Плазменная резка широко используется в различных отраслях промышленности: машиностроении, судостроении, изготовлении рекламы, коммунальной сфере, изготовлении металлоконструкций и в других отраслях. К тому же, в частной мастерской плазморез тоже может пригодиться. Ведь с помощью него можно быстро и качественно разрезать любой токопроводящий материал, а также некоторые нетокопроводящие материалы - пластик, камень и дерево. Разрезать трубы, листовой металл, выполнить фигурный рез или изготовить деталь можно просто, быстро и удобно с помощью технологии плазменной резки. Рез выполняется высокотемпературной плазменной дугой, для создания которой нужен лишь источник тока, резак и воздух. Чтобы работа с плазморезом давалась легко, а рез получался красивым и ровным, не мешает узнать принцип работы плазмореза, который даст базовое понятие, как можно управлять процессом резки.
Аппарат под названием «плазморез» состоит из нескольких элементов: источника питания , плазменного резака/плазмотрона , воздушного компрессора и кабель-шлангового пакета.
Источник питания для плазмореза подает на плазмотрон определенную силу тока. Может представлять собой трансформатор или инвертор.
Трансформаторы более увесисты, потребляют больше энергии, но зато менее чувствительны к перепадам напряжения, и с помощью них можно разрезать заготовки большей толщины.
Инверторы легче, дешевле, экономнее в плане энергопотребления, но при этом позволяют разрезать заготовки меньшей толщины. Поэтому их используют на маленьких производствах и в частных мастерских. Также КПД инверторных плазморезов на 30 % больше, чем у трансформаторных, у них стабильнее горит дуга. Пригождаются они и для работы в труднодоступных местах.
Плазмотрон или как его еще называют «плазменный резак» является главным элементом плазмореза. В некоторых источниках можно встретить упоминание плазмотрона в таком контексте, что можно подумать будто «плазмотрон» и «плазморез» идентичные понятия. На самом деле это не так: плазмотрон - это непосредственно резак, с помощью которого разрезается заготовка.
Основными элементами плазменного резака/плазмотрона являются сопло , электрод , охладитель/изолятор между ними и канал для подачи сжатого воздуха.
Схема плазмореза наглядно демонстрирует расположение всех элементов плазмореза.
Внутри корпуса плазмотрона находится электрод , который служит для возбуждения электрической дуги. Он может быть изготовлен из гафния, циркония, бериллия или тория. Эти металлы приемлемы для воздушно-плазменной резки потому, что в процессе работы на их поверхности образуются тугоплавкие оксиды, препятствующие разрушению электрода. Тем не менее, используют не все эти металлы, потому что оксиды некоторых из них могут нанести вред здоровью оператора. Например, оксид тория - токсичен, а оксид бериллия - радиоактивен. Поэтому самым распространенным металлом для изготовления электродов плазмотрона является гафний. Реже - другие металлы.
Сопло плазмотрона обжимает и формирует плазменную струю, которая вырывается из выходного канала и разрезает заготовку. От размера сопла зависят возможности и характеристики плазмореза, а также технология работы с ним. Зависимость такая: от диаметра сопла зависит, какой объем воздуха может через него пройти за единицу времени, а от объема воздуха зависят ширина реза, скорость охлаждения и скорость работы плазмотрона. Чаще всего сопло плазмотрона имеет диаметр 3 мм. Длина сопла тоже важный параметр: чем длиннее сопло, тем аккуратнее и качественнее рез. Но с этим надо быть поаккуратнее. Слишком длинное сопло быстрее разрушается.
Компрессор для плазмореза необходим для подачи воздуха. Технология плазменной резки подразумевает использование газов: плазмообразующих и защитных. В аппаратах плазменной резки, рассчитанных на силу тока до 200 А, используется только сжатый воздух, и для создания плазмы, и для охлаждения. Такого аппарата достаточно для разрезания заготовок 50 мм толщиной. Промышленный станок плазменной резки использует другие газы - гелий, аргон, кислород, водород, азот, а также их смеси.
Кабель-шланговый пакет соединяет источник питания, компрессор и плазмотрон. По электрическому кабелю подается ток от трансформатора или инвертора для возбуждения электрической дуги, а по шлангу идет сжатый воздух, который необходим для образования плазмы внутри плазмотрона. Более детально, что именно происходит в плазмотроне, расскажем ниже.
Как только нажимается кнопка розжига, источник питания (трансформатор или инвертор) начинает подавать на плазмотрон токи высокой частоты. В результате внутри плазмотрона возникает дежурная электрическая дуга, температура которой 6000 - 8000 °С. Дежурная дуга зажигается между электродом и наконечником сопла по той причине, что образование дуги между электродом и обрабатываемой заготовкой сразу - затруднительно. Столб дежурной дуги заполняет весь канал.
