требуемым характеристикам, которая должна включать все дополнения и изменения, используемые при сборке с приведением необходимых расчетов наиболее важных показателей. Самодельный плазморез своими руками можно собрать, используя готовые блоки и агрегаты, производимые специализированными компаниями при этом необходимо сделать точные расчеты и согласование выходных параметров протекающих процессов.

Особенности маркировки плазморезов

Выпускаемые промышленными предприятиями плазморезы можно разделить на 2 категории:

агрегаты машинной резки;
ручные.

Ручные резаки более доступны по цене при необходимости сборки своими руками. Производимые модели имеют специальную маркировку:

ММА – аппарат предназначен для дуговой сварки с помощью индивидуального электрода;
CUT – аппарат (плазморез) используется для разделки металла;
TIQ — аппарат применяется для работ, где необходима аргонная сварка.

Производственные предприятия выпускают оборудование для резки металла:

Профи CUT 40 (горелка РТ-31, допустимая толщина реза – 16 мм, расход воздушно-газовой смеси– 140 л/мин, ресивер объемом 50 л);
Профи CUT 60 (горелка Р-80, допустимая толщина реза заготовки — 20 мм, расход воздушно-газовой смеси – 170 л/мин.);
Профи CUT 80 (горелка Р. – 80, допустимая толщина реза заготовки – 30 мм, расход воздушно-газовой смеси – 190 л/мин.);
Профи CUT 100 (горелка А-101, допустимая толщина реза заготовки – 40 мм, расход воздушно-газовой смеси — 200 л/мин.), ресивер объемом 100 л.

Изготовление плазмореза с ЧПУ своими руками

Плазморез оснащенный ЧПУ должен иметь унифицированную сборку, используя чертежи, выполненные на основе подготовленного технического задания изделия, куда входят:

Чертежи всех блоков плазмореза можно приобрести с учетом требуемой мощности и характеристик установки и финансовых возможностей или сделать своими руками при наличии опыта и знаний.

Для комплектования и сборки станка с ЧПУ необходимо, используя чертежи, изготовить ряд элементов:

основание для сварки стола;
собирается прочная рама с последующей окраской;
крепятся опорные стойки;
собирается водяной стол;
устанавливаются крепления и сами рейки;
монтируются направляющие линейные;
монтируется облицовка стола;
устанавливаются направляющие совместно с порталом;
портал оснащается двигателем и сигнальными датчиками;
монтируются направляющие, двигатель направляющей Y и зубчатая рейка регулирования позиционирования;
монтируется направляющая с оснащением двигателем;
монтируется сигнальный датчик поверхности металла;
монтируется кран для удаления воды со стола;
прокладываются соединительные кабели-каналы X.Z.Y;
провода изолируются и закрываются с помощью облицовки;
монтируется рабочий резак;
собирается и монтируется устройство с ЧПУ.

Проведение операций по изготовлению и сборке плазмотрона с ЧПУ, должны выполняться только при наличии квалифицированных специалистов. Схема устройства (чертежи) должна включать все необходимые элементы, обеспечивающие высокое качество работы и безопасность выполнения резки металла. Оснащение предприятий оборудованием с ЧПУ позволяет повысить производительность труда и сложность выполнения операций. Сделать производственные процессы, выполняемые с помощью оборудования с ЧПУ более экономичными за счет повышения производительности труда и сокращения скорости обработки изделий.

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:

При запуске оборудования, начинает производить выработку необходимого напряжения, которое передается через кабеля в резак-горелку.
В плазмотроне(резак-горелка) имеется два основных элемента - это катод и анод. Между этими двумя деталями будет происходить возбуждение дуги.
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.
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.
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 - 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.

Плазменная сварка является современной передовой технологией. До недавнего времени ее применение относилось только к промышленности. Такая сварка производилась на специальном оборудовании. Сейчас плазменный сварочный аппарат своими руками стал реальностью.

Плазменная сварка имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с другими видами сварки. Обладание технологией позволяет расширить возможность сварных соединений металлов в домашних условиях. Аппарат можно использовать и для точечной сварки (рис. 1).

Самодельный сварочный аппарат, в том числе аппарат для точечной сварки, состоит из следующих основных частей: источник сварочного тока, плазмотрон, компрессор или баллон с газом и система охлаждения.

