Воздушно-плазменная резка своими руками

Воздушно-плазменная резка своими руками

Автор: pnp_machinist, pnp_mechanic@mail.ru
Опубликовано 30.10.2016
Создано при помощи КотоРед.

Простой аппарат плазменной резки.

Значение аппарата плазменной резки для народного хозяйства трудно переоценить. Так например одна только экономия металла при раскрое составляет 10-15%. Не говоря уже о возможности вырезать отверстия и детали различной формы в листовом металле. Появление на рынке сварочных инверторов и расходных материалов для плазмотронов сделало этот способ обработки металла доступным для широких масс населения.
В нашем случае в качестве рабочей среды плазмы используется осушенный атмосферный воздух давлением 3.5 – 4 Атм. Плазматрон CUT-40 как один из самых доступных . И инвертор сварочного тока выходным напряжением 100-140 вольт, 10-40 А. Этого вполне хватает для резки металла толщиной 0,5 – 6 мм. Исходя из данных — сила тока для реза 1 мм. толщины металла должна быть примерно 6 А

Теория.

Как видно на условном изображения горелки, атмосферный воздух одновременно является рабочей средой для образования плазмы и охлаждает элементы горелки.
В первый момент дуга разжигается высоковольтным разрядом между электродом и соплом при условии контакта последнего с анодом т.е. металлом. Далее образовавшаяся плазма выдувается потоком воздуха. Для поддержания стабильной дуги необходимо выдерживать зазор между соплом горелки и металлом около 1 мм. , что весьма трудно. Для этого предлагаются специальные насадки. Но как утверждают специалисты они только мешают. Я полностью разделяю их мнение и поэтому просто веду без нажима соплом горелки по заготовке. Замечено при недостаточном токе сопло «прилипает» к металлу. О успешном процессе резки можно судить по видимым искрам с обратной стороны металла. По окончании резки не следует отводить горелку, лучше прервать процесс снятием напряжения. Так продлевается срок службы электрода со вставкой из гафния .

Инвертор

Для силовой части хорошо подходит схема инвертора AVT-200. Данный инвертор уже неоднократно повторялся и хорошо известен в сети Интернет. Оригинал статьи автора доступен в архиве AVT-200.rar. Изменения коснулись узла формирования пилообразного напряжения на токовом входе компаратора и цепей задания тока. Изменена печатная плата.
Узел задания тока питается стабильным напряжением 15 В, что улучшает повторяемость. Для снижения уровня помех в цепях токового компаратора установлен резистор R90. Большая индуктивность выходного дросселя позволяет упростить схему формирования «пилы». В остальном схема мало отличается от оригинала. Для токового шунта необходимо использовать манганиновую проволоку. В моём случае при диаметре 0.9 мм длинна шунта 20 мм.
Отдельно отмечу в схеме отсутствует узел защиты от превышения тока и К.З. в нагрузке. Разумеется такие узлы необходимы. Но короткое замыкание в правильно собранной горелке CUT-40 не возможно. Если конечно сопло совсем расплавится и останется только электрод.

В большинстве случаев для успешного розжига плазмы хватает высоковольтного разряда напряжением 20-22 кВ. постоянного тока. Схема с искровым разрядником самая простая в реализации . Для снижения требований к повышающему трансформатору используется умножитель напряжения . Разрядник изготовлен из контактов реле , зазор 1 – 1.5 мм. Высоковольтный трансформатор намотан на ферритовом сердечнике диаметром 8 мм. длинной 80 мм Первичная обмотка 7-8 витков проводом МГТФ-0,35. Вторичная медным проводом ПЭВ- 2 диаметром 1,5 мм. Пропитан эпоксидной смолой. Между обмоточками изоляция обязательна. Накопительный конденсатора взят из стартёра времён СССР для лампы дневного света мощностью 80 Вт. Как оказалось другие конденсаторы — 10n 6,3 kV. сгорают после 3-й попытки розжига.

Схема управления.

