Самодельный плазмотрон - вариант газовой сварки. Плазморез своими руками из инвертора Как сделать плазморез своими руками из инвертора

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

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

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

Рисунок 1. Конструкция плазменного сварочного аппарата.

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

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

Изготовление вспомогательного источника тока

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

Рисунок 2. Конструкция плазменного генератора.

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

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

Выбор источника газа и системы охлаждения

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

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

Как все выглядит?

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

Рисунок 3. Схема плазмотрона.

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

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

Изготовление анодного блока

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

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

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

Изготовление катодного блока

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

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

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

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

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

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

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

Сборка плазмотрона

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

Сборка сварочного аппарата

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

Необходимый инструмент и оборудование.

При изготовлении самодельного сварочного аппарата необходимо использование следующего инструмента:

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

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

И специалисты, и начинающие мастера часто используют в своей работе плазменную резку. Это и понятно: ведь это – незаменимый процесс при самых разных строительных и производственных процессах. Недостаток один: выпускающимися различными фирмами устройства стоят значительных денег, не всем они по карману. Поэтому самые разные рабочие люди, будь то строительные бригады или отдельные мастера, задумываются, как создать плазморез из инвертора, полагаясь только на свои руки и на доступное оборудование, сэкономив тем самым значительную сумму.

Видео: Самодельный плазморез,плазменный резак сделанный за месяц

Основное назначение ручного плазмореза – это резка разных типов металлов. Такие действия необходимы во время возведения различных сооружений. Ведь не нужно использовать другие инструменты. Применение всевозможных электродов, с помощью которых идёт сварочный процесс также возможно, если в наличии самодельный плазморез.

В данном агрегате основополагающий принцип, по которому происходит соединение металлов – это пайка. Именно благодаря высокой температуре припоя ручной плазморез позволяет надежно скреплять разнообразные металлы — это его основное преимущество, поэтому данное оборудование столь и необходимо многим.

Помимо стандартной строительной деятельности используют этот удобный инструмент так же и при кузнечных работах. Ведь при его непосредственном участии можно производить различные манипуляции, как с цветными, так и с черными металлами. Помимо их сваривания: ещё и термическую чистку, и закаливание, и отжиг. По данной причине наличие ручного плазмореза при подобных работах является обязательным, этим обеспечивается и качество продукции и значительно экономия времени.

Конструкция её особенности

Прежде чем начинать самостоятельно собирать плазморез из инвертора, необходимо точно определить его комплектацию и как он будет устроен. Следует понять, что отдельные детали будущего устройства лучше приобрести уже готовыми, нежели собирать самостоятельно, т.к. такая сборка будет сопряжена с определенными трудностями.

Обычно собранный аппарат состоит из следующих основных компонентов, без которых работа его невозможна: это воздушный компрессор, пакет шланго-кабельного типа, источник питания и резак, который официально называют плазмотроном.

Своеобразное «сердце» ручного плазмореза – это источник питания. Именно он подаёт ток необходимой мощности. Технические характеристики агрегата определяются именно этой составляющей.

Если сравнивать используемый на данном устройстве резак (или «плазмотрон»), то видно, что его конструкция значительно отличается от аналогичных компонентов, применяемых в сварочных агрегатах. Тем ни менее, он является не менее важным, чем источник питания. Именно резак (плазморез), является той деталью, самостоятельное создание которой из инвертора сопряжено со значительными проблемами. Приобрести резак лучше уже готовым, в магазине. В дальнейшем это избавит от многих проблем.

В мощных агрегатах для горячей резки металла необходимы функции внутреннего охлаждения. Там для этого применяются различные газовые смеси. Необходимо охлаждение и в ручном плазморезе, но здесь достаточно только своевременной подачи воздуха. С этой целью задействуют компрессор, для работы которого нужен ток силой в пределах 200 А.

Соединительная часть, сквозь которую на резак и идет ток от источника, а также нагоняется посредством компрессора воздух – это кабеле-шланговый пакет.

