Самодельный плазмотрон - вариант газовой сварки. Изготовление плазменного резака из инвертора своими руками Аппарат воздушно плазменной резки своими руками схемы

06.10.2023

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

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

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

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

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

Главными составными частями самодельного плазмореза являются:

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

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

Источник тока

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

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

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

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

Плазмотрон

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

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

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

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

Как работает плазмотрон

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

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

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

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

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

Осциллятор

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

А электрическая примерно так (один из вариантов):

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

Рабочий газ

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

Сборка устройства

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

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

Описание самодельного плазмореза из инвертора

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

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

Главные составные части самодельного агрегата:

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

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

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

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

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

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

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

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

Плазмотрон

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

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

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

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

Принцип работы плазмотрона

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

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

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

Осциллятор

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

Рабочий газ

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

Транспортировка устройства

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

инвертор;
компрессор или баллоны;
кабельно-шланговая группа.

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

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.

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

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

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

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

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

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

Схемы плазмореза на примере аппарата АПР-91

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

Схема силовой части (нажмите для увеличения)

Схема управления плазмореза (нажмите для увеличения)

Схема осциллятора (нажмите для увеличения)

Элементы самодельного аппарата для плазменной резки

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Особенности работы плазмореза

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

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

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

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

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.

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.

Плазменная резка активно используется во многих промышленных областях. Однако плазморез вполне способен пригодиться частному мастеру. Аппарат позволяет с высокой скоростью и качеством резать любые токопроводящие и не токопроводящие материалы. Технология работы создает возможность обработки любых деталей или создания фигурных резов, которая осуществляется дугой плазмы высокой температурой. Создается поток базовыми составляющими – электрическим током и воздухом. Но выгоды от использования аппарата несколько омрачаются ценой заводских моделей. Чтобы обеспечить себя возможностью работы можно создать плазморез своими руками. Далее приводим подробную инструкцию с порядком действий и перечнем оборудования, которое необходимо.

Что выбрать: трансформатор или инвертор?

За счет наличия особенностей и параметров аппаратов для проведения плазменной резки возможно разделить их на типы. Наибольшую популярность завоевали инверторы и трансформаторы. Стоимость аппарата каждой модели будет определяться заявленной мощностью и рабочими циклами.

Инверторы обладают малым весом, компактными габаритами и минимально потребляют электроэнергию. К недостаткам оборудования можно отнести повышенную чувствительность к перепадам напряжения. Не каждый инвертор способен функционировать в особенностях режима нашей электрической сети. Если выходит из строя система защиты аппарата, то необходимо обращаться в сервисный центр. Также инверторные плазморезы обладают ограничением по номинальной мощности – не более 70 ампер и малым периодом включения оборудования при большом токе.

Трансформатор, по традиции, считается более надежным, чем инвертор. Они даже при ощутимом падении напряжения теряют только часть мощности, но не ломаются. Это свойство определяет более высокую стоимость. Плазморезы на основе трансформатора могут работать и включаться в рабочий режим на больший срок. Подобное оборудование применяется в автоматических линиях с ЧПУ. Отрицательным моментом трансформаторного плазмореза будет значительная масса, высокое энергопотребление и размеры.

Наибольшее значение толщины металла, которое способен резать плазморез составляет от 50 до 55 миллиметров. Среднее значение мощности оборудования равняется 150 – 180 А.

Средняя стоимость заводских аппаратов

Ассортимент плазморезов для ручной резки материалов сейчас поистине огромен. Ценовые категории также различны. Цену аппаратов определяют следующие факторы:

Тип устройства;
Производитель и страна производства;
Максимально возможная глубина реза;
Модель.

Решив изучить возможность покупки плазмореза, необходимо интересоваться стоимостью дополнительных элементов и комплектующих к оборудованию, без которых полноценно работать будет сложно. Средние цены на аппараты в зависимости от толщины разрезаемого металла составляют:

До 6 мм – 15 000 – 20 000 рублей;
До 10 мм – 20 000 – 25 000;
До 12 мм – 32 000 – 230 000;
До 17 мм – 45 000 – 270 000;
До 25 мм – 81 000 – 220 000;
До 30 мм – 150 000 – 300 000.

Популярными аппаратами являются «Горыныч», «Ресанта» ИПР-25, ИПР-40, ИПР-40 К.

Как можно увидеть ценовой диапазон обширен. В связи с этим актуальность самодельного плазмореза повышается. Изучив инструкции вполне можно создать аппарат, ничуть не уступающих по техническим характеристикам. Подобрать инвертор или трансформатор можно по цене существенно ниже, чем представленные расценки.

