Плазменная сварка своими руками. Плазменный резак своими руками из инвертора – при разумных затратах это возможно. Изготовление вспомогательного источника тока

Плазменная резка очень широко применяется в различных отраслях строительства и производства. Удобство работы и качество конечного результата подобного метода обработки снискали огромную популярность у специалистов. Именно поэтому многие начинающие мастера и даже отдельные бригады часто задают вопрос о том, как сделать плазморез из инвертора своими руками, поскольку оригинальное устройство стоит довольно дорого и все желают сэкономить, используя имеющееся оборудование.

Назначение

Прежде всего, данное устройство позволяет производить быструю резку различных металлов. Это очень удобно при создании всевозможных конструкций без использования другого инструмента. Также ручной плазморез может использовать разные электроды, при помощи которых производится сварка.

Процесс соединения металлов с использованием агрегата предполагает использование метода пайки. Поэтому главным преимуществом такого оборудования является то, что благодаря ему можно соединять совершенно разные металлы, используя высокотемпературный припой.

Отдельного внимания заслуживает применение такого инструмента в кузнечном деле. Дело в том, что с его помощью можно производить закаливание, отжиг, термическую зачистку и сваривание черных и цветных металлов вместе. Поэтому наличие его в подобном производстве является необходимостью, позволяющей сильно сэкономить время.

Конструктивные особенности

Собирая плазморез из инвертора своими руками, необходимо знать его устройство и комплектацию. Однако сразу стоит отметить тот факт, что некоторые детали намного проще приобрести в готовом виде, чем создавать самостоятельно.

Типовой аппарат состоит из плазмотрона, который также очень часто называют “резак”, воздушного компрессора и шланго-кабельного пакета.

• Источник питания необходим для того, чтобы подавать на устройство ток определенной силы. Фактически он является сердцем аппарата, и от него зависят его технические характеристики.
• Не менее важным является и сам резак или плазмотрон. Он имеет определенную конструкцию, которая значительно отличается от подобных изделий на Сразу стоит отметить, что создавая плазморез из инвертора своими руками, именно эту деталь лучше приобретать в магазине. Это значительно облегчит эксплуатацию и решит массу проблем с заменой некоторых элементов.
• Компрессор в аппарате, работающем с использованием тока силой не более 200 А, необходим для подачи воздуха, который выполняет функции охлаждения и позволяет создать плотный пучок плазмы. Для более мощных установок применяют аргон, гелий, водород, азот, кислород и их смеси.
• Кабель-шланговый пакет выполняет функции соединительного элемента, через который поступает электрический ток от источника питания и воздух с компрессора на плазматрон.

Трансформатор или инвертор

Обычно установка плазменной резки металла в качестве источника питания использует инвертор или Оба эти варианта отлично подходят для самостоятельного изготовления, но прежде чем определиться с выбором, необходимо знать, какие есть между ними отличия и как это сказывается на технических характеристиках конечного изделия.

• Типовой плазморез из сварочного инвертора является самым эффективным и экономным. Его КПД на 30% больше, чем у агрегатов, использующих трансформатор, и он выдает стабильную дугу. Однако подобное устройство может выполнять только строго определенные задачи, работая с материалами определенной толщины.
• При использовании трансформатора нужно помнить о том, что данное изделие довольно громоздкое и требует места для размещения. При этом его мощность дает возможность работать с крупными деталями довольно большой толщины. Именно поэтому его устанавливают в стационарных помещениях или на специальных передвижных платформах.

Учитывая такие особенности обоих агрегатов, лучше всего создавать плазморез из инвертора, своими руками соединяя уже готовый источник питания и остальные детали в определенной последовательности.

Необходимое оборудование

Прежде всего, необходимо приобрести все необходимые элементы. Однако сразу стоит отметить тот факт, что для того, чтобы установка получилась качественной и практичной, многие из них придется приобрести в готовом виде.

Инвертор

Данный узел можно взять из готового сварочного аппарата. Его стоимость относительно невелика, хотя это можно считать самым дорогим вложением в этот проект. Обычно специалисты при выборе этого устройства ориентируются на определенную мощность. Ее определяют, ориентируясь на объем работы и ее специфику.