Для работы реализована простая последовательность управления.
При нажатии кнопки оператора S3 последовательно происходит
1- Подача воздуха.
2- Пауза 0.5-1 сек. (это время необходимо для продувки плазмотрона)
3- Включение инвертора.
4- Включение осциллятора на 2 сек.
При размыкании кнопки выключается инвертор и с задержкой 3-4 сек. снимается напряжение с воздушного клапана. Этого времени достаточно для остывания горелки.

В исходном состоянии все реле обесточены и копка оператора S3 отжата. При замыкании S3 сработает реле REL 2 и своими контактами замкнёт базовые цепи транзисторов Т1, Т3, Т4, Т6. к общему проводу. Причём напряжение на базе транзисторе Т1 появится с небольшой задержкой обусловленной RC цепочкой R4,C1. Стабилитрон в цепи коллектора Т1 определяет пороговое напряжение при открытии транзистора, что также является своеобразной защитой от помех в цепях управления.
Далее открывается транзистор Т2 и срабатывает реле включения инвертора. При нажатой кнопке S3 транзистор Т3 закрыт и на работу схемы не влияет.
Одновременно с этим подаётся напряжение на схему включения осциллятора.
Положительное напряжение с коллектора транзистора Т1 через стабилитрон ZD4 попадает на базу Т8 , открывшийся транзистор включает реле подачи напряжения на осциллятор. По истечении времени заряда конденсатора С5 транзистор Т7 закрывает транзистор Т8. Так время работы осциллятора ограничено 1-2 секундами. Что вполне достаточно для уверенного розжига дуги в плазмотроне.
Реализация временных задержек для осциллятора и воздушного клапана реализованы по сходным схемам.
При размыкании кнопки S3 снимается напряжение с обмотки реле REL 2 . Далее положительное напряжение через резистор R16 открывает транзистор Т3 который блокирует транзистор Т2 и реле управления инвертором обесточится. Одновременно с этим конденсатор С4 разряжается через резистор R23 и переход база эмиттер. Таким образом воздушный клапан выключается с необходимой задержкой. При повторном нажатии кнопки S3 процесс повторяется.

Детали.

Как оказалось самая большая проблема — это перекрыть поток воздуха. Для этих целей установлен клапан КИПиА времён СССР . Не смотря на надпись 1 атм. ДУ 2.5мм. Он с честью перекрывает 4 атм. Фильтр для очистки воздуха 1/4″ Intrtool PT1412 выбран как самый доступный.
Трансформатор инвертора на кольце CF138-T6325-C первичная и вторичная обмотки намотаны в два провода диаметром 1.2 мм. Выходной дроссель на кольце из альсифера 46х25х18 проводом 1.5 мм до заполнения в один слой. Выбран именно этот дроссель т.к. в моём случае нет необходимости использовать токи более 20 А. Высоковольтный трансформатор намотан проводом 1.5мм из этих же соображений. Трансформатор осциллятора намотан на сердечнике ETD-39 проводом ПЭВ-2 -0.45 послойная и между обмотками изоляция обязательна.

Проверка инвертора.

На время проверки силовой части осциллятор и схема управления должны быть отключены. Разумеется контакты реле блокировки инвертора нужно замкнуть.
Перед включением необходимо проверить правильность монтажа. Первым проверяется источник питания , предусмотрена возможность его отдельного подключения через разъём JMP2. Затем необходимо убедится в наличии и правильности формы импульсов частотой 50 кГц. на затворах силовых транзисторов инвертора. Время «спада» не должно превышать 0,25us. Следующим шагом проверяется работа инвертора на эквивалент нагрузки. Я использовал два водяных ТЭНа по 5 кВт. соединённых параллельно. Максимальный ток устанавливается резистором R78. Минимальный ток при данной схеме не нуждается в регулировке. Его значение близко к 10 А. В конце статьи в файлах SDS00003 и SDS00004 приведены формы напряжения на коллекторе транзистора T8 инвертора при отсутствии тока и нагрузке 10 А.

