Как сделать плазму

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 05.09.2024

ОБОРУДОВАНИЕ

Аппараты для плазменной резки помогают формировать заготовки любой конфигурации. Они способны работать со всеми металлами, используются во многих сферах промышленности. Применяются приборы и в домашних условиях. Поскольку во многих мастерских присутствуют сварочные агрегаты, можно делать плазморезы своими руками из базовых аппаратов.

Назначение плазменного резака

Прибор используется для раскроя металлических листов и заготовок. Температура плазмы, выпускаемой соплом горелки, достигает 8000 °С. Это помогает без труда нарезать детали из любых материалов, в т. ч. тугоплавких.

Плазморезы применяются при:

изготовлении различных металлоконструкций;
прокладке коммуникационных линий;
резке жаропрочных легированных сталей, содержащих титан, молибден и никель (такие материалы плавятся при температуре свыше 3000 °С);
раскрое тонколистового металла (плазморез обеспечивает высокую точность воздействия).

Типовая конструкция плазмореза

Стандартный плазменный резак включает в себя следующие компоненты:

Блок питания. Используется для подачи тока на стержень.
Плазмотрон. Важная часть аппарата, которая отличается сложным строением. В этом блоке под влиянием тока образуется мощная плазменная струя.
Осциллятор. Применяется для быстрого розжига дуги и ее поддержания.
Компрессор. Создает мощный поток воздуха, попадающий в горелку. Это способствует охлаждению плазмотрона, нагреванию плазмы, автоматическому удалению расплава с места резки.
Кабель-шланг. Через этот элемент осуществляется подача тока в горелку. Это способствует ионизации газа, возбуждению электрической дуги. Кроме того, через трубку под давлением поступает воздух.
Провод массы.

Как работает устройство

Чтобы правильно собрать плазменный резак своими руками, нужно разобраться в принципах действия этого аппарата.

Процесс образования плазмы

После активации источника питания ток начинает поступать на электрод. Это способствует появлению сварочной дуги, температура которой достигает 8000 °С. На следующем этапе в камеру сопла нагнетается сжатый воздух, проводящий электрический заряд.

Газовая смесь ионизируется под влиянием дуги. Объем воздуха многократно увеличивается, он сильно разогревается.

Как происходит резка

Посредством сопла из плазматрона выводится мощная струя ионизированного газа, температура которого продолжает быстро расти. Скорость потока достигает 3 м/с. За счет этого осуществляется резка металлических заготовок. При попадании плазмы на поверхность электрический ток передается ей. Изначальная дуга гаснет, образуется новая, называемая режущей.

Принципиальная схема устройства

На типовом чертеже самодельного плазмореза отображают следующие элементы:

Электрод. На этот компонент поступает напряжение от блока питания, благодаря чему осуществляется ионизация газовой среды. Для производства стержня используют тугоплавкие металлы – титан, гафний, цирконий.
Сопло. Узел пропускает воздух, создает направленную струю из ионизированного газа.
Охладитель. Отводит тепло от сопла, препятствуя перегреву плазмотрона.

Собираемый по типовой схеме аппарат имеет следующий принцип работы:

Плюсы и минусы

К преимуществам использования плазменного оборудования перед другими методами резки относят:

возможность работы со всеми металлами и сплавами;
высокую производительность аппарата;
увеличенную точность воздействия, помогающую получить ровный срез без наплывов и потеков;
отсутствие необходимости предварительного нагрева деталей;
отказ от использования взрывоопасных газов – метана или кислорода.

Отрицательными сторонами плазменной резки считают:

сложность сборки самодельного аппарата, высокую стоимость готовых установок;
необходимость организации отдельного блока управления для каждого оператора;
угол среза не более 50°;
повышенный уровень шума от работающего оборудования.

Самостоятельное изготовление насадок

К сменным насадкам относятся сопло и электрод.

При их изготовлении учитывают следующие моменты:

Для плазменной сварки и резки подойдут электроды из тугоплавких металлов. При нагревании на их поверхностях образуются жаропрочные оксидные пленки. Однако при выборе металла учитывают, что некоторые вещества выделяют токсичные пары или образуют радиоактивные соединения. Гафний – оптимальный вариант для изготовления электрода к самодельному резаку.
От параметров сопла зависят качество среза и скорость работы. Делать деталь слишком длинной нельзя: она быстро износится. Рекомендованный диаметр сопла – 3 мм.