Некоторые специалисты предпочитают создавать инвертор самостоятельно, подбирая детали под конкретные нужды или используя уже имеющиеся материалы. Однако, как показывает практика, намного проще использовать уже готовый агрегат, поскольку он более надежный, а при его изготовлении использовались определенные стандарты.

Резак

Создавая самодельный плазморез, мастера часто допускают ошибку при попытке полностью создать сам резак, на который будет подаваться ток и воздух. Дело в том, что данное изделие состоит из ручки, элементов подвода и сопла. При этом последнее при интенсивном использовании очень быстро изнашивается и нуждается в периодической замене. Именно поэтому сопло рекомендуется приобретать заводское, а остальные элементы можно изготовить и самостоятельно. Однако профессионалы считают, что не стоит тратить много сил и средств на самостоятельное создание этого элемента, поскольку намного проще приобрести его в готовом виде.

Компрессор

Обычно плазморез, инструкция к которому предполагает использование инертного газа или кислорода, предпочитают подключать к баллонам со специальными смесями. Дело в том, что именно они позволяют получить наиболее плотный пучок плазмы и создает лучшее охлаждение. Однако при бытовом применении проще и экономней использовать обычный компрессор.

Сразу стоит отметить тот факт, что этот агрегат вполне можно создать самостоятельно, используя обычный баллон в качестве ресивера. Сам компрессор можно взять из автомобиля ЗИЛ или же от холодильника. Однако при этом очень важно правильно произвести регулировку давления. Обычно специалисты делают это опытным путем непосредственно при работе.

Кабель-шланговый пакет

Данное оборудование можно приобрести как и в комплекте к конкретному агрегату, так и отдельно друг от друга. Дело в том, что оно состоит из шлангов, которые рассчитаны на необходимое для работы давление, и кабеля определенного сечения. При этом стоит помнить, что проводник подбирают под мощность самого инвертора, поскольку в противном случае он будет перегреваться и может возникнуть вероятность возгорания и даже поражения электрическим током.

Сборка

Весь процесс изготовления заключается в том, что нужно подключить сопло для плазмореза к компрессору и инвертору. Для этого и используется кабель-шланговый пакет. Лучше всего здесь использовать специальные клемы и зажимы, которые позволяют производить как сборку, так и разборку очень быстро. Подобный подход дает возможность получить компактное устройство, которое можно удобно перевозить по месту произведения работ, что очень ценится специалистами.

• Учитывая то, что принцип работы плазмореза основан на использовании газа, то стоит заранее позаботиться о наличии запасных прокладок, которые используются при подключении шлангов. Особенно это важно, если агрегат постоянно разбирается и перевозится. Элементарная нехватка данного элемента может остановить всю работу.
• Также очень важно иметь запасное сопло для резака. Эта деталь при длительном использовании выходит из строя чаще всего, поскольку на нее воздействуют высокие температуры и быстрое охлаждение.
• Важно помнить, что инверторы от могут стоить довольно дорого, и цена вопроса зависит от его мощности. Поэтому, прежде чем его приобретать, стоит определиться с выходными характеристиками и потребностями, для которых и создается устройство. Это поможет значительно сэкономить и получить агрегат, идеально подходящий для конкретных работ.
• Для работы подобным инструментом потребуется приобрести специальные электроды из тугоплавких металлов. Лучше всего для этих целей подойдут материалы из тория, гафния, циркония или бериллия. Однако при этом стоит помнить, что некоторые металлы при нагреве выделяют вредные вещества и могут нанести вред сварщику. Например, торий очень токсичен, а бериллий образует радиоактивные оксиды. Именно поэтому проще и безопаснее использовать гафний.
• Важно помнить, что рабочая температура плазмы в таких агрегатах достигает 30 000 градусов. Поэтому при работе необходимо строго соблюдать правила безопасности, чтобы не нанести вред себе или окружающим или не стать причиной возникновения возгорания. Именно поэтому к работе с таким инструментом допускают только квалифицированных специалистов.
• При работе нельзя нарушать вихревой воздушный поток. В противном случае может образоваться две дуги, что полностью выведет устройство из строя. Учитывая это, специалисты предпочитают использовать именно заводские резаки, считая, что лучше потратиться один раз, чем постоянно заниматься ремонтом самого инвертора.
• При выполнении однотипной работы можно внести в устройство определенные модификации. Например, некоторые мастера изготавливают специальный защитный кожух для руки или дорабатывают сопло. Однако стоит помнить, что все эти дополнения не должны отразиться на самом процессе работы оборудования и не должны нарушать правила безопасности.