Об использовании транформатора либо инвертора

Чаще всего при когда планируется собрать плазморез, в роль источника питания берут либо инвертор, либо особый трансформатор. У каждого из этих вариантов имеются свои преимущества, но чтобы понять, какой именно подойдёт, надо точно знать, какие технические характеристики должны получиться у вашего плазмореза, соответственно, надо знать и особенности инвертора и трансформатора.

Преимущества у плазмореза, изготовленного на основе инвертора следующие: в среднем его КПД на треть выше, чем у аналогов, в которых присутствует трансформатор, они наиболее эффективны и экономны. Такое устройство обеспечивает стабильность дуги. К недостаткам относится то, что работа проводится исключительно с материалами незначительной толщины.

Если же за основу взят трансформатор, то такой агрегат наверняка будет громоздким и потребует дополнительную площадку для использования. Но значительным плюсом является то, что он позволяет проводить работы с довольно массивными и толстыми деталями. Такие устройства ставят либо в специально оборудованных для них помещениях либо на передвижных платформах.

Поэтому, если не планируется проводить резку особо крупных объектов, то рекомендуется использовать именно плазморез созданный из инвертора. Принцип прост: надо соединять уже находящийся в вашем распоряжении источник питания и прочие детали, соблюдая определенную последовательность.

Какое оборудование понадобится

Конечно, прежде чем приступать непосредственно к сборке устройства для плазменной резки металла, потребуется приобрести все детали, которые и составят конечный продукт. Но если вы хотите, чтобы предполагаемые функции выполнялись на высоком уровне, без поломок, то некоторые из составляющих надо покупать уже в готовом виде.

Инвертор

Это «сердце» нашего будущего агрегата, и взять его можно из какого-либо сварочного аппарата. В большинстве случаев, это и есть главное материальное вложение в описываемый проект. Для того, чтобы выбрать подходящий инвертор надо точно знать, какие работы будут производиться плазморезом, их объем и т.д. Тогда уже не сложно будет подобрать и мощность инвертора.

Приходится слышать, что некоторые народные умельцы собирают инвертор и своими силами. Для этого кропотливо подбирают детали, используют материалы имеющиеся в их распоряжении. Но на практике оказывается, что такие самодельные конструкции менее надежны, чем покупные варианты. К тому же в домашних условиях трудно обеспечить те же стандарты, что и на производстве. Поэтому предпочтительнее все же покупной вариант инвертора.

Резак

Когда мастера или любители делают своими силами плазморез, то зачастую ошибаются, пытаясь полностью собрать и резак с подачей электричества и воздуха. Составные части резака это: сопло, элементы подвода и ручка. Причем ручка, вследствие её интенсивного использования, изнашивается за короткий период времени и приходится часто её заменять. Поэтому лучшим выбором будет покупка заводского сопла, а вот остальные составляющие можно собрать своими силами. Но вполне обоснованным также является и мнение о том, что затрата большого количества средств и усилий на самостоятельную сборку этой составляющей не продуктивно. Лучше купить заводское изделие.

Компрессор

По инструкции использование компрессора подразумевает, что будет применяться кислород, либо инертный газ. На практике же чаще его подключают к баллонам, в которых – специальная смесь. Именно такая смесь обеспечивает сильный пучок плазмы при достойном охлаждении. Если жеплазморез используется в быту, то для экономии и простоты дела рекомендуют использовать простой компрессор. Эту составляющую вполне можно собрать своими силами, где роль ресивера будет выполнять обычный баллон. Компрессор же часто берут из холодильника, либо из машины ЗИЛ. Важно не ошибиться с регулированием давления. Делается это опытным путем, мастерами, на начальном этапе работ.

Кабель–шланговый пакет

Эту составляющую плазмореза можно купить как по отдельности, так и вместе с основным оборудованием. Главное знать некоторые характеристики агрегата, а именно: какое при работе будет давление, а также какое сечение у кабеля – от этого зависят и характеристики шлангов. Проводник подбирается под силу инвертора. В другом случае он перегреется и может загореться и даже возможно поражение током.

Процесс сборки

Это довольно простая последовательность сборки. Сопло плазмореза соединяется с инвертором и компрессором. Для подобных целей и нужен кабель-шланговой пакет. Потребуются набор клемов и зажимов. С их помощью можно оперативно собирать, а также и разбирать плазморез. Если все сделано грамотно, то на выходе получится устройство весьма компактных параметров. Его легко транспортировать на место, где будет проводиться очередная работа.