Во время проверки ток в цепи нагрузки контролируется стрелочным амперметром с измерительным шунтом. Розжиг дуги и работа осциллятора проверяется импровизированным имитатором. Две медные проволоки диаметром 0.8 -1 мм. подключаются к аноду и катоду при этом обеспечивается зазор 2-3 мм. Электрическая дуга должна надёжно разжигаться с первого включения осциллятора. При этом медь естественно сгорает, а дуга тухнет.

Далее — пробный рез не толстого металла. Окрашенный желательно не использовать. Регулятором расположенном на фильтре установить давление воздуха 4 атм. Продуть резак воздухом 3-4 сек. для этого принудительно открыть воздушный клапан нажатием кнопки S2. Прикоснувшись соплом к заготовке нажать кнопку на ручке резака. При этом на 2 сек. включается осциллятор. И образовавшимся факелом плазмы резать, без особого нажима ведя по намеченной линии соплом.

Не стоит пренебрегать элементарными правилами ТБ. Величина выходного напряжения и тока могут быть опасны для жизни! Защита органов зрения обязательна!

Традиционно обсуждается на форуме все не написанное здесь.

Как сделать плазменный резак своими руками?

Плазменные резаки активно используются в мастерских и предприятиях, связанных с цветными металлами. Большинство небольших предприятий применяют в работе плазменный резак, изготовленный своими руками.

Плазменный резак хорошо себя показывает при разрезе цветных металлов, поскольку позволяет локально прогревать изделия и не деформировать их. Самостоятельное производство резаков обусловлено высокой стоимостью профессионального оборудования.

В процессе изготовления подобного инструмента используются комплектующие от других электроприборов.

Особенности и назначение плазменного резака

Инвертор плазменной резки используется для выполнения работ как в домашних, так и в промышленных условиях. Существует несколько видов плазморезов для работы с различными типами металлов.

1. Плазморезы, работающие в среде инертных газов, например, аргона, гелия или азота.
2. Инструменты, работающие в среде окислителей, например, кислорода.
3. Аппаратура, предназначенная для работы со смешанными атмосферами.
4. Резаки, работающие в газожидкостных стабилизаторах.
5. Устройства, работающие с водной или магнитной стабилизацией. Это самый редкий вид резаков, который практически невозможно найти в свободной продаже.

Плазменный резак или плазматрон – это основная часть плазменной резки, отвечающая за непосредственную нарезку металла.

Большинство инверторных плазменных резаков состоят из:

• форсунки;
• электрода;
• защитного колпачка;
• сопла;
• шланга;
• головки резака;
• ручки;
• роликового упора.

Принцип действия простого полуавтоматического плазмореза состоит в следующем: рабочий газ вокруг плазмотрона прогревается до очень высоких температур, при которых происходит возникновение плазмы, проводящей электричество.

Затем, ток, идущий через ионизированный газ, разрезает металл путем локального плавления. После этого струя плазмы снимает остатки расплавленного металла и получается аккуратный срез.

По виду воздействия на металл различают такие виды плазматронов:

1. Аппараты косвенного действия.
   Данный вид плазматронов не пропускает через себя ток и пригоден лишь в одном случае – для резки неметаллических изделий.
2. Плазменная резка прямого действия.
   Применяется для разрезки металлов путем образования плазменной струи.

Конструкция плазменного резака и рекомендации по работе с ним серьезно разнятся в зависимости от типа устройства.

Делаем плазменный резак своими руками

Плазменная резка своими руками может быть изготовлена в домашних условиях. Неподъемная стоимость на профессиональное оборудование и ограниченное количество представленных на рынке моделей вынуждают умельцев собирать плазморез из сварочного инвертора своими руками.

Самодельный плазморез можно выполнить при условии наличия всех необходимых компонентов.

Перед тем как сделать плазморежущую установку, необходимо подготовить следующие комплектующие:

1. Компрессор.
   Деталь необходима для подачи воздушного потока под давлением.
2. Плазмотрон.
   Изделие используется при непосредственной резке металла.
3. Электроды.
   Применяются для розжига дуги и создания плазмы.
4. Изолятор.
   Предохраняет электроды от перегрева при выполнении плазменной резки металла.
5. Сопло.
   Деталь, размер которой определяет возможности всего плазмореза, собранного своими руками из инвертора.
6. Сварочный инвертор.
   Источник постоянного тока для установки. Может быть заменен сварочным трансформатором.