После возникновения дежурной дуги в камеру начинает поступать сжатый воздух. Он вырывается из патрубка, проходит через электрическую дугу, вследствие чего нагревается и увеличивается в объеме в 50 - 100 раз. Помимо этого воздух ионизируется и перестает быть диэлектриком, приобретая токопроводящие свойства.
Суженное к низу сопло плазмотрона обжимает воздух, формирует из него поток, который со скоростью 2 - 3 м/с вырывается из сопла. Температура воздуха в этот момент может достигать 25000 - 30000 °С. Именно этот высокотемпературный ионизированный воздух и является в данном случае плазмой. Ее электропроводимость примерно равна электропроводимости металла, который обрабатывается.
В тот момент, когда плазма вырывается из сопла и соприкасается с поверхностью обрабатываемого металла, зажигается режущая дуга, а дежурная дуга гаснет. Режущая/рабочая дуга разогревает обрабатываемую заготовку в месте реза - локально. Металл плавится, появляется рез. На поверхности разрезаемого металла появляются частички расплавленного только что металла, которые сдуваются с нее потоком воздуха, вырывающегося из сопла. Это самая простая технология плазменной резки металла.
Катодное пятно плазменной дуги должно располагаться строго по центру электрода/катода. Чтобы это обеспечить, используется так называемая вихревая или тангенциальная подача сжатого воздуха. Если вихревая подача нарушена, то катодное пятно смещается относительно центра электрода вместе с плазменной дугой. Это может привести к неприятным последствиям: плазменная дуга будет гореть нестабильно, может образовываться две дуги одновременно, а в худшем случае - плазмотрон может выйти из строя.
Если увеличить расход воздуха, то скорость плазменного потока увеличится, также увеличится и скорость резки. Если же увеличить диаметр сопла, то скорость уменьшится и увеличится ширина реза. Скорость плазменного потока примерно равна 800 м/с при токе 250 А.
Скорость реза - тоже важный параметр. Чем она больше, тем тоньше рез. Если скорость маленькая, то ширина реза увеличивается. Если увеличивается сила тока, происходит то же самое - ширина реза увеличивается. Все эти тонкости относятся уже непосредственно к технологии работы с плазморезом.
Параметры плазмореза
Все аппараты плазменной резки можно разделить на две категории: ручные плазморезы и аппараты машинной резки.
Ручные плазморезы используются в быту, на маленьких производствах и в частных мастерских для изготовления и обработки деталей. Основная их особенность в том, что плазмотрон держит в руках оператор, он ведет резак по линии будущего реза, держа его на весу. В итоге рез получается хоть и ровным, но не идеальным. Да и производительность такой технологии маленькая. Чтобы рез получился более ровным, без наплывов и окалины, для ведения плазмотрона используется специальный упор, который одевается на сопло. Упор прижимается к поверхности обрабатываемой заготовки и остается только вести резак, не переживая за то, соблюдается ли необходимое расстояние между заготовкой и соплом.
На ручной плазморез цена зависит от его характеристик: максимальной силы тока, толщины обрабатываемой заготовки и универсальности. Например, существуют модели, которые можно использовать не только для резки металлов, но и для сварки. Их можно отличить по маркировке:
- CUT - разрезание;
- TIG - аргонодуговая сварка;
- MMA - дуговая сварка штучным электродом.
Например, плазморез FoxWeld Plasma 43 Multi совмещает все перечисленные функции. Его стоимость 530 - 550 у.е. Характеристики, касающиеся плазменной резки: сила тока - 60 А, толщина заготовки - до 11 мм.
Кстати, сила тока и толщина заготовки - основные параметры, по которым подбирается плазморез. И они взаимосвязаны.
Чем больше сила тока, тем сильнее плазменная дуга, которая быстрее расплавляет металл. Выбирая плазморез для конкретных нужд, необходимо точно знать, какой металл придется обрабатывать и какой толщины. В приведенной ниже таблице указано, какая сила тока нужна для разрезания 1 мм металла. Обратите внимание, что для обработки цветных металлов требуется большая сила тока. Учтите это, когда будете смотреть на характеристики плазмореза в магазине, на аппарате указана толщина заготовки из черного металла. Если вы планируете резать медь или другой цветной металл, лучше рассчитайте необходимую силу тока самостоятельно.
Например, если требуется разрезать медь толщиной 2 мм, то необходимо 6 А умножить на 2 мм, получим плазморез с силой тока 12 А. Если требуется разрезать сталь толщиной 2 мм, то умножаем 4 А на 2 мм, получаем силу тока 8 А. Только берите аппарат плазменной резки с запасом, так как указанные характеристики являются максимальными, а не номинальными. На них можно работать только непродолжительное время.