Прежде всего, вы должны позаботиться о том, чтобы в наличии были запасные прокладки в достаточном количестве. Ведь происходит плазменая резка при использовании газа, а прокладки необходимы для подключения шлангов. И если агрегат планируется достаточно часто перевозить, то без данного элемента никак не обойтись, более того – отсутствие прокладок может стать причиной остановки всей работы.
Особо высокие температуры воздействуют на сопло резака. Поэтому, в перспективе длительного использования аппарата, именно эта деталь изнашивается скорее других. Так что в наличии должно быть и запасное сопло.
Диапазон цен на инверторы весьма велик: от весьма дешёвых и до действительно дорогих. Главное, что влияет на цену – это мощность инвертора. Так что, прежде чем покупать, определитесь с тем, какая вам потребуется мощность. И уж отталкиваясь от своих реальных потребностей, выбирайте ту или иную модель. Так и деньги сэкономите и создадите плазморез, который подходит именно для вашей работы.
Не обойтись без электродов изготовленных из тугоплавких металлов. На рынке выбор достаточно велик. Например, изделия изготовленные из циркония, бериллия или тория. Но при значительном нагреве из определенных металлов происходит выделение опасных компонентов. Наиболее безопасным, а значит и предпочтительным считаются электроды, изготовленные из гафния.
Во время проведения работ плазма в таком аппарате раскаляется до 30 тысяч градусов. А это значит, что требуется соблюдений всех мер безопасности. Без этого возможно возгорание, либо же может быть нанесён вред, как сварщику, так и окружающим. По этой причине новичкам, не прошедшим никакого обучения нельзя работать на подобном оборудовании. В идеале должен работать специалист со значительным стажем.
Причина, по которой специалисты рекомендуют применять при работах только изготовленные на заводах резаки, это то, что самодельные вариации могут вносить нарушения в вихревой поток воздуха. А это недопустимо, т.к. возможно образование 2-х дуг, которые станут причиной поломки изделия. Поэтому лучше один раз потратиться, чем потом вкладывать дополнительные средства и силы в починку агрегата.
Если с помощью инвертора планируется производить работы только одного типа, то в него возможно внесение некоторых модификаций призванных облегчить именно такой тип работ. Например, некоторые умельцы вводят собственные доработки в сопло или создают особый кожух для защиты рук. Главный принцип любого такого дополнения: они не должны идти в разрез с правилами безопасности.

Выводы

Итак, ознакомившись с этим материалом, становится ясно, что для сборки плазмореза с инвертором потребуется приобрести уже готовые составляющие от разных производителей. А что касается изготовления плазмореза, то это простая сборка. Но все же подбор отдельных деталей позволить сэкономить, т.к. если брать полный готовый комплект у одного производителя, то это выйдет гораздо дороже.

Видео: Как превратить инвертор для ручной сварки в полуавтомат

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.

Все чаще в небольших частных мастерских и на маленьких предприятиях используют аппараты плазменной резки металла вместо болгарок и других аппаратов. Воздушно-плазменная резка позволяет выполнять качественные прямые и фигурные резы, выравнивать кромки листового металла, делать проемы и отверстия, в том числе и фигурные, в металлических заготовках и другие более сложные работы. Качество получившегося реза просто великолепно, он получается ровным, чистым, практически без окалины и заусениц, а также аккуратным. С помощью технологии воздушно-плазменной резки можно обрабатывать практически все металлы, а также нетокопроводящие материалы, такие как бетон, керамическая плитка, пластик и дерево. Все работы выполняются быстро, заготовка нагревается локально, только в области реза, поэтому металл заготовки не меняет своей геометрии вследствие перегрева. С аппаратом плазменной резки или как его еще называют - плазморезом сможет справиться даже новичок без опыта сварки. Но чтобы результат не разочаровал, все же не помешает изучить устройство плазмореза, понять его принцип действия, а также изучить технологию, как работать аппаратом воздушно-плазменной резки.