Принцип действия

После нажатия на кнопку розжига происходит пуск источника электроэнергии, подающий в рабочий инструмент высокочастотный ток. Возникает дуга (дежурная) между расположенным в резаке (плазмотроне) наконечником и электродом. Температурный диапазон от 6 до 8 тысяч градусов. Стоит заметить, что рабочая дуга создается не моментально, существует определенная задержка.

Затем в полость плазмотрона поступает сжатый воздух. Для этого предназначается компрессор. Проходя сквозь камеру с дежурной дугой на электроде, он подвергается нагреву и увеличивается в объеме. Процесс сопровождается ионизацией воздуха, что переводит его в токопроводящее состояние.

Через узкое сопло плазмотрона полученный поток плазмы подается к обрабатываемой детали. Скорость потока составляет 2 – 3 м/с. Воздух в ионизированном состоянии способен нагреваться до 30 000°С. В этом состоянии значение электропроводимость воздуха близка к проводимости металлических элементов.

После контакта плазмы с разрезаемой поверхностью дежурная дуга отключается и действовать начинает рабочая. Далее осуществляется плавка в точках резки, из которых расплавленный металл продувается подаваемым воздухом.

Отличия аппаратов прямого и косвенного действия

Имеются различные типы аппаратов, отличающихся принципами работы. В оборудовании прямого действия предполагается работа электрической дуги. Она приобретает цилиндрическую форму и непосредственно соединяется с газовой струёй. Подобная конструкция оборудования позволяет обеспечить высокую температуру дуге (до 20 000°С) и высокоэффективную охлаждающую систему для других компонентов плазмореза.

В аппаратах косвенного действия работа предполагается с меньшим КПД. Это определяет их меньшее распространение в производстве. Конструктивная особенность оборудования состоит в том, что активные точки цепи размещаются на особых вольфрамовых электродах или трубе. Применяются они чаще для проведения нагрева и напыления, но для резки практически не используются. Чаще всего применяются в ремонте автомобилей.

Общей чертой является присутствие в конструкции воздушного фильтра (продлевает срок эксплуатации электрода, обеспечивает быстрый запуск оборудования) и охладителя (создает условия для длительной эксплуатации аппарата без перерыва). Отличным показателем является возможность непрерывной работы устройства на протяжении 1 часа с 20-минутным перерывом.

Конструкция

При должном желании и умении самодельный плазморез способен создать любой желающий. Но чтобы он мог полноценно и эффективно функционировать необходимо соблюдать определенные правила. Желательно примерять инвертор, т.к. именно он способен обеспечить стабильную подачу тока и стабильную работу дуги. В результате не возникают перебои и значительно уменьшится расход электричества. Но стоит учесть, что плазморез на основе инвертора способен справиться с меньшей толщиной металла, чем трансформатор.

Необходимые комплектующие

Перед началом сборочных работ необходимо подготовить ряд комплектующих, материалов и оборудования:

Инвертор или трансформатор с подходящей мощностью. Чтобы исключить ошибку необходимо определиться с планируемой толщиной резания. Уже на основании этой информации подбирать нужное устройство. Однако с учетом ручной резки стоит выбрать именно инвертор, т.к. он меньше весит и потребляет меньше электричества.
Плазмотрон или плазменный резак. Тоже имеются свои особенности выбора. Прямого действия лучше выбирать для работы с токопроводящими материалами, а косвенного – для не токопроводящих.
Компрессор сжатого воздуха. Требуется уделять внимание номинальной мощности, т.к он обязан справляться с возлагаемой нагрузкой и соответствовать остальным компонентам.
Кабель-шланг. Требуется для соединения всех комплектующих плазмореза и подачи воздуха к плазмотрону.

Подбор блока питания

Работу плазмореза обеспечивает блок питания. Он формирует заданные параметры электрического тока, напряжения и подает их к режущему узлу. Основным питающим узлом может стать:

Инвертор;
Трансформатор.

Подходить к выбору питающего элемента необходимо, учитывая особенности аппаратов, описанные выше.

Плазмотрон

Плазмотрон является генератором плазмы. Это рабочий инструмент, в котором формируется плазменная струя, непосредственно разрезающая материалы.

Основными особенностями устройства являются:

Создание сверхвысокой температуры;
Простая регулировка мощности тока, запуска и остановки рабочих режимов;
Компактные габариты;
Надежность работы.

Конструктивно плазмотрон состоит из:

Электрод/катод, имеющие в своем составе цирконий или гафний. Эти металлы отличаются высоким уровнем термоэлектронной эмиссией;
Сопло в основном изолируется от электрода;
Механизм, закручивающий плазмообразующий газ.