Рисунок 1. Конструкция плазменного сварочного аппарата.

При использовании устройства открытого типа (наиболее распространенная конструкция) применяется также источник тока для образования вспомогательной дуги.

В качестве источника тока для сварочной дуги лучше всего использовать стандартный инвертор для электродуговой сварки небольшой мощности. Такой инвертор обеспечивает подачу постоянного тока в сварочную зону, за счет чего зажигается основная дуга между соплом плазмотрона и свариваемой деталью. Мощность инвертора может быть минимальной, так как мощность дуги значительно усиливается за счет потока плазмы (рис. 2).

Изготовление вспомогательного источника тока

Источник тока для вспомогательной дуги собирается самостоятельно. Он включает выпрямительный диодный мост, выходной трансформатор (дроссель) и балластовый (нагрузочный) резистор. Рекомендуются следующие детали: диоды на ток 50 А и рабочее напряжение до 500 В; резистор мощностью до 5 кВт. За счет балластового резистора напряжение на первичной обмотке трансформатора создается порядка 100 В при токе не более 20 А.

Рисунок 2. Конструкция плазменного генератора.

Трансформатор подбирается так, чтобы на вторичной обмотке напряжение составило порядка 20 В. Можно использовать любой трансформатор 110/24 В мощностью 1,6 кВт (например, типа ОСМ). В качестве балластового сопротивления можно использовать любой нагревательный элемент или сборку из нескольких нагревателей.

Сборка вспомогательного источника производится в металлическом щитке. На дне щитка устанавливается трансформатор. Если балласт выполняется из нагревателей, то их следует разместить отдельно в металлическом каркасе. В щитке устанавливается контактная колодка, на которую выводятся концы вторичной обмотки трансформатора, и подключается кабель для подведения тока к плазмотрону.

Выбор источника газа и системы охлаждения

В качестве источника плазмообразующего газа, может использовать автомобильный компрессор для подачи сжатого воздуха мощностью до 50 л/мин. Если вместо газа используется водяной пар, то следует установить стандартный небольшой парогенератор. В этом случае следует использовать только дистиллированную воду.

Охлаждение анода плазмотрона может основываться на автомобильной стеклоочистительной системе. Если есть возможность, то лучше обеспечить охлаждение от водопроводной сети через резиновые шланги.

Как все выглядит?

Плазмотрон состоит из двух основных блоков – анодного и катодного. Анодный блок включает анод, выполненный в виде сопла, и корпус для крепления анода, в котором необходимо разместить охлаждающую рубашку (трубки, змеевик). На корпусе анода закрепляется винт для подведения электропитания.

Рисунок 3. Схема плазмотрона.

Катодный блок состоит из следующих основных частей: корпус блока, держатель катода, катод. В качестве катода используется вольфрамовый сварочный электрод диаметром 4 мм, который совмещен с хвостовиком. Верхняя часть хвостовика завершается регулировочным винтом с изолированной ручкой. Катод закрепляется в держателе катода. Держатель катода состоит из нескольких участков.

Нижний участок – заостренная трубка небольшого диаметра, выполняющая роль направляющей для катода. Средний участок – втулка с внешней резьбой для крепления на корпусе и внутренним каналом для прохождения электрода. Верхний участок – трубка для крепления электрода. Ее внутренний диаметр соответствует диаметру хвостовой части катода. Держатель катода устанавливается внутри корпуса, который выполнен из полимерной трубы. В корпусе катодного блока предусмотрено отверстие и соответствующий штуцер для подачи плазмообразующего газа. Газ подается через трубку, размещенную в пространстве между нижней частью держателя и корпусом. В держателе предусмотрен винт для подключения электрического питания. В корпусе просверлено отверстие для прохождения провода (кабеля) (рис.3).

Изготовление анодного блока

Анод изготавливается как медный колпачок (в виде шляпы). Общая длина анода – 10-15 мм. Нижняя торцевая часть (бортик) имеет диаметр 20-25 мм и длину 3-4 мм. Цилиндрическая часть – диаметром 15-20 мм. В центре анода на всю длину сверлится отверстие диаметром 1,8-2 мм. На цилиндрической части анода нарезается резьба для закручивания его в корпус.