Устройство аппарата воздушно-плазменной резки

Знание устройства плазмореза позволит не только более осознанно производить работы, но и создать самодельный аналог, для чего необходимы не только более глубокие знания, но и желательно инженерский опыт.

Аппарат воздушно-плазменной резки состоит из нескольких элементов, среди которых:

Источник питания;
Плазмотрон;
Кабель-шланговый пакет;
Воздушный компрессор.

Источник питания для плазмореза служит для того, чтобы преобразовывать напряжение и подавать на резак/плазмотрон определенную силу тока, благодаря чему загорается электрическая дуга. В качестве источника питания могут выступать трансформатор или инвертор.

Плазмотрон - основной элемент аппарата воздушно-плазменной резки, именно в нем происходят процессы, благодаря которым появляется плазма. Плазмотрон состоит из сопла, электрода, корпуса, изолятора между соплом и электродом и каналов для воздуха. Такие элементы как электрод и сопло являются расходными материалами и требуют частой замены.

Электрод в плазмотроне является катодом и служит для возбуждения электрический дуги. Самым распространенным металлом, из которого делают электроды для плазмотронов, является гафний.

Сопло имеет конусообразную форму, обжимает плазму и формирует плазменную струю. Вырываясь из выходного канала сопла, плазменная струя дотрагивается до заготовки и разрезает ее. Размеры сопла влияют на характеристики плазмореза, его возможности и технологию работы с ним. Самый распространенный диаметр сопла - 3 - 5 мм. Чем больше диаметр сопла, тем больший объем воздуха в единицу времени оно можно пропустить через себя. От количества воздуха зависит ширина реза, а также скорость работы плазморезом и скорость охлаждения плазмотрона. Самая распространенная длина сопла 9 - 12 мм. Чем больше длина сопла, тем аккуратнее рез. Но слишком длинное сопло больше подвержено разрушению, поэтому оптимально длину увеличивают на размер, равный 1,3 - 1,5 диаметра сопла. Следует учитывать, что каждому значению силы тока соответствует оптимальный размер сопла, который обеспечивает стабильное горение дуги и максимальные параметры резки. Уменьшать диаметр сопла и делать менее 3 мм нецелесообразно, так как значительно снижается ресурс всего плазмотрона.

Компрессор подает сжатый воздух в плазмотрон для образования плазмы. В аппаратах воздушно-плазменной резки воздух выступает в качестве и плазмообразующего газа, и защитного. Существуют аппараты со встроенным компрессором, как правило, они маломощные, а также аппараты с внешним воздушным компрессором.

Кабель-шланговый пакет состоит из электрокабеля, соединяющего источник питания и плазмотрон, а также шланга для подачи воздуха от компрессора в плазмотрон. Что конкретно происходит внутри плазмотрона, рассмотрим ниже.

Принцип работы аппарата воздушно-плазменной резки

Установка воздушно плазменной резки работает по описанному ниже принципу. После нажатия кнопки розжига, которая находится на ручке плазмотрона, от источника питания на плазмотрон начинает подаваться ток высокой частоты. В результате загорается дежурная электрическая дуга. По причине того, что образование электрической дуги между электродом и заготовкой напрямую затруднительно, то в качестве анода выступает наконечник сопла. Температура дежурной дуги составляет 6000 - 8000 °С, а столб дуги заполняет весь канал сопла.

Спустя пару секунд после розжига дежурной дуги в камеру плазмотрона начинает подаваться сжатый воздух. Он проходит сквозь дежурную электрическую дугу, ионизируется, нагревается и увеличивается в объеме в 50 - 100 раз. Форма сопла плазмотрона заужена книзу, благодаря чему воздух обжимается, из него формируется поток, который вырывается из сопла со скоростью, близкой к звуковой - 2 - 3 м/с. Температура ионизированного разогретого воздуха, вырывающегося из выходного отверстия сопла, может достигать 20000 - 30000 °С. Электропроводность воздуха в этот момент примерно равна электропроводности обрабатываемого металла.