Переделка из инверторного аппарата

Правильно собрать плазморез из сварочного инвертора своими руками можно, тщательно изучив принципы изготовления, купив все нужные детали.

Чертеж плазмореза на основе инвертора

Самодельные устройства рекомендуется собирать по типовым схемам, например на основе аппарата АПР-91. Необходимо четко придерживаться готовых чертежей. Это поможет правильно установить все конструктивные элементы, сделать работоспособное устройство.

Схема и изготовление осциллятора

Блок используется для генерации высокочастотных токов. Он функционирует в импульсном или непрерывном режиме. Осциллятор помогает быстро подготовить резак к работе.

Электрическая схема этого узла включает в себя:

преобразователь (выпрямитель);
ряд конденсаторов;
блок питания;
управляющие элементы;
импульсный модуль;
датчик напряжения.

Все компоненты размещают на текстолитовой плате толщиной более 1 см. Осциллятор включают в цепь параллельно с инвертором.

Необходимые детали и возможность их самостоятельного изготовления

Для изготовления плазмореза требуется мощный источник питания. Лучший вариант – сварочный инвертор, выдающий стабильное напряжение.

Также потребуются следующие компоненты:

Блок питания. Для формирования этого узла используют сварочный инвертор, работающий с постоянным током. Переделывать его не нужно: устройство обладает всеми необходимыми для работы параметрами.
Плазмотрон. Этот компонент рекомендуется покупать в готовом виде, создавать его самостоятельно сложно. . Устройство паяют по простой схеме. Однако людям, не разбирающимся в электротехнике, рекомендуется приобретать модуль в готовом виде.
Компрессор. Для самодельного агрегата подойдет любая деталь, например от краскопульта.
Кабель-шланг. Этот элемент можно сконструировать из кислородного шланга и стандартного провода. Однако желательно приобрести готовый набор, включающий все необходимые компоненты.
Кабель массы. Снабжается зажимом для фиксации на разрезаемой детали.

Процесс сборки плазмореза

Для подготовки оборудования к использованию плазмотрон соединяют с компрессором и инвертором.

Для этого потребуются кабель-пакеты, с которыми работают так:

Провод подачи электрического тока применяют для соединения электрода с инверторным сварочным аппаратом.
Воздушный шланг подключают к плазменной горелке и компрессору. В результате из воздушного потока должна образовываться струя плазмы.

О дальнейшей эксплуатации

Разрезаемый металл расплавляется только в точках воздействия, поэтому важно следить за перемещением потока. При смещении воздушно-плазменной струи качество работы ухудшается. Для соблюдения важного требования применяют тангенциальный способ подачи газа в камеру сопла.

Также следят, чтобы одновременно не формировались 2 плазменные струи. Из-за этого инвертор быстро выходит из строя.

Во время резки контролируют следующие показатели:

Скорость движения воздуха. Она не должна резко повышаться. Качественный срез получается, если параметр составляет 800 м/с.
Силу тока, подаваемого инвертором. Она должна составлять не более 250 А.

Резак на основе трансформатора

Схема устройства

В электрическую цепь аппарата входят такие узлы:

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

Пример грамотного чертежа

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

Главная цель разработки чертежа – установка связей между компонентами оборудования, ознакомление пользователя с принципами действия будущего плазмореза.

Какие детали будут необходимы

Помимо сварочного инвертора, для создания аппарата потребуются:

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

Сборка плазменного резака

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

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

сечение сердечника – 107 мм?;
число витков первичной обмотки – 225, вторичной – 205.

После переделки трансформатора подсоединяют другие элементы:

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

На заключительном этапе сборки подключают кабели массы, сварочного стержня и начальной дуги к клеммам на блоке питания.

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

Особенности использования

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

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

Что лучше брать за основу: инвертор или трансформатор

Источник питания первого типа можно использовать, не внося в его конструкцию существенных изменений. Достаточно подключить к инвертору осциллятор. Трансформатор требует полной переделки.

Кроме того, он имеет следующие недостатки:

большие размер и вес;
высокое энергопотребление.

Инвертор делает резку более качественной, расходует меньше электричества, поддерживает стабильную дугу. Однако он чувствителен к скачкам напряжения.