Трансформаторные источники постоянного тока характеризуются следующими недостатками:

• высокое потребление электрической энергии;
• большие габариты;
• труднодоступность.

К преимуществам такого источника питания можно отнести:

• низкую чувствительность к перепадам напряжения;
• большую мощность;
• высокую надежность.

Инверторы, в качестве блока питания плазмореза можно использовать, если необходимо:

• сконструировать небольшой аппарат;
• собрать качественный плазморез с высоким коэффициентом полезного действия и стабильной дугой.

Благодаря доступности и легкости инверторного блока питания плазморезы на его основе могут быть сконструированы в домашних условиях. К недостаткам инвертора можно отнести лишь сравнительно малую мощность струи. Из-за этого толщина металлической заготовки, разрезаемой инверторным плазморезом, серьезно ограничена.

Одной из главнейших частей плазмореза является ручной резак.

Сборка данного элемента аппаратуры для резки металла осуществляется из таких компонентов:

• рукоять с пропилами для прокладки проводов;
• кнопка запуска горелки на основе газовой плазмы;
• электроды;
• система завихрения потоков;
• наконечник, защищающий оператора от брызг расплавленного металла;
• пружина для обеспечения необходимого расстояния между соплом и металлом;
• насадки для снятия окалин и нагара.

Резка металла различной толщины осуществляется путем смены сопел в плазмотроне. В большинстве конструкций плазмотрона, сопла закрепляются специальной гайкой, с диаметром, позволяющим пропустить конусный наконечник и зажать широкую часть элемента.

После сопла располагаются электроды и изоляция. Для получения возможности усиления дуги при необходимости в конструкцию плазматрона включают завихритель воздушных потоков.

Сделанные своими руками плазморезы на основе инверторного источника питания являются достаточно мобильными. Благодаря малым габаритам такую аппаратуру можно использовать даже в самых труднодоступных местах.

Чертежи

В глобальной сети интернет имеется множество различных чертежей плазменного резака. Проще всего изготовить плазморез в домашних условиях, используя инверторный источник постоянного тока.

Наиболее ходовой технический чертеж резака на основе плазменной дуги включает следующие компоненты:

1. Электрод.
   На данный элемент подается напряжение от источника питания для осуществления ионизации окружающего газа. Как правило, в качестве электрода используются тугоплавкие металлы, образующие прочный окисел. В большинстве случаев конструкторы сварочных аппаратов используют гафний, цирконий или титан. Лучшим выбором материала электрода для домашнего использования является гафний.
2. Сопло.
   Компонент автоматического плазменный сварочного аппарата формирует струю из ионизированного газа и пропускает воздух, охлаждающий электрод.
3. Охладитель.
   Элемент используется для отвода тепла от сопла, поскольку при работе температура плазмы может достигать 30 000 градусов Цельсия.

Большинство схем аппарата плазменной резки подразумевают такой алгоритм работы резака на основе струи ионизированного газа:

1. Первое нажатие на кнопку пуск включает реле, подающее питание на блок управления аппаратом.
2. Второе реле подает ток на инвертор и подключает электрический клапан продувки горелки.
3. Мощный поток воздуха попадает в камеру горелки и очищает ее.
4. Через определенный промежуток времени, задаваемый резисторами, срабатывает третье реле и подает питание на электроды установки.
5. Запускается осциллятор, благодаря которому производится ионизация рабочего газа, находящегося между катодом и анодом. На данном этапе возникает дежурная дуга.
6. При поднесении дуги к металлической детали зажигается дуга между плазмотроном и поверхностью, называющаяся рабочей.
7. Отключение подачи тока для розжига дуги при помощи специального геркона.
8. Проведение резальных или сварочных работ. В случае пропажи дуги, реле геркона вновь включает ток и разжигает дежурную струю плазмы.
9. При завершении работ после отключения дуги, четвертое реле запускает компрессор, воздух которого охлаждает сопло и удаляет остатки сгоревшего металла.