Станок с ЧПУ плазменной резки используется на производственных предприятиях для изготовления деталей или обработки заготовок. ЧПУ означает числовое программное управление. Станок работает по заданной программе с минимальным участием оператора, что максимально исключает человеческий фактор на производстве и увеличивает производительность в разы. Качество реза машинным аппаратом идеально, не требуется дополнительная обработка кромок. А самое главное - фигурные резы и исключительная точность. Достаточно ввести в программу схему реза и аппарат может выполнить любую замысловатую фигуру с идеальной точностью. На станок плазменной резки цена значительно выше, чем на ручной плазморез. Во-первых, используется большой трансформатор. Во-вторых, специальный стол, портал и направляющие. В зависимости от сложности и размеров аппарата цена может быть от 3000 у.е. до 20000 у.е.
Аппараты машинной плазменной резки используют для охлаждения воду, поэтому могут работать всю смену без перерыва. Так называемый ПВ (продолжительность включения) равен 100 %. Хотя у ручных аппаратов он может быть и 40 %, что означает следующее: 4 минуты плазморез работает, а 6 минут ему необходимо для того, чтобы остыть.
Наиболее разумно будет приобрести плазморез готовый, заводского исполнения. В таких аппаратах все учтено, отрегулировано и работает максимально идеально. Но некоторые умельцы «Кулибины» умудряются смастерить плазморез своими руками. Результаты получаются не очень удовлетворительными, так как качество реза хромает. В качестве примера приведем урезанный вариант, как можно сделать плазморез самостоятельно. Сразу оговоримся, что схема далека от идеала и лишь дает общее понятие процесса.
Итак, трансформатор для плазмореза должен быть с падающей ВАХ.
Пример на фото: первичная обмотка - снизу, вторичная - сверху. Напряжение - 260 В. Сечение обмотки - 45 мм2, каждая шина 6 мм2. Если установить силу тока на 40 А напряжение падает до 100 В. У дросселя также сечение 40 мм2, наматывался той же шиной, всего около 250 витков.
Для работы нужен воздушный компрессор, естественно, заводского исполнения. В данном случае использовался агрегат производительностью 350 л/мин.
Самодельный плазморез - схема работы .
Плазмотрон лучше приобрести заводской, он обойдется примерно в 150 - 200 у.е. В данном примере плазмотрон изготавливался самостоятельно: медное сопло (5 у.е.) и гафниевый электрод (3 у.е.), остальное «кустарщина». За счет чего расходники быстро вышли из строя.
Схема работает так: на резаке находится кнопка пуск, при ее нажатии реле (р1) подает на блок управления напряжение, реле (р2) подает напряжение на трансформатор, затем пускает воздух для продувки плазмотрона. Воздух осушает камеру плазмотрона от возможного конденсата и выдувает все лишнее, на это у него есть 2 - 3 секунды. Именно с такой задержкой срабатывает реле (р3), которое подает питание на электрод для поджига дуги. Затем включается осциллятор, который ионизирует пространство между электродом и соплом, как результат загорается дежурная дуга. Далее плазмотрон подносится к изделию и загорается режущая/рабочая дуга между электродом и заготовкой. Реле геркона отключает сопло и поджиг. Согласно данной схеме, если режущая дуга внезапно погаснет, например, если сопло попало в отверстие в металле, то реле геркона снова подключит поджиг и спустя несколько секунд (2 - 3) загорится дежурная дуга, а затем режущая. Все это при условии, что кнопка «пуск» не отпускается. Реле (р4) пускает воздух в сопло с задержкой, после того, как отпустили кнопку «пуск» и режущая дуга погасла. Все эти предосторожности необходимы для того, чтобы продлить ресурс сопла и электрода.
Самостоятельное изготовление плазмореза в «домашних» условиях дает возможность изрядно сэкономить, но о качестве реза говорить не приходится. Хотя если за работу возьмется инженер, то результат может быть даже лучше заводского исполнения.
Станок плазменной резки с ЧПУ может позволить себе не каждое предприятие, ведь его стоимость может достигать 15000 - 20000 у.е. Довольно часто такие организации заказывают выполнение работ плазменной резки на специальных предприятиях, но это тоже обходится недешево, особенно если объемы работ большие. Но ведь так хочется свой новый станок плазменной резки, а средств не хватает.
Помимо известных профильных заводов есть предприятия, которые занимаются производством станков плазменной резки, закупая лишь профильные детали и узлы, а все остальное изготавливают самостоятельно. В качестве примера мы расскажем, как делают станки плазменной резки с ЧПУ инженеры в производственном цеху.