Сопло, электрод являются расходными материалами плазмотрона. Если плазморезом обрабатывается заготовка до 10 миллиметров, то один комплект электродов расходуется в течение 8 часов работы. Износ происходит равномерно, что позволяет менять их одновременно.

При несвоевременной замене электрода может нарушаться качество резки – изменяется геометрия реза или возникают волны на поверхности. В катоде постепенно выгорает гафниевая вставка. Если она обладает выработкой более 2 миллиметров, то электрод может пригорать и перегревать плазмотрон. Это значит, что не вовремя замененные электроды повлекут за собой быстрый выход из строя остальных элементов рабочего инструмента.

Все плазмотроны можно разделить на 3 объемные группы:

Электродуговой – имеет минимум один анод и катод, которые подключены к источнику питания с постоянным током;
Высокочастотный – отсутствуют и электроды, и катоды. Связь с питающим устройством основывается на индуктивных/емкостных принципах;
Комбинированный – функционирует при воздействии высокочастотного тока и горении дуговых разрядов.

Исходя из метода стабилизации дуги, все плазмотроны также можно разделить на газовый, водяной и магнитный типы. Подобная система является чрезвычайно важной для работы инструмента, т.к. она формирует сжатие потока и фиксирует его на центральной оси сопла.

В настоящее время в продаже имеются различные модификации плазмотронов. Возможно, необходимо изучить предложения, и купить готовый. Однако сделать самодельный в домашних условиях вполне возможно. Для этого требуется:

Рукоятка. Необходимо предусмотреть отверстия для проводов.
Кнопка.
Соответствующий электрод, рассчитанный под действующий ток.
Изолятор.
Завихритель потока.
Сопло. Желательно комплект с различными диаметрами.
Наконечник. Необходимо предусмотреть защиту от брызг.
Дистанционная пружина. Позволяет выдерживать зазор между поверхностью и соплом.
Насадка для удаления нагара и снятия фаски.

Проводить работу можно одним плазмотроном за счет сменных оголовков с различными диаметрами, направляющие плазменный поток на деталь. Необходимо обратить внимание, что они, так же как и электроды, в процессе работы станут оплавляться.

Сопло закрепляется прижимной гайкой. Непосредственно за ним находится электрод и изолятор, предупреждающий розжиг дуги в неположенном месте. Далее размещен завихритель потока, позволяющий усилить эффект дуги. Все элементы размещаются во фторопластовом корпусе. Что-то возможно сделать самостоятельно, а что-то придется приобретать в магазине.

Заводской плазмотрон позволит проводить работу без перегрева более длительное время за счет системы воздушного охлаждения. Однако при кратковременной резке это неважный параметр.

Осциллятор

Осциллятор представляет собой генератор, который вырабатывает высокочастотный ток. Подобный элемент включается в цепь плазмореза между источником питания и плазмотроном. Способны действовать по одной из схем:

Создание кратковременного импульса, который способствует возникновению дуги без прикосновения к поверхности изделия. Внешне представляет собой малую молнию, подаваемую с торца электрода.
Поддержка постоянного напряжения с высоким значением напряжения, накладываемое на сварочный ток. Обеспечивает сохранность стабильного поддержания дуги.

Оборудование позволяет быстро создавать дугу и приступать к резке металла.

В основной своей массе обладают схожим строением и состоят из:

Выпрямителя напряжения;
Блока накопителя заряда (конденсаторы);
Блок питания;
Модуль создания импульсов. Включает в себя колебательный контур и разрядник;
Блок управления;
Повышающего трансформатора;
Прибора контроля напряжения.

Основной задачей является модернизация входящего напряжения. Происходит повышение частоты и уровня напряжения, уменьшая период действия менее 1 секунды. Последовательность работы следующая:

Нажимается кнопка на резаке;
В выпрямителе ток выравнивается и становится однонаправленным;
В конденсаторах происходит накопление заряда;
Ток подается на колебательный контур трансформаторных обмоток, повышая уровень напряжения;
Контроль за импульсом осуществляет схема управления;
Импульсом создается разряд на электроде, поджигающий дугу;
Действие импульса завершается;
После прекращения резки осциллятором производится продувка плазмотрона на протяжении еще 4 секунд. За счет этого достигается охлаждение электрода и обрабатываемой поверхности.

В зависимости от типа осциллятора он может применяться по-разному. Однако общей характеристикой является повышение напряжения до 3000 – 5000 вольт и частоты от 150 до 500 кГц. Основные же отличия состоят в интервалах действия высокочастотного тока.

