Как сделать плазморез из сварочного инвертора своими руками

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.

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.

Время чтения: 7 минут

Плазморез — это приспобление, необходимое каждому домашнему умельцу. Без него невозможна быстрая резка металлов и изготовление самоделок. Современные плазморезы можно купить в любом крупном городе, вот только их стоимость не всегда бывает приемлемой. Качественный агрегат стоит как минимум 300$, и не всякий сварщик готов отдавать за него такую сумму. А покупать дешевый плазморез тоже нет смысла, поскольку он вряд ли выдержит даже редкие попытки резать металл, не говоря уже о постоянном использовании.

К тому же, заводской плазморез трудно чинить и обслуживать в домашних условиях. Покупной плазморез сложно устроен, и порой вмешательства в его конструктив могут привести к потере гарантии. Эту проблему можно решить двумя способами: покупкой б/у аппарата или сборкой самодельного плазмореза. Мы считаем, что при нечастом использовании есть смысл изготовить плазморез самому. Самодельный плазморез из сварочного инвертора или трансформатора хорошо справляется даже с резкой толстых металлов, и в этом вы сможете убедиться сами. Эта статья о том, что такое плазменная резка, какового устройство плазмореза и как сконструировать такой прибор своими руками.

Виды применяемых газов

С помощью плазмотрона можно резать любой металл. Разница заключается в разновидности используемого при этом газа.

Плазменная резка металла при помощи воздуха

Использование воздуха для образования плазмы позволяет работать практически с любыми металлическими заготовками: из черной и нержавеющей стали, меди, латуни и др. Этот способ относится к наиболее бюджетным. На воздушно-плазменном методе устроено довольно примитивное оборудование, которое может использоваться, в том числе, и в частных хозяйствах. Качество и скорость реза – среднего уровня.

Технология плазменной резки

Кислородная резка

В профессиональном оборудовании применяется чистый кислород. Такие устройства позволяют добиться хорошего качества шва с небольшим слоем облоя, перпендикулярности реза и высокой скорости.

Резка защитными газами

Дорогое современное оборудование для плазменной резки металла работает на кислороде, аргоне, азоте и воздухе. Стоимость плазмотронов может превышать 10 миллионов рублей. Качество обработки изделий максимально приближено к тому, которого позволяет добиться лазерная резка.

Метод раскроя обеспечивает:

• скорость, составляющую от 2,5 до 10 м/мин;
• толщину струи, которая варьируется от 0,5 до 2 мм;
• толщину обрабатываемого изделия, находящуюся в пределах от 0,5 до 60 мм;
• давление газа, имеющее значение от 5 до 12 атм.;
• значение тока, которое находится в диапазоне от 20 до 800 А.

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.

http:

2 Основные типы оборудования и виды аппаратов для ручной резки

Все оборудование делится на устройства косвенного действия, предназначенное для резки бесконтактным способом, и прямого действия – для контактной. Первый тип применяют в основном для обработки различных неметаллических материалов (как на видео). В них дежурная дуга образуется между соплом и электродом плазмотрона.

Оборудование прямого действия применяют для резки различных металлов и их сплавов. При работе разрезаемая заготовка подключается к плюсовому выходу плазменного устройства, становясь частью его электрической схемы. Все аппараты для ручной резки металлов являются устройствами второго типа – прямого действия. В них для создания плазмы, охлаждения сопла и обдува поверхности реза обычно используют воздух, подаваемый из баллона или от компрессора. Аппараты бывают инверторные и трансформаторные.

Первые, по сравнению со вторыми, компактны, эстетичны, потребляют меньше электроэнергии и мало весят, что немаловажно при работах на выезде. У них также выше на 30 % КПД и более стабильная электрическая дуга

Однако инверторы менее мощные и довольно чувствительны к перепадам напряжения в сети

Трансформаторы более надежны и долговечны, не боятся скачков питания и их можно использовать для резки металлов большей толщины

Однако инверторы менее мощные и довольно чувствительны к перепадам напряжения в сети. Трансформаторы более надежны и долговечны, не боятся скачков питания и их можно использовать для резки металлов большей толщины.

Самодельный плазморез

Сборка плазмореза в домашних условиях очень напоминает собирание конструктора. Дело в том, что все без исключения составные элементы плазмореза относятся к достаточно сложным технологическим изделиям. Изготовление этих элементов в домашних условиях с нуля не только требует очень глубоких познаний в данном предмете и соответствующего дорогостоящего оборудования, но и является небезопасным в плане здоровья домашнего мастера.