Плазмой как раз и называется разогретый ионизированный воздух, вырывающийся из сопла плазмотрона. Как только плазма достигает поверхности обрабатываемого металла, зажигается рабочая режущая дуга, в этот момент дежурная дуга гаснет. Режущая дуга разогревает заготовку в месте соприкосновения, локально, металл начинает плавиться, появляется рез. Расплавленный металл вытекает на поверхность заготовки и застывает в виде капель и мелких частичек, которые тут же сдуваются потоком плазмы. Данный способ воздушно-плазменной резки называют резкой плазменной дугой (дуга прямого действия), так как обрабатываемый металл входит в электрическую схему и является анодом режущей дуги.

В описанном выше случае для разрезания заготовки используется энергия одного из приэлектродных пятен дуги, а также плазмы столба и вытекающего из него факела. Для резки плазменной дугой используется дуга постоянного тока прямой полярности.

Плазменно-дуговая резка металла используется в таких случаях: если необходимо изготовить детали с фигурными контурами из листового металла, или изготовить детали с прямыми контурами, но так, чтобы не пришлось обрабатывать контуры дополнительно, для резки труб, полос и прутов, для вырезки отверстий и проемов в деталях и другого.

Но также есть еще один способ плазменной резки - резка плазменной струей . В таком случае режущая дуга загорается между электродом (катодом) и наконечником сопла (анодом), а обрабатываемая заготовка не включена в электрическую цепь . Часть плазмы выносится из плазмотрона в виде струи (дуга косвенного действия). Обычно такой способ резки используют для работы с неметаллическими нетокопроводящими материалами - бетоном, керамической плиткой, пластмассой.

Подача воздуха в плазмотрон прямого действия и косвенного действия производится по-разному. Для резки плазменной дугой требуется аксиальная подача воздуха (прямая) . А для резки плазменной струей требуется тангенциальная подача воздуха.

Тангенциальная или вихревая (осевая) подача воздуха в плазмотрон необходима для того, чтобы катодное пятно располагалось строго по центру. Если тангенциальная подача воздуха нарушена, неизбежно смещение катодного пятна, а с ним и плазменной дуги. В результате плазменная дуга горит не стабильно, иногда загорается две дуги одновременно, а также весь плазмотрон выходит из строя. Воздушно-плазменная резка самодельная не способна обеспечить тангенциальную подачу воздуха. Так как для устранения турбулентностей внутри плазмотрона используют сопла специальной формы, а также вкладыши.

Сжатый воздух используется для воздушно-плазменной резки таких металлов:

Меди и сплавов меди - толщиной не более 60 мм;
Алюминия и сплавов алюминия - толщиной до 70 мм;
Стали толщиной до 60 мм.

А вот для резки титана воздух использовать категорически нельзя. Более детально тонкости работы аппаратом ручной воздушно-плазменной резки рассмотрим ниже.

Как выбрать аппарат воздушно-плазменной резки

Чтобы сделать правильный выбор плазмореза для частных бытовых нужд или маленькой мастерской, необходимо точно знать для каких целей он будет использоваться. С какими заготовками придется работать, из какого материала, какой толщины, какова интенсивность загрузки аппарата и многое другое.

Для частной мастерской вполне может сгодиться инвертор, так как у таких аппаратов более стабильная дуга и больший на 30 % КПД. Трансформаторы подходят для работы с заготовками большей толщины и не боятся перепадов напряжения, но при этом они больше весят и менее экономичны.

Следующая градация - плазморезы прямого и косвенного действия. Если планируется резать только металлические заготовки, то необходим аппарат прямого действия.

Для частной мастерской или домашних нужд необходимо приобретать ручной плазморез с встроенным или внешним компрессором, рассчитанный на определенную силу тока.

Сила тока плазмореза и толщина металла

Сила тока и максимальная толщина заготовки - основные параметры для выбора аппарата воздушно-плазменной резки. Они взаимосвязаны между собой. Чем большую силу тока может подавать источник питания плазмореза, тем более толстую заготовку можно обрабатывать с помощью данного аппарата.

Выбирая аппарат для личных нужд, необходимо точно знать, какой толщины заготовки будут обрабатываться и из какого металла. В характеристиках плазморезов указывается и максимальная сила тока, и максимальная толщина металла. Но обратите внимание на то, что толщина металла указана из расчета на то, что обрабатываться будет черный металл, а не цветной и не нержавейка. А сила тока указана не номинальная, а максимальная, на данных параметрах аппарат может работать совсем непродолжительное время.