Что нам понадобится?

Для создания аппарата плазменной сварки необходимо обзавестись:

• источником постоянного тока;
• плазмотроном.

В состав последнего входят:

• сопло;
• электроды;
• изолятор;
• компрессор мощностью 2-2.5 атмосферы.

Большинство современных мастеров изготавливают плазменную сварку, подключаемую к инверторному блоку питания. Сконструированный при помощи данных компонентов плазмотрон для ручной воздушной резки работает следующим образом: нажатие на управляющую кнопку зажигает электрическую дугу между соплом и электродом.

Сборка инвертора

В случае, если фабричного инвертора нет в наличии, можно собрать самодельный.

Инверторы для резаков на основе газовой плазмы, как правило, имеют в строении такие комплектующие:

• блок питания;
• драйвера силовых ключей;
• силовой блок.

Сборка инвертора для плазморезов или сварочного оборудования не может обойтись без необходимых инструментов в виде:

• набора отверток;
• паяльника;
• ножа;
• ножовки по металлу;
• крепежных элементов резьбового типа;
• медных проводов;
• текстолита;
• слюды.

Блок питания самодельного инвертора для плазменной резки собирается на базе ферритового сердечника и должен иметь четыре обмотки:

• первичную, состоящую из 100 витков проволоки, толщиной 0.3 миллиметра;
• первая вторичная из 15 витков кабеля с толщиной 1 миллиметр;
• вторая вторичная из 15 витков проволоки 0.2 миллиметра;
• третья вторичная из 20 витков 0.3 миллиметровой проволоки.

Силовой блок самодельного инвертора должен состоять из специального трансформатора. Для создания данного элемента следует подобрать два сердечника и намотать на них медную проволоку толщиной 0.25 миллиметров.

Отдельного упоминания стоит система охлаждения, без которой инверторный блок питания плазмотрона может быстро выйти из строя.

Рекомендации по работе

При работе на аппарате плазменной резки для достижения наилучших результатов нужно соблюдать рекомендации:

• регулярно проверять правильность направления струи газовой плазмы;
• проверять правильность выбора аппаратуры в соответствии с толщиной металлического изделия;
• следить за состоянием расходных деталей плазмотрона;
• следить за соблюдением расстояния между плазменной струей и обрабатываемым изделием;
• всегда проверять используемую скорость резки, чтобы избежать возникновения окалин;
• время от времени диагностировать состояние системы подвода рабочего газа;
• исключить вибрацию электрического плазмотрона;
• поддерживать чистоту и аккуратность на рабочем месте.

Заключение

Аппаратура для плазменной резки – это незаменимый инструмент для аккуратной нарезки металлических изделий. Благодаря продуманной конструкции плазмотроны обеспечивают быстрый, ровный и качественный порез металлических листов без необходимости последующей обработки поверхностей.

Большинство рукоделов из небольших мастерских предпочитают своими руками собирать мини резаки для работы с не толстым металлом. Как правило, самостоятельно сделанный плазморез по характеристикам и качеству работы не отличается от заводских моделей.

Изготовление плазмореза из инвертора своими руками: инструкция, схемы, видео

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.

Общая схема работы плазменной резки

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.

Газовый шланг и обратный кабель для плазменной резки

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.

Горелка плазменного резака ABIPLAS и ее составные части

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 аппарат плазменной резки 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 инверторные сварочные аппараты, 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.

Принцип работы плазмореза

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.

Форма и размер плазменной струи зависит от диаметра сопла

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.

Конструкция плазменного резака и рекомендации по его изготовлению

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.

Сменные насадки для плазмотрона

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.

Строение сопла плазменной горелки

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.

Выбор газа для плазменной резки металла

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.

Необходимо также следить за тем, чтобы не образовалось сразу два плазменных потока вместо одного. Возникновение такой ситуации, к которой приводит несоблюдение режимов и правил выполнения технологического процесса, может спровоцировать выход инвертора из строя.