Составляющие станка плазменной резки своими руками:
- Стол 1270х2540 мм;
- Ременная передача;
- Шаговые детали;
- Линейные направляющие HIWIN;
- Система, управляющая высотой факела THC;
- Блок управления;
- Стойка-терминал, в котором находится блок управления ЧПУ, стоит отдельно.
Характеристики станка :
- Скорость перемещения по столу 15 м/мин;
- Точность установки позиции плазмотрона 0,125 мм;
- Если использовать аппарат Powermax 65, то скорость реза будет 40 м/мин для 6 мм заготовки или 5 м/мин для заготовки толщиной 19 мм.
На подобный станок плазменной резки металла цена будет около 13000 у.е., не включая источник плазмы, который придется приобрести отдельно - 900 у.е.
Для изготовления такого станка комплектующие заказываются отдельно, а затем все собирается самостоятельно по такой схеме:
- Готовится основание для сварки стола, оно должно быть строго горизонтальным, это очень важно, лучше проверить уровнем.
- Сваривается рама станка в виде стола. Можно использовать трубы квадратного сечения. Вертикальные «ноги» необходимо усилить укосинами.
- Рама покрывается грунтовкой и краской, чтобы защитить от коррозии.
- Изготавливаются опоры для станка. Материал опор - дюраль, болты 14 мм, гайки лучше приварить к болтам.
- Сваривается водяной стол.
- Устанавливаются крепления для реек и ставятся рейки. Для реек используется металл в виде полосы 40 мм.
- Устанавливаются линейные направляющие.
- Корпус стола зашивается листовым железом и окрашивается.
- Устанавливается портал на направляющие.
- На портал устанавливается двигатель и концевые индуктивные датчики.
- Устанавливаются рельсовые направляющие, зубчастая рейка и двигатель оси Y.
- Устанавливаются направляющие и двигатель на оси Z.
- Устанавливается датчик поверхности металла.
- Устанавливается кран для слива воды из стола, ограничители для портала, чтобы не съехал со стола.
- Устанавливаются кабель-каналы Y,Z и X.
- Все провода прячутся в гофру.
- Устанавливается механизированная горелка.
- Далее изготавливается терминал с ЧПУ. Сначала сваривается корпус.
- В корпус терминала с ЧПУ устанавливается монитор, клавиатура, модуль ТНС и кнопки к нему.
Все, станок плазменной резки с ЧПУ готов.
Несмотря на то, что плазморез имеет достаточно простое устройство, все же не стоит браться за его изготовление без серьезных познаний в сварочном деле и большого опыта. Новичку проще заплатить за готовое изделие. А вот инженеры, желающие воплотить свои знания и умения в домашних условиях, что называется «на коленке», могут попробовать создать плазморез своими руками от начала и до конца.
Плазморез своими руками из инвертора не так сложно собрать. Важно предусмотреть наличие следующих элементов:
- плазмотрон, т. е. непосредственно ;
- источник питания, в качестве которого выступает сварочный инвертор (можно применять и трансформатор);
- компрессор для подачи воздушной струи охлаждения и формирования плазменного потока;
- кабель-шланги для сборки и подключения отдельных элементов в единую систему.
Плазморез можно использовать не только для резки различных деталей, но и для сварки.
Плазменный самодельный резак можно использовать для выполнения различных работ. Это не только производство, но и бытовые работы, например, обработка различных металлических заготовок, где требуется точный тонкий и высококачественный рез. Есть модели, которые можно использовать для сварки в защищенной газовой среде с использованием аргона.
При сборке внимание следует уделить силе тока. Величина зависит от источника питания, предпочитают использовать инвертор. Он обеспечивает более стабильную работу, энергопотребление экономнее, чем у трансформатора, хотя толщина заготовок, с которыми он может работать, ниже. Почему именно инвертор? Все дело в том, что он удобнее в работе, чем трансформатор. Его вес меньше, он не такой массивный. Электроэнергии потребляется меньше, при этом КПД выше на 10%, что положительным образом сказывается на качестве работы.
Схемы для сборки можно использовать уже готовые, если покупаются элементы конструкции все вместе. Можно ее взять из сети, особенно когда все детали уже есть и покупать ничего не требуется. При сборке внимание следует уделять точности и четкости соответствия схеме, соединению отдельных элементов. Сопло следует брать длинным, но не слишком, так как его придется быстро заменять.
Выбор конструктивных элементов
Изготовление плазмореза своими руками из инвертора требует наличия таких элементов:
- Источник питания для оборудования, в этом качестве и выступает инвертор, обеспечивающий подачу тока с необходимыми характеристиками на плазморез. Вместо инвертора, если его нет в наличии или невозможно найти, можно использовать трансформатор.