Корпус анодного блока желательно изготовить из бронзы, но можно и из стали, в виде двух цилиндров (труб), между которыми располагается охлаждающая рубашка. Цилиндры свариваются (спаиваются) между собой. Наружный диаметр внешнего цилиндра рекомендуется 50-80 мм. Но размеры цилиндров могут быть любыми с учетом найденных труб. Главное условие: корпус должен состоять из двух цилиндров, которые входят друг в друга, при этом внутренний диаметр должен быть равен диаметру цилиндрической части анода, а между цилиндрами должны располагаться трубки охлаждающего змеевика. Длина корпуса – 30-60 мм.

На цилиндре нарезается резьба с обоих торцов. На нижнем торце резьба нарезается внутри и предназначена для крепления анода, на верхнем торце – внутри внешнего цилиндра для соединения с катодным блоком. На наружном цилиндре изготавливается отверстие с резьбой для установки винта, обеспечивающего подключение кабеля.

Изготовление катодного блока

Корпус катодного блока изготавливается из полимерной или текстолитовой трубы диаметром равным внутреннему диаметру внешнего цилиндра анодного блока. На нижнем торце трубы нарезается внешняя резьба для соединения с корпусом анодного блока. Внутри корпуса нарезается резьба для ввинчивания держателя катода. Длина корпуса 7-10 см.

Держатель катода изготавливается из бронзы или стали и имеет разный диаметр на разных участках. Нижний участок, длиной в 15-20 мм, выполняется в виде заостренной трубки диаметром в 8-10 мм и внутренним диаметром в 5-5,5 мм.

Средний участок, длиной в 20-25 мм, имеет диаметр равный внутреннему диаметру корпуса катодного блока. На этом участке нарезается резьба для крепления на корпусе.

Диаметр внутреннего канала должен быть не менее 5 мм. Верхний участок, длиной в 30-40 мм, имеет диаметр 10-15 мм. Внутренний диаметр этого участка 6-7 мм. На верхнем участке держателя нарезается внутренняя резьба для крепления электрода. Снаружи в верхней части нарезается резьба на длине 20-25 мм для установки стопорной гайки. Такой держатель лучше всего изготовить на токарном станке.

Катод изготавливается из стандартного вольфрамового сварочного электрода диаметром 4 мм. Его конец заостряется. Вольфрамовый стержень длиной в 40-50 мм прочно соединяется с хвостовиком катода, на котором нарезается резьба для крепления на верхнем участке держателя катода. Длина хвостовика 40-60 мм, диаметр 6-7 мм. Верхняя часть хвостовика переходит в регулировочный винт (любой формы), который, в свою очередь, имеет ручку из изоляционного материала. Катод закручивается во внутренний канал держателя так, чтобы его заостренный конец вышел из нижнего (направляющего) участка держателя на 5-10 мм. Путем вращения ручкой положение катода можно изменять.

Для ограничения и контроля продольного перемещения катода служит стопорная гайка, установленная на держателе.

В корпусе катодного блока на уровне нижнего участка держателя сверлится отверстие и устанавливается штуцер для подачи плазмообразующего газа. Газ подается через трубку, размещенную в пространстве между нижней частью держателя и корпусом. В держателе предусмотрен винт для подключения электрического питания. В верхней части корпуса просверлено отверстие для прохождения провода (кабеля).

Сборка плазмотрона

Вначале собирается катодный блок в следующей последовательности. Электрод вкручивается в держатель. Затем держатель вкручивается в корпус. К винту держателя подключается провод, который выводится через отверстие в корпусе. Катодный корпус вкручивается в анодный корпус. Снизу в анодный корпус вкручивается анод. Электрод дополнительно подкручивается так, чтобы стержень уперся в анод. Стопорная гайка на держателе устанавливается по этому положению электрода.

Сборка сварочного аппарата

Сборка сварочного аппарата включает в себя следующие операции. К контактному винту анодного блока плазмотрона присоединяется одна из жил сварочного кабеля от инвертора, вторая закрепляется на свариваемой детали. К штуцеру в анодном блоке присоединяется шланг охлаждения, а к штуцеру катодного блока – шланг от компрессора. На контактных винтах анодного и катодного блоков плазмотрона закрепляется кабель от трансформатора питания вспомогательной дуги. При зажигании вспомогательной дуги катод касается анода и затем быстро отводится на 2-3 мм.