Вывод

Рассмотрев вопрос, как сделать плазморез с использованием инвертора, можно понять, что практически все необходимое оборудование придется приобретать у различных производителей. Фактически само изготовление является элементарной сборкой. Однако даже при таком подходе можно значительно сэкономить, поскольку полноценный комплект нового агрегата будет стоит в несколько раз больше.

Сборка плазмореза своими руками из инвертора является относительно несложным делом.

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

Прежде чем собирать самодельный плазморез своими руками, следует заранее подготовить некоторые комплектующие, входящие в состав конструкции плазмореза. В конструкцию плазмореза входят следующие элементы:

• плазменный резак;
• источник электропитания, в роли которого может использоваться инвертор или трансформатор;
• компрессорное устройство для подачи потока воздуха и формирования потока плазмы;
• кабель-шланги для сборки всех компонентов в единый комплекс.

Самодельный плазморез можно использовать для проведения разнообразных технических операций не только на производстве, но и в домашнем хозяйстве.

Дома эти приспособления можно применять для обработки металлических изделий, если требуется проведение тонкой и точной резки.

Промышленность предлагает потребителям устройства, с помощью которых можно проводить сваривание металлов в защитной газовой среде. В качестве защиты при проведении сварки используется инертный газ аргон.

При сборке самодельного устройства следует особое внимание уделить силе тока. Величина этого параметра зависит от используемого источника питания.

Лучше всего применять в качестве источника электротока инвертор. Это устройство обеспечивает стабильное функционирование аппарата плазменной резки. Помимо этого, применение инвертора позволяет обеспечить более экономичное энергопотребление, нежели при использовании в качестве источника питания трансформатора.

Недостатком применения в конструкции плазмореза инверторного источника питания является небольшая толщина заготовок, которые можно обрабатывать при помощи такого устройства.

Преимуществами плазмореза на основе использования инвертора являются относительно небольшая масса устройства и небольшое потребление электрической энергии. Кроме того, КПД устройства, основу которого составляет инверторный источник питания, выше на 10%, чем у устройства с трансформаторным блоком, что оказывает влияние на качество выполнения операций.

При проведении сборки приспособления следует уделить внимание точности и качеству сборки в соответствии соемой, а также объединению элементов в системе.

При сборке приспособления в конструкции нужно использовать сопло достаточной длины, которое не должно быть слишком длинным, иначе его придется часто заменять.

Выбор конструктивных элементов для сборки приспособления

При изготовлении прибора своими руками требуется правильно подобрать соответствующие комплектующие.

Источник электропитания для оборудования. В качестве этого элемента применяется инвертор — это устройство, обеспечивающее подачу напряжения с заранее заданными характеристиками для функционирования оборудования. Помимо инвертора можно применять трансформатор. Если используется в качестве блока питания трансформатор, то при конструировании оборудования нужно учитывать большой вес сварочного трансформатора. Кроме того, следует помнить, что при использовании трансформатора устройство потребляет большое количество электрической энергии.

Для сборки инструмента нужно подготовить плазменный резак, который является основным элементом приспособления, обеспечивающим выполнение рабочих операций. Также потребуется приобрести устройство нагнетания воздушного потока — компрессор и кабель-шланговый пакет.

Использование инверторного источника питания более выгодно, так как это устройство является более экономичным и его стоимость значительно ниже. Приспособление, работа которого основана на использовании инверторного блока питания, проще в использовании. Такое устройство можно применять при проведении работ в домашних условиях и на небольшом производстве. При использовании этого типа блока питания достигается стабильность напряжения, что позволяет осуществлять качественные работы в труднодоступных местах, где использование трансформаторных устройств невозможно.

Плазмотрон — основной элемент резака. Конструкция этого приспособления состоит из сопла, канала подачи воздушного потока, обеспечивающего резку металлических заготовок, электрода и изолятора, играющего одновременно роль охладителя.