- Если вместо инвертора выбирается трансформатор, необходимо учесть его большой вес и слишком высокое потребление электроэнергии.
- Плазмотрон, т. е. плазменный резак, который является основным элементом конструкции.
- Воздушный компрессор и кабель-шланговый пакет.
Что выбрать в качестве источника тока для сборки плазмореза? Трансформатор – не самый лучший вариант по целому ряду причин. Дело не только в его большом весе, что затрудняет использование оборудования после сборки, но и в слишком большом потреблении электроэнергии. Устройство получается слишком затратным. Из преимуществ следует отметить слабую чувствительность к перепадам напряжения в сети во время работы. Таким оборудованием можно резать различные заготовки, толщина которых значительная.
Инвертор в качестве источника питания является более предпочтительным, он экономнее, его стоимость ниже . Кроме того, вес инвертора гораздо меньше, устройство после сборки в использовании проще. Но толщина заготовок не может быть слишком большой. Такие плазменные резаки можно использовать в домашних мастерских, на небольшом производстве, так как мощности вполне хватает для такого «скромного» производства. Есть и еще одно преимущество в пользу первого. Это уровень КПД, который у инверторного резака примерно на 30% выше, дуга отличается более стабильными показателями, резка получается качественнее. Удобнее такое оборудование и для работы в труднодоступных местах, где трансформаторные использовать не получается. Плазмотрон – главный элемент резака, его конструкция включает в себя сопло, канал подачи воздуха (сжатого для обеспечения резки), электрод, изолятор/охладитель.
Вернуться к оглавлению
Сборка плазменного резака
Для плазмотрона необходимо подобрать электрод, можно приобрести из тория, бериллия, циркония либо гафния. Такие материалы являются оптимальными для обеспечения резки воздушно-плазменного типа. На поверхности электродов в процессе резки возникают так называемые тугоплавкие оксиды, они не дают электроду разрушаться. При выборе следует помнить, что некоторые их этих металлов опасны для сварщика. Бериллий вызывает образование радиоактивных оксидов, а торий – токсичных. Лучше всего использовать гафний, он абсолютно безопасен для оператора.
При сборке внимание следует уделить соплу, при помощи которого формируется струя для резки. От диаметра сопла зависят характеристики струи, время резки, ширина резки. Лучше всего использовать изделия диаметром в 3 см, длина его должна быть значительной, чтобы рез получился более качественным и аккуратным. Однако брать слишком длинное сопло нельзя, оно быстро разрушается.
Для подачи воздуха конструкции необходим компрессор. Особенности работы резака предполагают, что использоваться будут газы для защиты и плазмообразования, при этом работа проводится при силе тока в 200 А, но не больше. Для функционирования устройства используется сжатый воздух, он необходим для охлаждения оборудования в процессе работы и для формирования плазмы. Такой вариант позволяет резать заготовки, толщина которых составляет 50 мм. Для промышленного оборудования сжатый воздух не используется, здесь применяются кислород, гелий, водород, аргон, азот, их смеси.
Для соединения источника питания, плазмотрона и компрессора применяется специальный кабель-шланговый пакет. Порядок сборки такой:
- Инвертор (или трансформатор) электрическим кабелем соединяется с электродом для создания дуги.
- Через шланг от компрессора подается сжатый воздух, он образует плазменную струю внутри плазмотрона.
Вернуться к оглавлению
Как работает плазменный резак?
После того как плазменный резак собран, надо проверить его работоспособность. При включении инвертор начинает подавать ток на плазмотрон с высокой частотой. Появляется дуга, ее температура в этот момент составляет от 6000°С до 8000°С, зажигается она между наконечником сопла и рабочим электродом. Далее в камеру начинает поступать сжатый воздух, он из патрубка проходит через электродугу, нагревается, в объеме увеличивается до 100 раз. Струя приобретает токопроводящие свойства, ионизируется.
Соплом формируется узкий рабочий поток, скорость которого равна 2-3 м/сек. Температура в это время сильно повышается, может достигать от 25000°С до 30000°С. На выходе образуется высокотемпературная плазма, используемая для резки. При соприкосновении плазмы и детали дежурная первоначальная дуга гаснет, а зажигается уже режущая, которая обрабатывает деталь локально. Металл плавится только в месте реза, потоком воздуха все металлические расплавленные частички сдуваются.
Использование такого резака из обычного сварочного инвертора позволяет получить аккуратные резы в металлических заготовках. При работе необходимо следить, чтобы пятно дуги находилось строго по центру катода/электрода, для чего используется так называемая тангенциальная подача рабочего воздушного потока. Если при работе такой воздушный вихревой поток будет нарушен, то работать устройство начнет нестабильно, качество реза сильно ухудшится. Важно, чтобы при работе не образовывалось сразу две дуги, в этом случае аппарат просто выйдет из строя. Нельзя, чтобы плазменный резак имел слишком сильный поток воздуха.