Необходимый инструмент и оборудование.

При изготовлении самодельного сварочного аппарата необходимо использование следующего инструмента:

сварочный аппарат;
электродрель;
болгарка;
фрезер;
напильник;
ножовка по металлу;
тиски;
круг наждачный;
плоскогубцы;
отвертка;
ключи гаечные;
зубило;
молоток;
штангенциркуль;
метчик;
плашка;

Плазменная сварка современный эффективный вид сварки. Самодельный сварочный аппарат поможет производить практически любые сварочные работы, в том числе работать как сварочный аппарат для точечной сварки.

Заводской аппарат для плазменной резки. Наша задача: сделать аналог своими руками

Сделать функциональный плазморез своими руками из серийного сварочного инвертора не так уж сложно, как это может показаться на первый взгляд. Для того чтобы решить эту задачу, необходимо подготовить все конструктивные элементы такого устройства:

плазменный резак (его также называют плазмотроном);
сварочный инвертор или трансформатор, который будет выступать в роли источника электрического тока;
компрессор, при помощи которого будет создаваться струя воздуха, необходимая для формирования и охлаждения потока плазмы;
кабели и шланги для объединения в одну систему всех конструктивных элементов аппарата.

Плазморез, в том числе и самодельный, успешно используется для выполнения различных работ как в производственных, так и в домашних условиях. Незаменим такой аппарат в тех ситуациях, когда необходимо выполнить точный, тонкий и высококачественный рез заготовок из металла. Отдельные модели плазморезов по своим функциональным возможностям позволяют использовать их в качестве сварочного аппарата. Такая сварка выполняется в среде защитного газа аргона.

При выборе для комплектации самодельного плазмотрона источника питания важно обращать внимание на силу тока, которую такой источник сможет вырабатывать. Чаще всего для этого выбирают инвертор, обеспечивающий высокую стабильность процессу плазменной резки и позволяющий более экономно расходовать электроэнергию. Отличаясь от сварочного трансформатора компактными габаритами и легким весом, инвертор более удобен в использовании. Единственным минусом применения инверторных плазморезов является трудность раскроя с их помощью слишком толстых заготовок.

При сборке самодельного аппарата для выполнения плазменной резки можно использовать готовые схемы, которые несложно найти в интернете. В Сети, кроме того, есть видео по изготовлению плазмореза своими руками. Используя при сборке такого устройства готовую схему, очень важно строго ее придерживаться, а также обращать особенное внимание на соответствие конструктивных элементов друг другу.

Схемы плазмореза на примере аппарата АПР-91

В качестве донора при рассмотрении принципиальной электрической схемы мы будем использовать АПР-91.

Схема силовой части (нажмите для увеличения)

Схема управления плазмореза (нажмите для увеличения)

Схема осциллятора (нажмите для увеличения)

Элементы самодельного аппарата для плазменной резки

Первое, что необходимо найти для изготовления самодельного плазмореза, – это источник питания, в котором будет формироваться электрический ток с требуемыми характеристиками. Чаще всего в этом качестве используются , что объясняется рядом их преимуществ. Благодаря своим техническим характеристикам такое оборудование обеспечивает высокую стабильность формируемого напряжения, что положительно сказывается на качестве выполнения резки. Работать с инверторами значительно удобнее, что объясняется не только их компактными габаритами и незначительным весом, но и простотой настройки и эксплуатации.

Благодаря компактности и небольшому весу плазморезы на основе инверторов можно использовать при выполнении работ даже в самых труднодоступных местах, что исключено для громоздких и тяжелых сварочных трансформаторов. Огромным преимуществом инверторных источников питания является и то, что они обладают высоким КПД. Это делает их очень экономичными в плане потребления электроэнергии устройствами.

В отдельных случаях источником питания для плазмореза может служить сварочный трансформатор, но его использование чревато значительным потреблением электроэнергии. Следует также учитывать и то, что любой сварочный трансформатор отличается большими габаритами и значительной массой.

Основным элементом аппарата, предназначенного для раскроя металла при помощи струи плазмы, является плазменный резак. Именно данный элемент оборудования обеспечивает качество резки, а также эффективность ее выполнения.