Сборка плазменного резака

Для сборки плазмотрона требуется подобрать соответствующий электрод. Чаще всего используются электроды, изготовленные с применением тория, бериллия, циркония или гафния. Такие материалы считаются оптимальными для проведения резки металла воздушно-пламенным потоком. В процессе функционирования установки на поверхности материала электрода образуются тугоплавкие оксиды, которые не позволяют происходить разрушению материала электрода. При выборе типа электрода следует помнить, что некоторые из материалов, используемых для изготовления тела электродов, являются опасными для работника. Так, например, бериллий в составе электрода в процессе работы вызывает образование радиоактивных оксидов, а использование тория вызывает образование токсичных соединений с кислородом. Лучшим материалом является гафний, который абсолютно безопасен для работника, осуществляющего работы.

В процессе сборки следует особое внимание уделить соплу, которое осуществляет формирование струи для резки. От технических характеристик этого элемента зависит качество рабочей струи. Оптимальным является применение приспособления с диаметром 3 см. Длина должна быть достаточной, чтобы рез имел аккуратный и качественный вид. В случае если сопло является слишком длинным, то возможно его быстрое разрушение в процессе работы.

Для осуществления подачи воздушного потока в конструкции плазмореза используется компрессор. Особенностью работы резака является использование в процессе функционирования оборудования газов для защиты и плазмообразования. Работа по осуществлению резки металла совершается при силе тока в 200 А. При работе устройства применяется сжатый воздух, который требуется для охлаждения функционирующего оборудования и формирования плазменной струи. Использование такой конструкции в процессе работы позволяет проводить резание метзаготовок с толщиной металла до 50 мм.

Для соединения всех элементов установки применяется кабель-шланговый пакет. При проведении сборки установки требуется соблюдать определенный порядок работ. Сначала инвертор при помощи кабеля объединяется с электродом для подачи на него напряжения. Посредством шланга осуществляется подача сжатого воздушного потока от компрессорной установки к плазмотрону, где формируется плазменная струя.

Принцип функционирования резака

После того как установка для осуществления резки металла собрана, требуется проверить ее работоспособность. При запуске инвертор подает электроток с высокой частотой на плазмотрон. После подачи напряжения на электрод происходит формирование электродуги, ее температура в момент возникновения варьируется в интервале от 6 до 8 тыс. градусов Цельсия. Формирование дуги происходит между электродом и наконечником сопла. Далее подается поток сжатого воздуха, который при прохождении через электродугу нагревается и увеличивается в объеме в сотню раз, при этом происходит ионизация потока, и он приобретает токопроводные свойства.

При помощи сопла происходит формирование узкого потока плазмы. Скорость истечения плазменного потока равна 2-3 метра в секунду. В момент истечения струи плазмы ее температура значительно возрастает и достигает 25-30 тысяч градусов. На выходе из сопла формируется поток высокотемпературной плазмы, которая применяется для проведения процесса резки. В момент соприкосновения плазменной струи с металлом заготовки происходит гашение первоначальной дуги и зажигание дуги режущей, при помощи которой осуществляется обработка заготовки. Плавление металла происходит локально, в месте воздействия плазменного потока.

Плазменный резак часто используется сварщиками, когда нужно осуществлять резку металлических изделий. Совсем не обязательно использовать покупные изделия, которые продаются отдельно. Можно сделать плазморез из сварочного инвертора своими руками. Такой инструмент может хорошо подойти для бытового использования. Он обеспечивает рез высокого качества с тонким слоем прорезания. С его помощью можно осуществлять обработку различных заготовок с высоким уровнем аккуратности.

Если вы решили сделать самодельный плазморез из сварочного инвертора, то в первую очередь следует обратить на силу тока. Его величина определяется источником питания. В данном случае инвертор является намного более предпочтительным вариантом, чем трансформатор, так как он предлагает более стабильную работу. Также у него экономичное энергопотребление, в отличие от прямого конкурента. Естественно, что по такому параметру, как толщина прорезаемой заготовки он уступает трансформатору. Во всех остальных параметрах инвертор оказывается более удобным. Он не столь массивен и габаритен, а коэффициент полезного действия у него заметно выше. Все это сказывается на качестве работы.