Оборудование

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

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

В процессе изготовления подобного инструмента используются комплектующие от других электроприборов.

Особенности и назначение плазменного резака

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

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

Большинство инверторных плазменных резаков состоят из:

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

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

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

По виду воздействия на металл различают такие виды плазматронов:

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

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

Делаем плазменный резак своими руками

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

Самодельный плазморез можно выполнить при условии наличия всех необходимых компонентов.

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

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

Источник питания устройства может быть либо трансформаторным, либо инверторным.

Схема работы плазменного резака.

Трансформаторные источники постоянного тока характеризуются следующими недостатками:

высокое потребление электрической энергии;
большие габариты;
труднодоступность.

К преимуществам такого источника питания можно отнести:

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

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

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

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

Одной из главнейших частей плазмореза является ручной резак.

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

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

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

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

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

Чертежи

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

Электрическая схема плазмореза.

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

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

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

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

Наиболее удачными считаются схемы плазмореза модели АПР-91.

Что нам понадобится?

Чертеж плазменного резака.

Для создания аппарата плазменной сварки необходимо обзавестись:

источником постоянного тока;
плазмотроном.

В состав последнего входят:

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

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

После завершения работы, после нажатия на кнопку выключения, компрессор подает струю воздуха и сбивает остатки металла с электродов.

Сборка инвертора

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

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

блок питания;
драйвера силовых ключей;
силовой блок.

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

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

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

Обратите внимание! Для минимизации негативных последствий от перепадов напряжения в электрической сети, намотку следует проводить по всей ширине деревянного основания.

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

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

Заключение

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

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

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

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

Общая схема работы плазменной резки

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

Газовый шланг и обратный кабель для плазменной резки

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

Горелка плазменного резака ABIPLAS и ее составные части

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

Схемы плазмореза на примере аппарата АПР-91

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

Схема силовой части (нажмите для увеличения)

Схема управления плазмореза (нажмите для увеличения)

Схема осциллятора (нажмите для увеличения)

Элементы самодельного аппарата для плазменной резки

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

Принцип работы плазмореза

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

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

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

Форма и размер плазменной струи зависит от диаметра сопла

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

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

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

Конструкция плазменного резака и рекомендации по его изготовлению

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

Сменные насадки для плазмотрона

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

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

Строение сопла плазменной горелки

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

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

Выбор газа для плазменной резки металла

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

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

Особенности работы плазмореза

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

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

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

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

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

Параметры плазменной резки различных металлов (нажмите для увеличения)

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

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

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

Своими руками

Для резки листового металла используются различные механические приспособления, а также электросварка или газовый резак. Но кроме этих методов есть эффективный способ резки металла – плазменный резак. Установка заводского производства стоит достаточно дорого, но ее можно заменить самодельным плазморезом из сварочного трансформатора.

Внешний вид

Установка плазменной резки состоит из следующих частей:

плазменный резак или плазмотрон, создающий поток плазмы;
сварочный трансформатор, питающий плазмотрон;
осциллятор или блок поджига дуги, подающий высокое напряжение в момент начала реза для формирования потока плазмы;
компрессор для создания потока воздуха через плазмотрон;
кабеля, соединяющие сварочный аппарат, плазменную горелку и разрезаемую деталь;
шланги, по которым подается воздух или другой газ и, при необходимости, охлаждающая жидкость.

Плазменная головка внешне напоминает горелку для сварочного полуавтомата. К ней также подключаются кабеля и шланги, но из сопла вместо проволоки выходит поток плазмы, разогретой до 8000°С.

Принцип работы устройства

Установка плазменной резки представляет из себя своего рода гибрид электросварки и газового резака – металл плавится электричеством, а расплав выдувается потоком газа.

Основной частью этого аппарата является плазмотрон. Внутри него находится медный электрод со стержнем из тугоплавкого металла – бериллия, тория, циркония или гафния. На конце головки находится сопло, формирующее поток плазмы. Сопло отделено от электрода изолятором. Рез производится обратной полярностью – электрод является анодом, а сопло и разрезаемый металл катодом.