Параметры плазменной резки различных металлов (нажмите для увеличения)

Важным параметром плазменной резки является скорость воздушного потока, которая не должна быть слишком большой. Хорошее качество реза и быстроту его выполнения обеспечивает скорость воздушной струи, равная 800 м/сек. При этом сила тока, поступающего от инверторного аппарата, не должна превышать 250 А. Выполняя работу на таких режимах, следует учитывать тот факт, что в этом случае увеличится расход воздуха, используемого для формирования плазменного потока.

Самостоятельно сделать плазморез несложно, если изучить необходимый теоретический материал, просмотреть обучающее видео и правильно подобрать все необходимые элементы. При наличии в домашней мастерской такого аппарата, собранного на основе серийного инвертора, может качественно выполняться не только резка, но и плазменная сварка своими руками.

Если в вашем распоряжении нет инвертора, можно собрать плазморез и на основе сварочного трансформатора, но тогда придется смириться с его большими габаритами. Кроме того, плазморез, изготовленный на основе трансформатора, будет обладать не очень хорошей мобильностью, так как переносить его с места на место затруднительно.

Плазморез своими руками из инвертора

Особенности сборки плазмореза своими руками

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.

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.

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:

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.

Как сделать своими руками хороший плазморез из инвертора

Работу по раскрою металлических листов выполнить не так-то просто без специального оборудования. Поэтому все домашние мастера, который сталкиваются с подобной задачей, должны позаботиться о наличии в своем арсенале такого инструмента, как аппарат ручной плазменной резки. Это оборудование отличается компактными размерами и позволяет в домашних условиях легко разрезать железные листы на фрагменты подходящего размера.

Этот инструмент обладает множеством достоинств, главным из которых является то, что во время разделения заготовок на отрезки владельцу не придется впоследствии заниматься обработкой краев деталей. Чтобы упростить работу с этим оборудованием, нелишним будет каждому домашнему умельцу получить представление о существующих разновидностях этих аппаратов, их конструкции, принципе работы и правилах выбора.

Оборудование для плазменной резки металла

Все многообразие подобных инструментов можно классифицировать на две основные группы:

• производственного;
• домашнего назначения.

Особенностью аппаратов, представляющих первую группу, являются большие размеры и значительный вес. В их конструкции предусмотрено ЧПУ (числовое программное управление). Это приспособление упрощает изготовление деталей различных форм.

Работа с таким оборудованием заключается в разработке макета с использованием специального программного обеспечения. Именно на него впоследствии придется ориентироваться во время выполнения работы. После этого созданный в требуемом формате файл поступает на машину, а там уже выполняется его отрезание. Стоит заметить, что подобное оборудование недешево: цена на эти агрегаты может достигать десятков тысяч долларов.

Более простое устройство имеют аппараты, предназначенные для плазменной резки в домашних условиях. По своему исполнению они имеют вид компактного блока, который работает от электроэнергии и дополнен такими компонентами, как шланг и наконечник, обеспечивающие электрическую дугу. Именно благодаря ей и выполняется резка.

Также дуга позволяет разделять железные листы и обеспечивать высокое качество краев. Учитывая, что для разрезания заготовки используется необычный инструмент в виде ножовки или диска, владельцу не придется тратить время и силы на дополнительную шлифовку деталей. Оборудование для домашнего использования привлекательно тем, что его можно перевозить в любое место, а также хранить и использовать на протяжении длительного времени.

Предлагаемые на рынке модели устройств для плазменной резки рассчитаны на работу с различными видами материалов, что определяется типа газа, который имеется в механизме. При помощи воздушно-плазменного типа установок можно заниматься резкой заготовок из черных металлов и их сплавов. Если возникла задача по разделению деталей из цветных металлов и их комбинаций, желательно применять оборудование, где используются неактивные элементы наподобие водорода, азота или аргона. Однако к подобному варианту газовой резки в бытовых условиях прибегают нечасто.