Скорость, обеспечивающая хорошее качество, равна 800 м/сек, но при этом сила тока должна составлять до 250 А, не выше.
Но надо учесть, что расход воздуха будет увеличен.
Плазменный резак, в качестве главного элемента которого используется инвертор для дуговой сварки, применяется для реза металлических заготовок. Сборка простая, конструкция включает себя такие элементы, как источник тока, сопло, плазменный резак, компрессор. При сборке следует сразу определиться с источником питания, вместо инвертора некоторые предпочитают трансформатор. Все преимущества и недостатки устройств были описаны выше, вам остается только сделать выбор.
- 1 Конструктивные особенности
- 2 Конструкция плазмореза, советы по изготовлению аппарата
- 3 Как функционирует плазморез
- 4 Вентиляция при плазменной резке
- 5 Самодельный плазморез схемы
Сделать плазморез своими руками из инвертора не так трудно, как кажется поначалу. Прежде чем начать самому изготавливать аппарат, нужно приготовить все необходимое:
- плазменный резак (плазмотрон);
- инверторное устройство либо трансформатор, выступающий источником электрического тока;
- компрессор, c помощью которого будет образовываться воздушная струя, формирующая и охлаждающая плазменный поток;
- кабели, шланги, предназначенные для соединения всех частей устройства.
Выбирая источник питания, необходимо принимать во внимание силу тока, вырабатываемую устройством. Зачастую используют инверторный инвертор, который делает процесс резки стабильным и позволяет экономить электрическую энергию. Инвертор, в отличие от трансформатора, мало весит и имеет небольшой размер, поэтому его удобно использовать. Главный недостаток плазмореза на основе инвертора – им трудно резать очень толстые заготовки.
Для изготовления плазмореза своими руками можете воспользоваться приведенными ниже схемами. Ниже также будет представлено видео, в которых объясняется процесс сборки оборудования. Необходимо строго следовать схеме, подбирать составные компоненты таким образом, чтобы части прибора подходили друг к другу.
Конструктивные особенности
Первое, что нужно отыскать для создания плазменного резака – это источник питания. Из него в плазменный резак для обработки металла будет поступать электрический ток с нужными параметрами. Обычно плазморез делается из сварочного инвертора. Применение трансформатора может обернуться высоким расходом электрической энергии. Необходимо помнить, что любое трансформаторное устройство для сварки обладает большим размером и много весит.
Важным компонентом прибора считается плазменный резак. Как раз от него зависит качество реза, эффективность его осуществления.
Для создания потока воздуха, превращающегося в струю плазмы, применяется компрессор. Электрический ток от инвертора/трансформатора и поток воздуха от компрессора поступают к резаку посредством кабельно-шлангового комплекса.
Плазмотрон заключает в себе такие части:
- сопловое отверстие;
- канал для прохождения потока воздуха;
- электрод;
- охлаждающий изолятор.
Как сделать плазморез из инвертора? Чтобы сделать своими руками прибор для плазменной резки, требуется подобрать оптимальный электрод. Обычно используются бериллиевые, ториевые, циркониевые, гафниевые электроды. На поверхности этих материалов при нагреве образуются тугоплавкие оксидные пленочки, препятствующие разрушительным процессам.
Определенные материалы, будучи разогретыми, выделяют токсичные вещества. Это необходимо принимать во внимание, подбирая электрод. Бериллиевые выделяют радиоактивные оксиды. Ториевые – пары, соединяясь с кислородом, производят высокотоксичные элементы. Безопаснее всего применять гафниевый электрод.
Плазморез для металла своими руками формирует поток посредством отверстия-сопла. От этой части прибора эффективность рабочего потока.
Оптимальный диаметр сопла – 15 миллиметров. Сопло отвечает за то, насколько точно и качественно будет резаться металл. Помните, что длинное сопло склонно к быстрому изнашиванию.
Плазморез для металла из инвертора своими руками в обязательном порядке должне располагать компрессором. Он создает и подает к отверстию кислородную струю. Применение воздуха под давлением в качестве рабочей и охладительной среды вместе с инверторным прибором, который подает электрический ток в 200 А, дает возможность эффективно резать детали из стали с толщиной до 50 миллиметров.
Чтобы подготовить плазморез к рабочему процессу, нужно соединить плазмотрон, инверторное устройство и компрессор. Для этого применяются кабели и шланги.