Работает установка следующим образом:

при включении агрегата на электрод и сопло подается напряжение от сварочного трансформатора;
при помощи осциллятора между этими элементами возникает вспомогательная электрическая дуга, ограниченная добавочным сопротивлением;
эта дуга разогревает газ, подаваемый в плазмотрон до 8000°С, что превращает его в плазму и увеличивает давление внутри головки;
потоком воздуха или другого газа поток плазмы выдувается из сопла;
при выходе из него плазма сжимается в узкий пучок, скорость которого может достигать 1500м/с, а температура 30000°С;
при соприкосновении плазмы и разрезаемой детали ток начинает идти через массу трансформатора;
токовое реле, установленное последовательно с деталью, отключает осциллятор и вспомогательную дугу.

Толщина разрезаемого металла зависит от силы тока сварочного трансформатора.

Информация! При токе более 100А плазмотрон и подходящий к нему кабель нуждаются в охлаждении проточной водой или другой охлаждающей жидкостью.

Достоинства и недостатки плазменной резки

Резка металла плазмой имеет преимущества перед другими способами:

возможность реза любых металлов и сплавов;
высокая скорость обработки;
чистая линия разреза без наплывов и потеков материала;
обработка производится без прогрева разрезаемых деталей;
не используются огнеопасные материалы, такие, как баллоны с кислородом и природным газом.

Недостатками плазменной резки являются:

сложность и высокая цена установки;
для каждого оператора с плазмотроном необходим отдельный трансформатор и пульт управления;
угол реза не более 50°;
большой шум при работе.

Для чего нужен трансформатор

Источником питания плазменной дуги служит трансформатор с выпрямителем. От его мощности зависит сила тока и скорость реза металла, а от выходного напряжения толщина разрезаемого материала.

Подключить установку плазменной резки можно не только к специальному трансформатору, но и к сварочному аппарату, обладающему необходимыми характеристиками.

Обойтись без такого устройства нельзя по нескольким причинам:

Трансформатор по самому принципу своей работы ограничивает ток во вторичной обмотке. При питании плазмотрона прямо от сети аппарат будет работать в режиме КЗ, поэтому ток реза и потребляемая мощность превысят любые допустимые величины.
Сварочный аппарат при работе выполняет роль разделительного трансформатора. При подключении плазмотрона без него горелка и деталь окажутся под напряжением, что опасно для жизни людей.

Схема

Как любая электроустановка, агрегат плазменной резки собирается согласно электросхемам.

Принципиальная

На этой схеме указаны все элементы установки независимо от их расположения. Основной целью этого чертежа является показать связи между деталями и упростить понимание работы установки.

На принципиальной схеме аппарата изображены следующие элементы:

питающий трансформатор с выпрямителем;
осциллятор;
токовое реле;
резистор, ограничивающий ток вспомогательной дуги;
контактор, отключающий эту дугу;
пускатель, включающий аппарат;
кнопка включения реза;
компрессор с аппаратурой управления.

Информация! Силовые цепи могут изображаться толстыми линиями.

Управления

В схеме управления показаны все кнопки и регуляторы, которые находятся на пульту или непосредственно на плазмотроне:

кнопки включения компрессора;
регулятор давления воздуха;
при наличии охлаждающей жидкости кнопки и регуляторы ее потоком;
амперметр;
вольтметр;
датчики протока воды и воздуха;
кнопка управления резом (может находиться на рукоятке плазмотрона).

Информация! Все эти элементы изображены так же на принципиальной схеме.

Подключения

На схеме подключения указаны кабеля и шланги, соединяющие все элементы между собой. На ней указывается сечение и длина проводов, а также место подключения.

Как изготовить плазменный резак

Рабочим инструментом установки плазменной резки является резак, или плазмотрон. Он создает поток воздуха, превращенный в плазму, разогретую до 30000°С, которая разрезает металл.

Изготовить его можно самостоятельно. Желательно в качестве образца использовать готовую конструкцию. Состоит плазмотрон из нескольких основных элементов:

Центральный держатель со сменным электродом. При токе реза до 100А и толщине металла до 50 мм держатель изготавливается из медного прута, в более мощных аппаратах внутри есть каналы для водяного охлаждения. Для поджига дуги расстояние между электродом и соплом должно быть 2 мм, поэтому для регулировки плазмотрона центральный стержень делается подвижным.
Изолятор между центральным электродом и наружным корпусом. Часть изолятора, ближняя к соплу, изнашивается и изготавливается сменной из фторопласта.
Наружный корпус со сменным соплом. Плазма образуется в камере между электродом и соплом. При изготовлении устройства с водяным охлаждением внутри стенок находятся каналы для охлаждающей жидкости.
Сменные насадки, кабеля – силовой и для вспомогательной дуги, шланги.