Для использования в плазморезе целесообразно использовать осциллятор для бесконтактного розжига дуги. Подобные элементы применяются для работы в аргоновых сварочниках. В них вольфрамовые электроды будут быстро затупляться если производить контакт с изделием. Включение в схему аппарата осциллятора позволит создавать дугу не совершая контакта с плоскостью детали.

Использование осциллятора позволяет существенно снижать потребность в дорогих расходных материалах и улучшать процесс резки. Правильно подобранное оборудование в соответствии с планируемой работой позволяет повышать ее качество и скорость.

Электроды

Электродам отводится немаловажная роль в процессе создания, поддержания дуги и непосредственной резки. В составе присутствуют металлы, позволяющие электроду не перегреваться и преждевременно не разрушаться при работе с дугой в высокотемпературных режимах.

При покупке электродов для плазмореза необходимо уточнять их состав. С содержанием бериллия и тория создаются вредные пары. Они подойдут для работы в соответствующих условиях, с надлежащей защитой работника, т. е. требуется дополнительная вентиляция. Из-за этого для применения в быту лучше покупать гафниевые электроды.

Компрессор и кабель - шланги

В конструкции большинства самодельных плазморезов включаются компрессоры и шланговые трасы для направления воздуха к плазмотрону. Данный элемент конструкции позволяет разогревать электрическую дугу до 8000°С. Дополнительной функцией является продувка рабочих каналов, очищая их от загрязнений и проводя удаление конденсата. Кроме этого, сжатый воздух способствует охлаждению компонентов аппарата при длительной работе.

Для работы плазмореза возможно применять обычный компрессор сжатого воздуха. Воздухообмен осуществляется тонкими шлангами с подходящими разъемами. На входе размещается электрический клапан, который регулирует процесс подачи воздуха.

В канале от аппарата к горелке размещается электрический кабель. Поэтому здесь необходимо размещать шланг с большим диаметром, в котором может разместиться кабель. Проходящий воздух несет и вентиляционную функцию, так как способен охладить провод.

Масса должна выполняться из кабеля с сечением от 5 мм2. Должен быть зажим. При плохом контакте массы переключение рабочей дуги на дежурную будет проблематичным.

Схемы

Сейчас можно найти множество схем, по которым можно собрать качественный аппарат. Подробно с условными обозначениями помогут разобраться видео. Подходящий принципиальный чертеж оборудования можно выбрать из представленных ниже.

Сборка

До начала сборочного процесса желательно уточнить совместимость подобранных комплектующих. Если вам ранее не приходилось собирать плазменный резак своими руками, то необходимо консультироваться с опытными мастерами.

Процедура сборки предполагает следующую последовательность:

Подготовить все собранные комплектующие;
Сборка электрической цепи. В соответствии со схемой подключается инвертор/трансформатор, электрический кабель;
Подключение компрессора и подачи воздуха к аппарату и плазмотрону с помощью гибких шлангов;
Для собственной подстраховки можно использовать источник бесперебойного питания (ИБП), учитывая емкость аккумулятора.

Подробная технология сборки оборудования представлена на видео.

Проверка плазмореза

После того как подключены все узлы в единую конструкции, необходимо провести проверку на работоспособность.

Обратим внимание на то, что проверка и работа с плазморезом должна осуществляться в защитной одежде с применением средств индивидуальной защиты.

Необходимо включить все агрегаты и нажать кнопку на плазмотроне, подав электричество к электроду. В этот момент в плазмотроне должна образоваться дуга с высокой температурой, проскочив между электродом и соплом.

Если собранное оборудование для плазменной резки способно резать металл толщиной до 2 см, то все сделано верно. Следует учесть, что самодельный аппарат из инвертора не сможет разрезать детали с толщиной более 20 миллиметров, так как недостаточно мощности. Для резки толстых изделий потребуется в качестве источника питания использовать трансформатор.

Достоинства самодельного аппарата

Выгоды, предоставляемые аппаратом воздушно-плазменной резки сложно переоценивать. Он способен точно резать листовой металл. После работы не требуется дополнительно обрабатывать торцы. Главным преимуществом является сокращение времени на работу.

Это уже весомые доводы для самостоятельно сборки оборудования. Схема не отличается сложностью, поэтому дешево переделать инвертор или полуавтомат по силам каждому.

В заключение обратим внимание на то, что работать с плазморезкой необходимо опытному специалисту. Лучше всего если это сварщик. Если же опыта мало, то рекомендуем сначала изучить технологию работы с фото и видео, а после этого приступать к выполнению поставленных задач.