Как функционирует плазморез
Как сделать плазморез для металла своими руками? Чтобы понять это, нужно разобраться, как функционирует данный прибор. Когда включается инверторный аппарат, электрический поступает на электрод. Из-за этого зажигается дуга. Температура электрической дуги, которая загорается между рабочим электродом и металлическим концом соплового отверстия, равняется примерно 6000-8000 градусов. После зажигания дуги в сопловую камеру проникает воздух под давлением. Он проходит через электрический разряд. Электрическая дуга обеспечивает нагревание и ионизацию идущего через нее потока воздуха. Ввиду этого объем воздуха делается больше в 100 и более раз. Воздух получает возможность пропускать электрический ток.
С помощью сопла из потока воздуха формируется плазменная струя. Ее температура быстро увеличивается, способна достигать 25000-35000 градусов. Скорость струи плазмы, посредством которой осуществляется разрезание металлических заготовок, на выходе из соплового отверстия равняется приблизительно 2-3 метрам в секунду. Когда плазменная струя касается поверхности заготовки из стали, электроток от электродного элемента начинает поступать по ней, а горящая дуга погасает. Новая дуга, которая загорается промеж электродного элемента и разрезаемой заготовки, называется режущей.
Отличительной чертой плазменной резки считается то, что разрезаемый материал расплавляется лишь в той области, в которой на него действует струя плазмы. Ввиду этого необходимо делать так, чтобы участок плазменного воздействия располагался в центральной части электрода. Если проигнорировать данное требование, возможно столкнуться с тем, что нарушится плазменно-воздушный поток. Следовательно, снизится эффективность осуществления резки. Чтобы обеспечить соблюдение требований, воздух подается в сопло тангенциально.
Не допускайте образования 2-х потоков плазмы вместо одного. Если не соблюдать режимы и правила осуществления технологического процесса, можно вывести инверторный аппарат из строя.
Весьма значимой характеристикой резания посредством плазмы считается скорость струи воздуха. Она не должна быть очень высокой. Наилучшее соотношение качества резки и быстроты ее исполнения обеспечивается при скорости струи воздуха в 800 метров в секунду. Сила тока, который идет от инвертора, не должна быть больше 250 ампер. Разрезая металл в данном режиме, необходимо принять во внимание, что расход воздуха, который применяется для формирования потока плазмы, будет довольно большим.
Собственноручно изготовить прибор для плазменного резания нетрудно. Нужно ознакомиться с теорией, посмотреть видеоролики и правильным образом выбрать составные части прибора. Плюс инверторного плазмореза заключается еще и в том, что посредством него возможно осуществлять не только резку, но и сварку.
Если у вас нет инвертора, можете сделать плазменный резак из сварочного аппарата, т.е. трансформатора. Однако в таком случае аппарат будет иметь немаленькие габариты. Также минусом плазменного резака для металла, который сделан из трансформатора, является то, что он не слишком мобилен. Ввиду этого его трудно перемещать с одного места на другое. Это не слишком критично, если вы редко работаете с прибором. Однако если вам нужно часто выполнять разрезание металлических заготовок обязательно приступайте к созданию плазмореза из инвертора своими руками.
Вентиляция при плазменной резке
Вентиляция для плазменной резки необходима. Когда металл режется прибором, образуется дым, пылевые частички. Их нужно устранять из помещения, в котором проводятся работы. Для этого используются вентиляционные системы, дающие возможность решить данную проблему.
Если плазменная резка выполняется ручным методом, используются наклонные подъемники. Они обеспечивают всасывание пылевых частичек. Стоит помнить, что нижняя часть такого приспособления не должна находиться выше, чем тридцать пять сантиметров над областью резания.
Если режутся листы металлов крупного размера, применяются особые отсосные устройства. Для вентиляции также часто используются столы с коробом. Короб служит своего рода приемником различных частичек, образующихся при рабочем процессе. Основным требованием, которое выдвигается к такому столу, считается покрытие его поверхности на восемьдесят процентов обрабатываемыми листами. Это дает возможность обеспечить нужную скорость воздушного потока, всосать частички пыли и дымные элементы.
Вентиляция для плазменного резания считается эффективной, если скорость воздушного потока равняется 1,3 м/с (углеродистая сталь, сплавы титана) либо 1,8 м/с (сплавы алюминия, высоколегированная сталь).
Если вы приняли решение самостоятельно сделать плазменный резак, внимательным образом изучите приведенные выше рекомендации. Так вы сможете изготовить устройство, которое будет функционировать правильно, иметь продолжительный эксплуатационный период. Если у вас имеется инверторный аппарат, в обязательном порядке используйте его в качестве источника электроэнергии, а не сварочный трансформатор. Малые габаритные размеры прибора являются существенным плюсом.