Чтобы собрать конструкцию полностью, можно применять готовые детали, которые продаются в соответствующих магазинах. Вполне возможно, что все комплектующие уже могут быть в наличии дома. Во время сборки нужно четко придерживаться схемы, а также построения отдельных ее элементов. Сопло желательно подбирать подлиннее, но не слишком длинное, так как со временем его нужно будет заменять из-за высокого износа.

Схема работы плазмореза

Плазморез из сварочного инвертора позволяет данному виду техники выполнять свое основное предназначение, а именно, подавать сильно разогретый воздух на металлические изделия. Температура может достигать более тысячи градусов, что приводит к нагреву кислорода. В результате нагрева он поступает на поверхность металлического изделия под давлением. Это приводит к разрезанию металла. Чтобы ускорить данную процедуру, следует обеспечить дополнительную ионизацию среды электрическим током.

Схема плазменного инвертора, его силовой части выглядит следующим образом:

Схема плазменного инвертора (управления аппаратом) имеет следующий вид:

Конструкция плазмореза

Плазморез из сварочного инвертора можно сделать при наличии следующих деталей:

• Компрессор – устройство, которое обеспечивает подачу мощного воздушного потока под давлением;
• Плазмотрон – выглядит как обыкновенной сварочный резак, с его помощью производятся все основные процедуры по резке;
• Электроды – с их помощью оснащаются некоторые виды техники, они служат для розжига дуги;
• Сопло – это наиболее функциональный конструктивный элемент инверторного плазмореза, так как оно дает возможность определить вариант сложности работ, исходя из своей формы и других параметров;
• Плазморез – элемент, выполняемый в виде косвенного или прямого воздействия.

Конструктивные элементы для сборки

Перед тем как самому сделать плазморез из сварочного инвертора, следует определиться с конструктивными элементами, так как их следует правильно подобрать.

Первым делом нужно обратить внимание на источник питания. В данном случае им выступает . Он обеспечивает подачу тока с заданными характеристиками на устройство. При отсутствии инвертора можно воспользоваться обыкновенным трансформатором.

Плазмотрон является основным элементом в конструкции, так что его подбирают с особой тщательностью. Мощность воздушного компрессора должна быть достаточно высокой, чтобы можно было резать достаточно толстые заготовки. Здесь нужно еще позаботиться о достаточной длине шлангов, чтобы процесс проходил удобно на любом расстоянии

Для плазмотрона нужно подобрать соответствующий электрод, который был бы сделан из подходящего материала. Наиболее подходящим вариантом является торий, бериллий, гафний и цирконий. Эти виды металла хорошо подходят по той причине, что во время нагрева они создают тугоплавкие пленки оксида на своей поверхности. Это обеспечивает высокий уровень защиты и предотвращает инструменты от разрушения.

От характеристик сопла зависит общий результат работы и ее качество. Одним из лучших вариантов является сопло с диаметром около 3 см. Длина влияет на качество и аккуратность исполнения разреза. Но если оно будет слишком длинным, то это приведет к его быстрому разрушению.

Ни один плазморез не обходится без компрессора. Он не только подает воздух под давлением, но и может служить как дополнительная система охлаждения.

Процесс изготовления резака своими руками

Плазморез из сварочного аппарата своими руками сделать не так уж сложно, при наличии соответствующих инструментов и материалов. Когда все элементы правильно подобраны и подготовлены к сборке, то можно приступать к сборке. Чтобы соединить компрессор, плазмотрон и источник питания, необходимо использовать особый кабель-шланговый пакет. В данном деле главное соблюдать правильный порядок.

1. Проверяется работоспособность сварочного инвертора, а затем от при помощи кабеля подключается к электроду, что обеспечивает создание дуги.
2. Сжатый воздух подается от компрессора через шланг.
3. Шланг соединяет компрессор и плазмотрон, который должен преобразовывать струю воздуха в плазму для резки.