Например, температура внутри камеры сгорания плазмотрона составляет порядка 20000−30000 градусов. Поэтому лучше купить элементы, из которых состоит плазморез, уже готовыми, с гарантией высокой надёжности, чем пытаться сделать дома из подручных средств и тем самым подвергать опасности не только свою жизнь, но и жизнь своих близких.

Совсем ничего не понимающим в металлообработке необходимо знать хотя бы элементарные вещи, например, то, что лазерный резак по металлу и плазменный резак по металлу — это не одно и то же.

Составляющие элементы

Любой плазморез состоит из следующих элементов:

• Источник постоянного тока. Для этих целей можно использовать либо сварочный трансформатор, либо сварочный инвертор. О преимуществах и недостатках того и другого поговорим ниже.
• Осциллятор. Выполняет роль стартера, который запускает предварительную дугу. Оптимальный вариант — осциллятор заводского изготовления марки ВСД-02. Как самостоятельно изготовить осциллятор читайте здесь.
• Источник сжатого воздуха. Компрессор мощностью 2.00−3.00 атм и выше, в зависимости от мощности аппарата.
• Резак, он же плазмотрон. Приобретается в готовом виде в соответствующем магазине. В крайнем случае можно взять резак для аргонной сварки и путём незначительных доработок переделать его в плазмотрон.
• Комплект соответствующих шлангов для подвода газовой смеси к камере сгорания.
• Комплект электрических кабелей для подвода электричества к трансформатору.

Что представляет собой аппарат

Устройство аппарата

Плазморез достаточно сложный аппарат, состоящий из нескольких основных узлов:

Элементы плазмореза

Далее подробно рассмотрим устройство плазмореза.

Плазмотрон

Этот элемент представляет собой плазменный резак, по сути, основной элемент аппарата, который образует плазму. Плазмотрон соединяется с другими элементами аппарата при помощи кабеля и шланга, по которому подается воздух и электрический ток.

Надо сказать, что резаки бывают двух типов:

Прямого действия. Дуговой разряд появляется между металлической заготовкой и резаком. Именно такие плазмотроны применяются для работы с металлом;

Схема устройства плазмотрона прямого действия

• Косвенного. Дуговой разряд возникает внутри самого плазмотрона. Это позволяет использовать аппарат для резки неметаллических материалов. Плазмотрон содержит два основных элемента:
• Сопло. Эта деталь формирует плазменную струю. От ее диаметра и длины зависит скорость резки металла, размер реза и интенсивность охлаждения. Как правило, диаметр сопла не превышает 3 миллиметров, а длина составляет 9-12 миллиметров. Чем больше длина, тем качественнее рез, но меньше долговечность самого сопла. Поэтому оптимальный вариант, когда длина сопла в полтора раза больше его ширины;

Схема устройства сопла и электрода

Электрод. Металлический стержень, как правило, выполненный из гафния. Электрод обеспечивает возбуждение электрической дуги для воздушноплазменной резки.

Источник питания

Задача источника питания заключается в подаче тока на плазмотрон. Источники питания бывают двух типов:

Трансформатор. Увесистые и потребляют много энергии, но зато они менее чувствительные к перепадам температуры. Кроме того, толщина заготовки, которую способен перерезать аппарат, может достигать 40-50 мм;

Инвертор имеет компактные размеры

Инверторы. Более легкие, компактные и экономные в плане потребления энергии. Кроме того, инверторы обеспечивают более стабильную дугу. К минусам относится то, что их можно использовать для разрезки листов толщиной не более 30 миллиметров.

Компрессор обеспечивает устройство сжатым воздухом с постоянным давлением

Компрессор

Для работы плазмореза необходим газ, которые обеспечивает образование плазмы и отвечает за охлаждение плазмотрона. Поэтому для подачи газа на сопло используется компрессор.

В аппаратах с силой тока не превышающей 200 А, в качестве газа используется воздух. Такой аппарат может разрезать заготовки толщиной до 50 миллиметров.

Промышленный станок с работает другими газами, такими как аргон, гелий, азот, водород и т.д.

Кабель-шланговый пакет связывает отдельные узлы в единый аппарата

Кабель-шланговый пакет

Как я уже говорил выше, данный элемент объединяет отдельные узлы аппарата в плазморез, т.е. по шлангу подается газ на сопло, а кабель обеспечивает подачу тока на электрод.