Для резки разных металлов требуется различная сила тока. Точные параметры можно увидеть в таблице ниже.

Таблица 1. Сила тока, необходимая для резки различных металлов.

Например, если планируется резать стальную заготовку толщиной 2,5 мм, то необходима сила тока 10 А. А если заготовка выполнена из цветного металла, например, меди толщиной 2,5 мм, то сила тока должна быть 15 А. Чтобы рез получился высокого качества, необходимо учитывать некий запас мощности, поэтому лучше приобрести плазморез, рассчитанный на силу тока в 20 А.

На аппарат воздушно-плазменной резки цена напрямую зависит от его мощности - выдаваемой силы тока. Чем больше сила тока, тем дороже аппарат.

Режим работы - продолжительность включения (ПВ)

Режим работы аппарата определяется интенсивностью его загрузки. На всех аппаратах указан такой параметр, как продолжительность включения или ПВ. Что она означает? Например, если указана ПВ=35%, то это означает, что плазморезом можно работать 3,5 минуты, а затем ему необходимо дать остыть в течение 6,5 минут. Цикл продолжительности включения рассчитан на 10 минут. Есть аппараты с ПВ 40%, 45%, 50%, 60%, 80%, 100%. Для бытовых нужд, где аппарат не будет использоваться постоянно, достаточно аппаратов с ПВ от 35% до 50%. Для машинной резки с ЧПУ используются плазморезы с ПВ=100%, так как они обеспечивают непрерывную работу в течение всей смены.

Обратите внимание, что в процессе работы с ручной воздушно-плазменной резкой существует необходимость переместить плазмотрон или перейти на другой конец заготовки. Все эти интервалы учитываются в счет времени охлаждения. Также продолжительность включения зависит от загрузки аппарата. Например, с начала смены даже плазморез с ПВ=35% может без перерыва работать 15 - 20 минут, но чем чаще им будут пользоваться, тем короче будет время беспрерывной работы.

Воздушно-плазменная резка своими руками - технология работы

Плазморез выбрали, с принципом работы и устройством ознакомились, пора приступать к работе. Чтобы не наделать ошибок, для начала не помешает ознакомиться с технологией работы с аппаратом воздушно-плазменной резки. Как соблюсти все меры безопасности, как подготовить аппарат к работе и правильно подобрать силу тока, а затем, как разжечь дугу и соблюдать необходимую дистанцию между соплом и поверхностью заготовки.

Позаботьтесь о безопасности

Воздушно-плазменная резка сопряжена с рядом опасностей: электрический ток, высокая температура плазмы, раскаленный металл и ультрафиолетовое излучение.

Работать необходимо в специальной экипировке: темные очки или щиток сварщика (4 - 5 класс затемнения стекла), плотные перчатки на руках, штаны из плотной ткани на ногах и закрытая обувь. При работе с резаком могут образовываться газы, которые представляют угрозу для нормальной работы легких, поэтому на лицо необходимо надевать маску или респиратор.
Плазморез подключается в сеть через УЗО.
Розетки, рабочая подставка или стол, окружающие предметы должны быть хорошо заземлены.
Силовые кабели должны быть в идеальном состоянии, не допускается повреждение обмотки.

То, что сеть должна быть рассчитана на то напряжение, которое указано на аппарате (220 В или 380 В), это само собой разумеющееся. В остальном же соблюдение техники безопасности поможет избежать травм и профзаболеваний.