Если все уже собрано, следует проверить работоспособность аппарата. Когда техника включена, то инвертор должен подавать высокочастотный ток на плазмотрон. В этот момент в зажигается дуга и ее температура может составлять, примерно, 6-8 тысяч градусов. Из патрубка подается воздух, который проходит через электрическую дугу. Его объем начинает увеличиваться до 100 раз. На данном этапе происходит ионизация электрической дуги.

Вся субстанция выводится из сопла, которое помогает сформировать узкий поток рабочей среды. Скорость подачи потока составляет до 3 м/с. В это же время рабочая температура повышается до 30 тысяч градусов Цельсия, что создает плазму. Когда плазма соприкасается с деталью, то дежурная дуга начинает гаснуть, а вместо нее зажигается режущая. Благодаря потоку воздуха все расплавленные детали металла сдуваются. Это обеспечивает получение аккуратного шва.

Во время работы следует обращать внимание, чтобы пятно дуги располагалось непосредственно по центру электрода. Чтобы поддерживать все в стабильном состоянии, здесь используется тангенциальная подача воздуха. Если во время работы произошли какие-либо нарушения воздушного потока, то качество резки начнет сильно ухудшаться.

Заключение

Как стало видно, создать плазморез из сварочного инвертора своими руками не составляет большого труда. Для этого может подойти практически любой доступный источник питания, будь то или отечественные. При самостоятельном создании используются зачастую покупные конструктивные элементы, что делает сам процесс более безопасным. Здесь не так уж много элементов для сборки и подобрать их по необходимым параметрам для специалистов не составит особого труда.

В отличие от , инвертор отличается компактностью, малым весом и высоким КПД, что объясняет его популярность в домашних мастерских, небольших гаражах и цехах.

Он позволяет закрывать большинство потребностей в сварочных работах, но для качественной резки требуется лазерный аппарат или плазморез.

Лазерное оборудование очень дорогое, плазморез тоже стоит недешево. небольшой толщины имеет прекрасные характеристики, недостижимые при использовании электросварки. При этом силовой блок у плазмореза и во многом имеют одинаковые характеристики.

Возникает желание сэкономить, и при небольшой доработке использовать его и для плазменной резки. Оказалось, что это возможно, и можно встретить много способов переделки сварочных аппаратов, в том числе инверторных, в плазморезы.

Аппарат плазменной резки представляет собой тот же сварочный инвертор с осциллятором и плазмотроном, кабелем массы с зажимом и внешним или внутренним компрессором. Часто компрессор используется внешний и в комплект поставки не входит.

Если у владельца сварочного инвертора имеется еще и компрессор, то можно получить самодельный плазморез, приобретя плазмотрон и сделав осциллятор. В итоге получится универсальный сварочный аппарат.

Принцип работы горелки

Работа аппарата плазменной сварки и резки (плазмореза) основана на использовании в качестве режущего или сваривающего инструмента плазмы, четвертого состояния вещества.

Для ее получения требуется высокая температура и газ под высоким давлением. При создании между анодом и катодом горелки электрической дуги в ней поддерживается температура в несколько тысяч градусов.

Образование плазмы

Если пропустить при таких условиях через дугу струю газа, то он ионизируется, расширится в объеме в несколько сотен раз и нагреется до температуры в 20-30 тысяч °C, превращаясь в плазму. Высокая температура почти мгновенно расплавляет любой металл.

В отличие от кумулятивного снаряда процесс образования плазмы в плазмотроне регулируемый.

Анод и катод в резаке плазмореза находятся на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга. Осциллятор вырабатывает импульсный ток большой величины и частоты, пропускает его между анодом и катодом, что приводит к возникновению электрической дуги.

После этого через дугу пропускается газ, который ионизируется. Так как все происходит в замкнутой камере с одним выходным отверстием, то получившаяся плазма с огромной скоростью вырывается наружу.

На выходе горелки плазмореза она достигает температуры 30000 ° и плавит любой металл. Перед началом работ к заготовке с помощью мощного зажима подсоединяется провод массы.

Когда плазма достигает заготовки, то электрический ток начинает течь через кабель массы и плазма достигает максимальной мощности. Ток доходит до 200-250 А. Цепь анод – катод разрывается с помощью реле.