Самодельный плазморез схемы
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.
Бесспорно многие из нас видели видео на ютубе, где Виталий Богачев собрал плазменный резак из обычного сварочного аппарата дуговой сварки
Постараюсь объяснить простыми словами без всякого фанатизма. Виталий, удалил вторичную обмотку на сварочном трансформаторе и вместо нее намотал новую вторичную обмотку кабелем меньшего сечения, что бы поднять выходное напряжение до 200В. Следом установил диодный мост на радиаторы и дроссель намотанный на железе, походу от большего сварочного трансформатора. Подключил это дело к резаку.
Для продувки использовал обычный воздух накачиваемый компрессором
Вот первое видео в котором Виталий описал конструкцию прибора
Во втором видео Виталий показал как работает его самопальный плазменный резак. Видно, что резак режет метал до 8мм, но Виталий не показывает сам аппарат во время резки, даже элементарно зайти в это помещение и показать куда тянется рукав от резака, этого нет
Честно, ну очень меня поманила эта идея и захотелось собрать подобное устройство, но вот что насторожило. Почему заводские аппараты для плазменной резки стоят приличных денег, если в них нет ничего такого сложного, может в видео есть подвох и на самом деле видео для пиара
Во первых нужен сварочный аппарат для дуговой сварки переменного тока 200А, а точнее таких аппаратов нужно пара. Первый трансформатор будет силовой, второй трансформатор будет в качестве дросселя. На сварочном трансформаторе три обмотки, две первичные обмотки 0-220-400В, а так же вторичная обмотка 40В. Вот что я планирую делать с этими трансформаторами, разрезать оба трансформатора, снять вторичную обмотку с первого и на ее место поставить первичку второго трансформатора, вот и должно у меня получится на вторичной обмотке 200В. Теперь о дросселе. Остается у меня железо со второго трансформатора, а так же две вторичные обмотки, которые можно одеть на второй сердечник и последовательно соединить. Должен получиться великолепный дроссель с пока неизвестной индуктивностью.
Посмотрел на эти сварочные трансформаторы в Яндекс маркете и нашел самый дешевый вариант по 2 376 ₽ за один. Значит за два с учетом доставки выйдет примерно 6,500Р.
Вот такие сварочные аппараты
Иду далее, нужны 4 диода напряжением от 600В, но лучше 1000В. Ток для диодов лучше выбрать побольше скажем 150А будет в самый раз. За этим делом обращусь ка я на AliExpress. Нашел подходящий диодный мостик на 150А 1600В на обратный пробой, такой хороший запас по обратному напряжению не будет лишний.
Цена на такой диодный мостик 770,33 руб., вот ссылка для покупки. Так же нужен радиатор для охлаждения диодного моста, лучше чем радиатор с процессора ПК идей нет, такой радиатор можно на барахолке купить за 100-200Р. И того 1000Р за выпрямитель
Для работы плазменного резака нужен компрессор, ну это дело решенное, давно собран. Компрессор это хорошо, а вот воздух должен быть чистым, без масла и влаги. Значит надо перед резаком ставить осушитель, который опять же лучше заказать с Китая. Приглянулся мне фильтр AF2000-02 G1/4 за 442,20 руб.
Осушитель выдерживает давление в 1.5 МПа, что вполне устраивает. Так же нужен клапан для управления, клапан буду использовать типа такого, цена на него 480Р. Вот ссылка
Так же для соединения между собой нужны штуцера диаметром 1\4 дюйма
Как вариант можно заказать 5 штучек за 276 руб. ссылка вот
Следующий компонент плазменного резака и пожалуй основной это сама горелка. Такая горелочка стоит немало у нас, но и в Китае просят за нее 2400Р.
Из того что предлагают Китайцы, это самый дешевый вариант. Заказать такой можно по ссылке . Так же для подключения этого рукава нужен штуцер, такой же как я показывал в статье про . Что то найти толкового ничего не смог в интернете, поэтому прийдется заказывать у токаря. Это еще рублей 600-800
Еще несколько компонентов надо для полного комплекта.
Несколько релюшек для управления силовым трансформатором и клапанном газа.
Такие реле можно заказать из Китая по 100 рублей
Нужен блок питания 12В для питания клапана и реле
Такой блок питания стоит в Китае 232 р, купить можно по этой ссылке . Разъем под кнопку управления на держаке.
Этой кнопкой включается трансформатор, открывается клапан и включается осциллятор. С Китая такой стоит 66 рублей, комплект мама-папа. Так же для розжига дуги плазмы без контакта нужен высоковольтный осцилятор
Готовый модуль из Китая для питания от переменного напряжения 220В модуль стоит 1500 рублей, ссылка