Отличие аппаратов прямого и косвенного действия

Сегодня можно найти различные варианты ручных аппаратов, в которых реализован различный принцип функционирования. Работа установок прямого действия основывается на использовании электрической дуги. Последняя выглядит как цилиндр, и к ней непосредственно подведена струя газа. Благодаря подобной конструкции дуга нагревается до высоких температур порядка 20 000 градусов. И в то же время она способна эффективно охлаждать прочие элементы устройства.

Если говорить об установках косвенного действия, то их особенностью является меньший КПД. Именно этим и обусловлено то, что к ним прибегают не так часто.

Говоря про их устройство, следует отметить, что основная цель здесь заключается в размещении активных точек цепи на трубе либо специальном вольфрамовом электроде. Оборудование косвенного действия получило распространение для напыления, нагрева металлических устройств, причем в качестве режущего оборудования их не используют. В большинстве своем с помощью подобного ручного механизма выполняют ремонт автомобильных узлов, не прибегая к извлечению их из корпуса.

При этом подобным установкам присуща одна общая особенность: они способны работать только при наличии воздушных фильтров и охладителей. Польза от первых заключается в увеличении срока службы катода и анода, ускорении запуска механизма, который эксплуатируется довольно долго.

Что же касается второго элемента, то он необходим для увеличения эксплуатационного ресурса аппарата, работающего в непрерывном режиме. Оптимально, когда в течение часа беспрерывной резки этим аппаратом выделяют на отдых порядка 20 минут. Эти характеристики являются очень важными и должны учитываться вне зависимости от типа исполнения выбираемого устройства.

Конструкция ручного плазмореза

Возможность выполнять свою функцию подобному аппарату обеспечивает подача сильно нагретого воздуха на металлический лист. В условиях температуры, достигающей нескольких десятков тысяч градусов, при которой происходит нагрев кислорода, последний под большим давлением поступает на поверхность, что приводит к ее резке.

Более быстрое выполнение этой операции обеспечивается с учетом ионизации электрическим током. Продлить срок службы подобного оборудования можно при условии, что в его оснащении будут присутствовать следующие элементы:

• Плазмотрон. Имеет вид резака, в обязанности которого входит выполнение основных задач;
• Плазморез. Это устройство может быть выполнено в варианте прямого или косвенного воздействия;
• Сопло. Это приспособление превосходит по функциональности все прочие элементы оборудования. Оно дает понять, для выполнения резки какой сложности предназначена конкретная модель;
• Электроды. Ими оснащаются отдельные виды устройств;
• Компрессор. С его помощью создается мощный воздушный поток.

Как сделать плазморез из инвертора — инструкция

При желании подобное оборудование в состояние изготовить своими руками любой владелец. Однако, чтобы самодельный плазморез смог эффективно выполнять свою работу, необходимо соблюсти все правила. В подобном деле инвертор будет практически незаменим, так как при помощи этого устройства будет обеспечена надежная подача тока. За счет него в работе плазмореза не будет возникать перебоев, а также удастся уменьшить расход электроэнергии. Однако при этом у него имеются и недостатки: он рассчитан на резку материала меньшей толщины, нежели при использовании трансформатора.

Выбор элементов

Если вы решили самостоятельно изготовить плазморез, то вам следует подготовить необходимые материалы и оборудование:

• Инвертор или трансформатор, обладающий требуемой мощности. Чтобы не ошибиться во время покупки этого устройства, необходимо в магазине рассказать продавцу о том, для резки материала какой толщины вы планируете применять его. На основании этого и будет сделан выбор подходящего механизма. Учитывая, что резка будет выполняться вручную, желательно приобрести именно инвертор, что связано не только с его легковесностью, но и способностью уменьшить расходы электроэнергии.
• Плазменный резак или плазмотрон точка. При его выборе необходимо опираться на те же критерии, что и в случае с инвертором. Важным моментом здесь является то, что оборудование прямого воздействия рассчитано на работу с токопроводящими материалами, а плазморез косвенного воздействия больше подойдет для работы с изделиями, не способными проводить электричество.
• Компрессор для прогонки воздуха. Здесь следует уделить внимание его мощности, по которой он должен соотноситься с прочими подбираемыми компонентами.
• Кабель-шланговый пакет. Его задача будет заключаться в соединении всех вышеописанных элементов.