Для формирования воздушного потока, который будет преобразовываться в высокотемпературную струю плазмы, в конструкции плазмореза используется специальный компрессор. Электрический ток от инвертора и воздушный поток от компрессора подаются к плазменному резаку при помощи кабель-шлангового пакета.

Центральным рабочим элементом плазмореза является плазмотрон, конструкция которого состоит из следующих элементов:

сопла;
канала, по которому подается воздушная струя;
электрода;
изолятора, который одновременно выполняет функцию охлаждения.

Первое, что необходимо сделать перед изготовлением плазмотрона, – это подобрать для него соответствующий электрод. Наиболее распространенными материалами, из которых делают электроды для выполнения плазменной резки, являются бериллий, торий, цирконий и гафний. На поверхности данных материалов при нагревании формируются тугоплавкие оксидные пленки, которые препятствуют активному разрушению электродов.

Некоторые из вышеперечисленных материалов при нагревании могут выделять опасные для здоровья человека соединения, что следует обязательно учитывать, выбирая тип электрода. Так, при использовании бериллия формируются радиоактивные оксиды, а испарения тория при их соединении с кислородом образуют опасные токсичные вещества. Совершенно безопасным материалом, из которого делают электроды для плазмотрона, является гафний.

За формирование струи плазмы, благодаря которой и выполняется резка, отвечает сопло. Его изготовлению следует уделить серьезное внимание, так как от характеристик данного элемента зависит качество рабочего потока.

Наиболее оптимальным является сопло, диаметр которого составляет 30 мм. От длины данного элемента зависит аккуратность и качество исполнения реза. Однако слишком длинным сопло также не стоит делать, поскольку это способствует слишком быстрому его разрушению.

Как уже говорилось выше, в конструкции плазмореза обязательно присутствует компрессор, формирующий и подающий к соплу воздушный поток. Последний необходим не только для формирования струи высокотемпературной плазмы, но и для охлаждения элементов аппарата. Использование сжатого воздуха в качестве рабочей и охлаждающей среды, а также инвертора, формирующего рабочий ток силой 200 А, позволяет эффективно разрезать металлические детали, толщина которых не превышает 50 мм.

Для того чтобы приготовить аппарат для плазменной резки к работе, необходимо соединить плазмотрон с инвертором и воздушным компрессором. Для решения такой задачи используется кабель-шланговый пакет, который применяют следующим образом.

Кабелем, по которому будет подаваться электрический ток, соединяются инвертор и электрод плазмореза.
Шлангом для подачи сжатого воздуха соединяют выход компрессора и плазмотрон, в котором из поступающего воздушного потока будет формироваться струя плазмы.

Особенности работы плазмореза

Чтобы сделать плазморез, используя для его изготовления инвертор, необходимо разобраться в том, как такой аппарат работает.

После включения инвертора электрический ток от него начинает поступать на электрод, что приводит к зажиганию электрической дуги. Температура дуги, горящей между рабочим электродом и металлическим наконечником сопла, составляет порядка 6000–8000 градусов. После зажигания дуги в камеру сопла подается сжатый воздух, который проходит строго через электрический разряд. Электрическая дуга нагревает и ионизирует проходящий через нее воздушный поток. В результате его объем увеличивается в сотни раз, и он становится способным проводить электрический ток.

При помощи сопла плазмореза из токопроводящего воздушного потока формируется уже струя плазмы, температура которой активно повышается и может доходить до 25–30 тысяч градусов. Скорость плазменного потока, за счет которого и осуществляется резка деталей из металла, на выходе из сопла составляет порядка 2–3 метров в секунду. В тот момент, когда струя плазмы соприкасается с поверхностью металлической детали, электрический ток от электрода начинает поступать по ней, а первоначальная дуга гаснет. Новая дуга, которая горит между электродом и обрабатываемой деталью, называется режущей.

Характерной особенностью плазменной резки является то, что обрабатываемый металл плавится только в том месте, где на него воздействует плазменный поток. Именно поэтому очень важно сделать так, чтобы пятно воздействия плазмы находилось строго по центру рабочего электрода. Если пренебречь этим требованием, то можно столкнуться с тем, что будет нарушен воздушно-плазменный поток, а значит, ухудшится качество выполнения реза. Для того чтобы соблюсти эти важные требования, используют специальный (тангенциальный) принцип подачи воздуха в сопло.

Разделы