Принцип работы

Принцип работы такого оборудования чрезвычайно прост:

1. Используемый источник тока, а в нашем случае это инвертор, вырабатывает напряжение и по кабелям подаёт его в плазмотрон.
2. В плазмотроне находятся два электрода, между которыми и возбуждается высокотемпературная дуга.
3. По специально закрученным каналам под высоким давлением в рабочую область с зажженной дугой подается поток воздуха или газ.
4. К разрезаемому изделию предварительно подключается кабель массы, который замыкается на разрезаемую поверхность и обеспечивает возможность работы с металлом.

Источники постоянного тока

Технология плазменной резки неизменно потребует высокой мощности рабочего тока, показатели которого должны находиться на уровне полупрофессиональных и профессиональных инверторных сварочных аппаратов. Использовать в качестве источника тока трансформаторные сварочные аппараты не рекомендуется, так как подобные устройства отличаются громоздкими габаритами и неудобны в работе. А вот инвертор станет отличным выбором, так как такие устройства сочетают компактные габариты и обеспечивают качественный электроток.

Схемы и чертежи плазмореза своими руками отличаются простотой, при этом существенно сокращаются затраты на изготовление такого оборудования. Сделанный ручной компактный плазморез из сварочного инвертора сможет справиться с резкой металла, толщина листа которого будет достигать 30 мм. Если говорить о преимуществах таких домашних плазморезов, выполненных с использованием инвертора, то отметим следующее:

• Отсутствие искр металла.
• Гладкость кромок.
• Точность линий.
• Решены проблемы с перегревом.

Используемый источник тока должен соответствовать следующим требованиям:

• Питание от сети с напряжением 220 Вольт.
• Возможность работать с мощностью в 4 кВт.
• Показатель холостого хода должен составлять 220 Вольт.
• Диапазон регулировки силы тока находится в диапазоне 20−40 Ампер.

Конструкция плазмотрона

Плазмотрон является вторым по важности элементом резака для металла. Рассмотрим поподробнее конструкцию плазмотрона и принцип его работы

Состоит он из основного и вспомогательного электрода

Основной электрод выполняется из тугоплавких металлов, а вспомогательный, который имеет форму сопла, обычно делается из меди

Состоит он из основного и вспомогательного электрода. Основной электрод выполняется из тугоплавких металлов, а вспомогательный, который имеет форму сопла, обычно делается из меди.

В плазмотроне катодом является основной электрод из тугоплавкого металла, а медный электрод-сопло используется в качестве анода, что и позволяет обеспечить качественный электроток и высокотемпературную дугу для разрезания металла.

Выполненный плазмотрон отвечает за создание и поддержание дуги, которая располагается между обрабатываемой деталью и резаком. От формы и конструкции сопла будет зависеть толщина реза, а также температура, которая создается таким резаком. Используемое сопло может выполняться с полусферической или конической формой, обеспечивая рабочую температуру на уровне 30 000 градусов по Цельсию.

К плазмотрону подается рабочий газ из баллона, при этом используются специальные сверхпрочные газовые шланги, способные выдерживать повышенное давление. В каждом конкретном случае в зависимости от материала, с которым проводится работа, используемый газ, который необходим для разрезания металла, может отличаться.

Рабочий газ подается по специальным каналам, причём наличие у трубки подачи многочисленных витков позволяет обеспечить нужные завихрения воздуха, что, в свою очередь, гарантирует качественную разрезающую плазменную дугу, которая будет иметь правильную форму. Тем самым улучшается качество резки и сварки металла и минимизируется толщина шва.

Осциллятор

Особенностью плазморезов является тот факт, что для начала работы необходим предварительный поджиг дуги, лишь после этого в плазмотрон подается газ, создаётся необходимой температуры дуга и осуществляется разрезание металла. В качестве такого своеобразного стартера используется осциллятор, который и служит для предварительного поджига дуги. Схема выполнения осциллятора не представляет сложности.

В Интернете вы сможете найти функциональные и электрические схемы осцилляторов, выполнить которые не составит труда. Необходимо лишь использовать качественные электросхемы и конденсаторы, которые будут по своим параметрам подходить к генерируемому инвертором электротоку. В зависимости от своего типа такая горелка может включаться в схему питания плазмотрона последовательно или параллельно.

Особенности конструкции и использования аппаратов

Плазморезы марки Hypertherm являются абсолютно безопасными, а так же они чрезвычайно надежны. Рабочие зоны аппарата качественно защищены корпусом источника питания, а безопасная работа резчика обеспечивается устройством кабель-шлангового пакета.