Сборка

Еще до начала сборки самодельного плазмореза не помешает выяснить, совместимы ли компоненты, приобретенные вами между собой. Если вам ранее не приходилось изготавливать своими руками аппарат плазменной резки, то желательно обратиться за помощью к более опытным мастерам.

Проведя анализ мощности каждого необходимого элемента, они дадут вам свою рекомендацию. Обязательно стоит позаботиться о наличии защитного комплекта одежды. Его вам придется использовать, когда настанет время проверить работоспособность самодельного плазмореза. Если говорить о процедуре сборки оборудования для плазменной резки, то она включает в себя следующие этапы:

• На первом этапе необходимо подготовить все необходимые элементы для сборки и защитную одежду.
• Далее, следует решить вопрос с источником бесперебойного питания.
• Затем необходимо взять инвертор или же трансформатор, а также кабель подходящей толщины и электроды. Особое внимание уделите последнему элементу, который должен быть выполнен из бериллия, циркония, тория или гафния. Подобные материалы считаются наилучшим выбором для воздушно-плазменной резки. Гафний также может рассматриваться в качестве альтернативы, поскольку в этом случае сварщику или мастеру, который будет выполнять работу по разделению листов, будет обеспечена более высокая безопасность. Перечисленные элементы необходимо по порядку соединить между собой, в результате должна получиться электрическая дуга.
• Далее, к компрессору подключают шланг. Именно через него будет поступать воздух в аппарат плазменной резки. Второй край необходимо подсоединить к плазмотрону.
• Возьмите небольшой кусок алюминия и проверьте в работе аппарат, который вы изготовили. Особое внимание уделите безопасности соединений.

Вне зависимости от того, планируете ли вы изготавливать плазморез своими руками или же приобрести его в магазине, вначале следует изучить все модели, познакомиться с принципами их работы и вариантами исполнения. Важным моментом является и тип материала, который планируется в дальнейшем резать с помощью этого оборудования. Упростить себе задачу по выбору вы сможете, если вначале посмотрите видео, в котором показывается принцип действия аппарата ручной плазменной резки и технология работы с ним.

Средняя стоимость оборудования

Сегодня в магазинах представлено большое количество оборудования для ручной резки металлов, которые предлагаются по различным ценам. Причем на стоимость этих аппаратов будут оказывать влияние несколько факторов:

• тип оборудования;
• производитель;
• максимальная толщина необходимого реза;
• модель аппарата.

Избежать ошибок на этапе выбора инструмента для резки металлов можно при условии, что вы посетите несколько магазинов и сравните условия, на которых вам готовы продать это оборудование. Рассматривая различные модели плазморезов, сразу следует поинтересоваться ценами на комплектующие, без которых не обойтись, если придется выполнять ремонт этого оборудования. В среднем цены запасные части к плазморезам с учетом толщины среза находятся в следующем диапазоне:

• При толщине не более 30 мм – 150–300 тыс. руб.;
• При толщине не более 25 мм – 81–220 тыс. руб.;
• При толщине не более 17 мм – 45–270 тыс. руб.;
• При толщине не более 12 мм – 32–230 тыс. руб.;
• При толщине не более 10 мм – 25–20 тыс. руб.;
• При толщине не более 6 мм – 15–200 тыс. руб.

Заключение

Оборудование для плазменной резки металлов является высокотехнологичным устройством, которое способно заметно упростить выполнение работы по разрезанию различных металлических изделий. Причем отнюдь не обязательно приобретать дорогое оборудование в магазине, каждый владелец может изготовить этот аппарат своими силами.

Для этого достаточно подготовить все необходимое оборудование и в точности следовать технологии сборки плазмореза. Даже изготовленный своими руками плазморез способен обеспечить такое же качество резки стальных деталей, как и оборудование, предлагаемое в магазинах.