Подготовка аппарата воздушно-плазменной резки к работе

Как подключить все элементы аппарата воздушно-плазменной резки, подробно описано в инструкции к аппарату, поэтому сразу перейдем к дальнейшим нюансам:

Аппарат необходимо установить так, чтобы к нему был доступ воздуха. Охлаждение корпуса плазмореза позволит дольше работать без перерыва и реже отключать аппарат для охлаждения. Место расположения должно быть таким, чтобы на аппарат не попадали капли расплавленного металла.
Воздушный компрессор подключается к плазморезу через влаго- и маслоотделитель. Это очень важно, так как попавшие в камеру плазмотрона вода или капли масла могут привести к выходу из строя всего плазмотрона или даже его взрыву. Давление подаваемого в плазмотрон воздуха должно соответствовать параметрам аппарата. Если давление будет недостаточным, то плазменная дуга будет нестабильной, часто будет гаснуть. Если давление будет избыточным, то могут придти в негодность некоторые элементы плазмотрона.
Если на заготовке, которую собираетесь обрабатывать, есть ржавчина, окалина или масляные пятна, их лучше отчистить и удалить. Хоть воздушно-плазменная резка и позволяет резать ржавые детали, все же лучше перестраховаться, так как при нагреве ржавчины выделяются ядовитые пары. Если планируется резать емкости, в которых хранились горючие материалы, то их необходимо тщательно отчистить.

Чтобы рез получился ровным, параллельным, без окалины и наплывов, необходимо правильно подобрать силу тока и скорость резки. В представленных ниже таблицах указаны оптимальные параметры резки различных металлов различной толщины.

Таблица 2. Сила и скорость резки с помощью аппарата воздушно-плазменной резки заготовок из различных металлов.

Первое время подбирать скорость ведения резака будет сложно, необходим опыт. Поэтому поначалу можно ориентироваться на такое правило: вести плазмотрон необходимо так, чтобы с обратной стороны заготовки были видны искры. Если искр не видно, значит, заготовка не разрезана насквозь. Обратите также внимание, что слишком медленное ведение резака негативно сказывается на качестве реза, на нем появляются окалина и наплывы, а также может нестабильно гореть дуга и даже гаснуть.

Теперь можно приступать к самому процессу резки.

Перед тем как зажечь электрическую дугу, плазмотрон следует продуть воздухом, чтобы удалить случайный конденсат и инородные частицы. Для этого необходимо нажать, а затем отпустить кнопку поджига дуги. Так аппарат переходит в режим продувки. Спустя примерно 30 секунд можно нажимать кнопку поджига и удерживать ее. Как уже описывалось в принципе работы плазмореза, между электродом и наконечником сопла загорится дежурная (вспомогательная, пилотная) дуга. Как правило, она горит не долее 2 секунд. Поэтому за это время необходимо зажечь рабочую (режущую) дугу. Способ зависит от вида плазмотрона.

Если плазмотрон прямого действия, то необходимо сделать короткое замыкание: после образования дежурной дуги необходимо нажать кнопку розжига - прекращается подача воздуха и контакт замыкается. Затем воздушный клапан открывается автоматически, поток воздуха вырывается из клапана, ионизируется, увеличивается в размерах и выводит искру из сопла плазмотрона. В результате загорается рабочая дуга между электродом и металлом заготовки.

Важно! Контактный поджиг дуги не означает, что плазмотрон необходимо прикладывать или прислонять к заготовке.

Как только загорится режущая дуга, дежурная дуга гаснет. Если не получилось зажечь рабочую дугу с первого раза, необходимо отпустить кнопку розжига и нажать ее снова - начнется новый цикл. Причин, по которым может не зажигаться рабочая дуга, несколько: недостаточное давление воздуха, неправильная сборка плазмотрона или другие неполадки.

В процессе работы также бывают случаи, когда режущая дуга гаснет. Причина, скорее всего, в изношенности электрода или несоблюдении расстояния между плазмотроном и поверхностью заготовки.

Расстояние между горелкой плазмотрона и металлом

Ручная воздушно-плазменная резка сопряжена с той трудностью, что необходимо соблюдать расстояние между горелкой/соплом и поверхностью металла. При работе рукой это довольно сложно, так как даже дыхание сбивает руку, и рез получается неровным. Оптимальное расстояние между соплом и заготовкой 1,6 - 3 мм, для его соблюдения используются специальные дистанционные упоры, ведь сам плазмотрон нельзя прижимать к поверхности заготовки. Упоры надеваются сверху на сопло, затем плазмотрон опирается упором на заготовку и выполняется рез.