Аппараты Hypertherm не имеют специфических требований к своей работе, тут они абсолютно просты. Это позволяет работать на них людям, у которых нет специального образования и квалификации. Необходимыми для эксплуатации Hypertherm являются компрессор и электроэнергия. Таким образом, полностью исключена необходимость использования взрывоопасных газов. Благодаря этому метод воздушно-плазменной резки считается самым безопасным по сравнению с другими методиками термической резки металлов. При правильном выборе аппарата и режима его работы процесс плазменной резки будет очень экономичным.

Некоторые из моделей аппаратов Hypertherm,  имеют 100% продолжительность включения. Эта особенность предоставляет отличную возможность работать полную рабочую смену без остановок и перегревов. Кабель-шланговый пакет имеет самым оптимальным образом подобранную длину – она составляет 3 м, но она может быть увеличена, если на то есть желание клиента.

Резак на основе трансформатора

Как и другие компоненты системы, источник питания собирают или дорабатывают своими руками. Подробная инструкция помогает легко справиться с этой задачей.

Схема устройства

В электрическую цепь аппарата входят такие узлы:

• сварочный трансформатор с выпрямителем;
• пусковое реле;
• осциллятор;
• резистор, понижающий напряжение вспомогательной дуги;
• кнопка запуска;
• контактор, деактивирующий изначальную дугу;
• компрессор с элементами управления.

На правильно составленной схеме должны отображаться все элементы вне зависимости от мест их расположения.

Какие детали будут необходимы

Помимо сварочного инвертора, для создания аппарата потребуются:

1. Держатель со сменным стержнем. При силе тока до 100 А и толщине обрабатываемой детали до 5 см элемент изготавливают из меди. Держатель более мощного агрегата снабжают каналами для жидкостного охлаждения. Для розжига дуги оставляют расстояние в 2 мм между соплом и электродом. Главный стержень делают подвижным.
2. Изолятор из фторопласта. По причине быстрого износа деталь является сменной.
3. Корпус с соплом.
4. Кабели: силовой и для розжига дежурной дуги.
5. Шланги. В аппаратах с жидкостным охлаждением неизолированный провод находится в трубке, подающей воду к горелке. Также потребуется отдельный шланг для вывода газа в сопло.

Рекомендуем к прочтению Особенности настройки сварочной маски Хамелеон

Сборка плазменного резака

Работу начинают с переделки сварочного трансформатора. Количество витков обмотки выбирают с учетом будущих характеристик оборудования и разрезаемых деталей.

При толщине листа до 1,2 см, силе тока 50 А и напряжении холостого хода 20 В устанавливают такие значения:

• сечение сердечника – 107 мм²;
• число витков первичной обмотки – 225, вторичной – 205.

После переделки трансформатора подсоединяют другие элементы:

1. Компрессор производительностью 140-190 л в минуту. Давление, создаваемое агрегатом, должно составлять более 4,5 бара.
2. Кабели и шланги для объединения компонентов. Сечение питающего провода зависит от мощности плазмореза. При силе тока 50 А оно составляет 6 мм². Сечение провода для дежурной дуги – 1,5 мм². Рекомендованный диаметр воздушного шланга – 1 см.
3. Осциллятор. При создании плазмореза из трансформатора в качестве этого блока можно использовать автомобильную систему электронного зажигания.

Воздушный шланг соединяют с отводом компрессора. Провод клавиши пуска подключают к управляющему блоку.

Особенности использования

При работе с резаком из трансформатора от сварочного полуавтомата тщательно соблюдают правила безопасности, что объясняется воздействием следующих вредных факторов:

1. Брызг расплава. Под влиянием плазмы металл нагревается до экстремальной температуры. Воздушный поток выдувает его из линии разреза. Попадание брызг на некоторые материалы приводит к их возгоранию. Контакт расплава с кожей человека приводит к глубоким ожогам. Поэтому плазменную струю направляют в противоположную от сварщика и легковоспламеняющихся материалов сторону.
2. Запыленности и загрязненности воздуха вредными газами. Металл при плазменной резке начинает гореть. Дым опасен для органов дыхания человека. Поэтому над рабочим столом устанавливают вытяжку. Мастер надевает респиратор.
3. Яркого света. Плазмотрон является мощным генератором ультрафиолетового излучения, вызывающего ожог сетчатки глаза. Поэтому резчик надевает защитную маску, оборудует рабочую зону передвижным щитом.
4. Температуры. Края полученных заготовок длительное время сохраняют тепло. Прикасаться к ним можно только в рукавицах после остывания деталей.