Резка

При пропадании основной дуги плазмореза, эта цепь опять включается, не давая исчезнуть плазме. Плазма играет роль электрода в электродуговой сварке, она проводит ток, а благодаря своим свойствам создает в области соприкосновения с металлом область с высокой температурой.

Площадь соприкосновения струи плазмы и металла маленькая, температура высокая, нагрев происходит очень быстро, поэтому практически отсутствуют напряжения и деформации заготовки.

Срез получается ровный, тонкий не требующий последующей обработки. Под напором сжатого воздуха, который используется в качестве рабочего тела плазмы, жидкий металл выдувается и получается рез высокого качества.

При использовании инертных газов с помощью плазмореза можно проводить качественную сварку без вредного воздействия водорода.

Плазмотрон своими руками

При изготовлении плазмореза из сварочного инвертора своими руками самой сложной частью работ является производство качественной режущей головки (плазмотрона).

Инструменты и материалы

Если делать плазменный резак своими руками, то легче использовать в качестве рабочего тела воздух. Для изготовления понадобятся:

Расходные материалы плазмореза в виде сопел, электрода стоит купить в магазине сварочного оборудования. Они в процессе резки и сварки выгорают, поэтому имеет смысл приобретать по несколько штук на каждый диаметр сопла.

Чем тоньше металл для резки, тем меньше должно быть отверстие сопла горелки плазмореза. Чем толще металл, тем больше отверстие сопла. Наиболее часто используется сопло с диаметром 3 мм, оно перекрывает большой диапазон толщин и видов металлов.

Сборка

Сопла горелки плазмореза прикрепляются прижимной гайкой. Непосредственно за ним располагается электрод и изолирующая втулка, которая не позволяет возникнуть дуге в ненужном месте устройства.

Затем расположен завихритель потока, который направляет его в нужную точку. Вся конструкция помещается во фторопластовый и металлический корпус. К выходу трубки на ручке горелки плазмореза приваривается патрубок для подсоединения воздушного шланга.

Электроды и кабель

Для плазмотрона требуется специальный электрод из тугоплавкого материала. Обычно их изготавливают из тория, бериллия, гафния и циркония. Их применяют из-за образования при нагреве тугоплавких окислов на поверхности электрода, что увеличивает длительность его работы.

При использовании в домашних условиях предпочтительней применение электродов из гафния и циркония. При резке металла они не вырабатывают токсичных веществ в отличие от тория и бериллия.

Кабель от инвертора и шланг от компрессора к горелке плазмореза нужно прокладывать в одной гофрированной трубе или шланге, что обеспечит охлаждение кабеля в случае его нагрева и удобство в работе.

Сечение медного провода нужно выбрать не менее 5-6 мм2. Зажим на конце провода должен обеспечивать надежный контакт с металлической деталью, в противном случае дуга с дежурной не перекинется на основную дугу.

Компрессор на выходе должен иметь редуктор для получения нормированного давления на плазмотроне.

Варианты прямого и косвенного действия

Конструкция горелки плазмореза довольно сложная, выполнить в домашних условиях даже при наличии различных станков и инструментов сложно без высокой квалификации работника. Поэтому изготовление деталей плазмотрона нужно поручить специалистам , а еще лучше приобрести в магазине. Выше была описана горелка плазмотрона прямого действия, она может резать только металлы.

Существуют плазморезы с головками косвенного действия. Они способны резать и неметаллические материалы. В них роль анода выполняет сопло, и электрическая дуга находится внутри горелки плазмореза, наружу под давлением выходит только плазменная струя.

При простоте конструкции устройство требует очень точных настроек, в самодеятельном изготовлении практически не применяется.

Доработка инвертора

Для использования инверторного источника питания для плазмореза его нужно доработать. К нему нужно подключить осциллятор с блоком управления, который будет выполнять функцию пускателя, поджигающего дугу.

Схем осцилляторов встречается довольно много, но принцип действия один. При запуске осциллятора между анодом и катодом проходят высоковольтные импульсы, которые ионизируют воздух между контактами. Это приводит к снижению сопротивления и вызывает возникновение электрической дуги.

Затем включается газовый электроклапан и под давлением воздух начинает проходить между анодом и катодом через электрическую дугу. Превращаясь в плазму и достигая металлической заготовки, струя замыкает цепь через нее и кабель массы.