Обратите внимание, что держать плазмотрон необходимо строго перпендикулярно заготовке. Допустимый угол отклонения 10 - 50 °. Если заготовка слишком тонкая, то резак можно держать под небольшим углом, это позволит избежать сильных деформаций тонкого металла. Расплавленный металл при этом не должен попадать на сопло.

Работы с воздушно-плазменной резкой своими руками вполне можно осилить самостоятельно, только важно помнить о технике безопасности, а также о том, что сопло и электрод - расходные материалы, которые требуют своевременной замены.

Резка металла осуществляется несколькими способами – механическим методом, дуговой сваркой или воздействием плазмы с высокой температурой. В последнем случае в качестве источника питания можно использовать инвертор. Для изготовления своими руками эффективного плазмореза потребуется ознакомиться со схемой и принципом работы устройства.

Схема плазменного резака

Обработка металлических поверхностей, их резка и контролируемое деформирование происходит с помощью струи воздуха или инертного газа. Давление и наличие воспламеняемого компонента (электрода) обеспечивает формирование области плазмы. Она оказывает влиянием высокой температурой и давлением на область заготовки, в результате чего происходит ее разрезание.

Особенности изготовления плазмореза на основе инверторного сварочного аппарата:

Предварительный расчет мощности оборудования. Определяющий параметр – толщина и свойства разрезаемого материала.
Мобильность конструкции и ее габариты.
Продолжительность непрерывного реза.
Бюджет.

Последний показатель не должен влиять на качество, а главное – безопасность работы самодельного плазменного резака. Рекомендуется использовать максимум компонентов заводского изготовления.

Инверторный сварочный аппарата – это источник дуги для розжига плазмы. Также он применяется по прямому назначению – формирование соединительных швов. Для комплектации плазмореза нужно приобретать только заводские модели, так как самодельные не смогут обеспечить стабильность работы.

Для обеспечения мобильности нужно купить инвертор с функцией аргонодуговой сварки. В его конструкции предусмотрено место для подключения шланга от источника воздуха или инертного газа. Средняя стоимость – 19 500 рублей.

Дополнительно потребуются следующие компоненты:

Резак с функцией подачи электричества, проволоки (электрода) и воздуха.
Компрессор. Он нужен для нагнетания газа, альтернатива – заправленные баллоны.
Кабель-шланговый пакет. Это магистрали для электричества, воздушный шланг и устройство для подачи проволоки.

Из всего перечня сделать своими руками можно только ручку для резака. Именно она чаще всего выходит из строя из-за постоянного температурного воздействия. Размеры и эксплуатационные свойства остальных компонентов должны отвечать стандартам качества.

Пошаговая инструкция по сборке

По сути плазморез не изготавливается, а собирается из вышеописанных элементов. Предварительно проверяется возможность подключения отдельных компонентов, уточняются режимы работы – величина подаваемого тока от инвертора, интенсивность воздушной струи, температура плазмы.

Дополнительно нужно использовать манометр для контроля давления в воздушной магистрали. Оптимальный вариант расположения – на корпусе . На держателе он будет мешать точному формированию реза.

Порядок работы:

Проверить питание инвертора.
Проконтролировать герметичность воздушной магистрали.
Установить давление струи инертного газа на требуемый уровень.
Подключить отрицательный электрод инвертора к заготовке.
Проверка дуги, активация подачи воздуха.
Плазменная резка.

Ширина реза должна быть небольшой, без существенной деформации металла по краям. Максимальная толщина обрабатываемого материала — до 3 мм. При увеличении этого параметра инвертор заменяется на более мощный трансформатор.

В процессе резания возникают проблемы – отсутствие комплектующих, нестабильный режим установки. Вероятные последствия – невозможность продолжать работу, некачественный рез. Выход – тщательно подготовиться к этому мероприятию.

Запасные прокладки для воздушной магистрали. Частое переключение приводит к их стиранию и потере герметичности.
Качество сопла. При длительном температурном воздействии оно может засориться, изменить геометрию.
Электроды только из тугоплавких материалов.
Причина поломки самодельных резаков – возникновение 2-х воздушных вихрей, что приводит к деформации сопла.
Обязательно выполнять работы только в защитной одежде.