Основной ток величиной примерно 200 А начинает течь по новой электрической цепи. Это вызывает срабатывание датчика тока, что приводит к отключению осциллятора. Функциональная схема осциллятора изображена на рисунке.

Функциональная схема осциллятора

В случае отсутствия опыта работы с электрическими схемами можно воспользоваться осциллятором заводского производства типа ВСД-02. В зависимости от инструкции по подключению они присоединяются последовательно или параллельно в схему питания плазмотрона.

Перед изготовлением плазмореза, необходимо определить предварительно с какими металлами, и какой толщины хотите работать. Для работы с черным металлом достаточно компрессора.

Для резки цветных металлов потребуется азот, высоколегированной стали нужен аргон. В связи с этим, возможно, потребуется тележка для перевозки газовых баллонов и понижающие редукторы.

Как любое оборудование и инструмент, сварочный аппарат с плазменной головкой требует определенной сноровки от пользователя. Движение резака должно быть равномерным, скорость зависит от толщины металла и его вида.

Медленное движение приводит к образованию широкого реза с неровными краями. Быстрое перемещение приведет к тому, что металл прорезается не во всех местах. При должной сноровке можно получить качественный и ровный срез.

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:

1. подача газа со скоростью до 800 м/сек;
2. 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:

1. устройство подачи газа под давлением – компрессор;
2. плазменный резак;
3. электротехническое устройство – инвертор, обеспечивающий силу тока для образования электрической дуги;
4. 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:

1. аппарат поршневой;
2. 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:

1. при отрицательной температуре окружающей среды необходимо предварительно прогревать масло, содержащееся в картере;
2. необходимо регулярно менять воздушный (входной) фильтр;
3. строго контролировать уровень масла в картере;
4. не реже 1 раз полгода необходимо осуществлять полную очистку агрегатов от посторонних примесей;
5. 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:

1. компрессор;
2. блок фильтров магистральных для воздушно-газовой смеси;
3. осушители газа;
4. 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:

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

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

1. Двухпоточные, используемые в восстановительных, окислительных и инертных средах.
2. Газовые инертные (с использованием гелия, аргона), восстановительные (водорода, азота).
3. Газовые окислительные (в состав воздушно-газовой смеси входит кислород).
4. 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:

1. возможность равномерно изменять параметры;
2. небольшой вес;
3. устойчивое состояние рабочей дуги;
4. 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:

1. агрегаты машинной резки;
2. ручные.

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

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

Производственные предприятия выпускают оборудование для резки металла:

1. Профи CUT 40 (горелка РТ-31, допустимая толщина реза – 16 мм, расход воздушно-газовой смеси– 140 л/мин, ресивер объемом 50 л);
2. Профи CUT 60 (горелка Р-80, допустимая толщина реза заготовки — 20 мм, расход воздушно-газовой смеси – 170 л/мин.);
3. Профи CUT 80 (горелка Р. – 80, допустимая толщина реза заготовки – 30 мм, расход воздушно-газовой смеси – 190 л/мин.);
4. 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:

1. стол рабочий;
2. передача ременная;
3. блок управления функциями;
4. элементы шаговые;
5. направляющие линейные;
6. система регулировки высоты реза;
7. блок управления ЧПУ;

Схема 3. Чертеж устройства инвертора для плазменной резки.

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:

1. основание для сварки стола;
2. собирается прочная рама с последующей окраской;
3. крепятся опорные стойки;
4. собирается водяной стол;
5. устанавливаются крепления и сами рейки;
6. монтируются направляющие линейные;
7. монтируется облицовка стола;
8. устанавливаются направляющие совместно с порталом;
9. портал оснащается двигателем и сигнальными датчиками;
10. монтируются направляющие, двигатель направляющей Y и зубчатая рейка регулирования позиционирования;
11. монтируется направляющая с оснащением двигателем;
12. монтируется сигнальный датчик поверхности металла;
13. монтируется кран для удаления воды со стола;
14. прокладываются соединительные кабели-каналы X.Z.Y;
15. провода изолируются и закрываются с помощью облицовки;
16. монтируется рабочий резак;
17. 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.