Информация! В устройствах с водяным охлаждением силовой кабель без изоляции и находится внутри шланга, подающего воду к горелке.

Один из способов изготовить такое устройство – это сделать его из горелки для аргонно-дуговой сварки. В ней есть большинство необходимых элементов:

вольфрамовый электрод ?4мм с возможностью регулировки положения;
клемма и кабель для подачи к нему тока для сварки;
направляющие каналы и шланг для подвода газа к соплу.

Для доработки необходимо:

снять тонкостенное латунное сопло;
накрутить вместо него изолирующую прокладку из фторопласта цилиндрической формы с резьбой снаружи и внутри цилиндра;
сверху на прокладку накрутить латунный корпус с креплением для медного сопла;
к корпусу припаять или прижать хомутом кабель для вспомогательной дуги;
в рукоятке установить микровыключатель, включающий режим реза.

Сменные насадки

Сменными элементами, которые изнашиваются во время работы, являются электроды и сопла:

Электрод изготавливается из меди со вставкой из тугоплавкого металла – бериллия, тория, циркония и гафния. Вставка находится в центре, напротив отверстия сопла. Вспомогательная кратковременная дуга появляется между краем электрода и соплом, рабочая постоянная между вставкой и деталью, поэтому вставка, является самым изнашивающимся элементом и заменяется вместе с электродом.
Сопло формирует плазменную струю, образованную электродом. Оптимальный размер сопла 30мм, в центре находится отверстие ?2мм. Во время работы плазма, проходящая через него, увеличивает диаметр канала, что делает поток газа шире, а рез менее аккуратным. Поэтому сопло, как и электрод, следует периодически менять.

Выбор газа

Несмотря на то, что любой металл можно разрезать потоком воздуха, создаваемым компрессором, для каждого из металлов есть оптимальный состав газа:

медь, латунь и титана – азот;
алюминий – смесь азота с водородом;
высоколегированная сталь – аргон.

Как изготовить сварочный трансформатор

Источником питания плазмы является сварочный трансформатор. Как и некоторые другие элементы его можно изготовить самостоятельно.

Необходимые параметры

Трансформатор для плазменной резки отличается от обычного сварочника напряжением холостого хода и составляет 220-250В. Это необходимо для создания и поддержания дуги между электродом и разрезаемой деталью. Мощность и ток вторичной обмотки зависят от предполагаемой толщины металла:

Источник питания необходим с “мягкой” характеристикой, напряжение при работе составляет 70В. Для работы вспомогательной дуги достаточен ток 5А. Он ограничивается сопротивлением 30-50Ом, изготовленным из толстой нихромовой проволоки.

Информация! Использовать обычный или инверторный сварочник не получится. У этих аппаратов недостаточное напряжение ХХ.

Как рассчитать

Расчет питающего трансформатора сводится к определению необходимых сечений магнитопровода, первичной и вторичной обмотки и числа витков.

Для аппарата, предназначенного для разрезания металла до 12 мм при токе 50А, напряжении холостого хода 200В и напряжении сети 220В эти параметры составляют:

сечение магнитопровода – 107 мм?
первичная обмотка – 225 витков медным проводом ?4,7 мм;
вторичная обмотка – 205 витков медной проводом ?5,04 мм?.

Изготовление трансформатора

В связи с тем, что трансформатор должен иметь “мягкую” характеристику, катушки располагаются отдельно друг от друга. При использовании О-образного сердечника они находятся на разных стержнях, на Ш-образном магнитопроводе обмотки располагаются вдоль средней части.

Намотка катушек производится по расчетным параметрам на каркасах их электротехнического картона. Готовые обмотки обматываются стеклолентой или киперной лентой и покрываются краской.

После намотки обмоток и сборки магнитопровода на трансформатор крепится и подключается диодный мост из 4 диодов с радиаторами, собранный на текстолитовой площадке. Собранный трансформатор помещается в корпус, а вывода обмоток и диодного моста подключаются к клеммам на передней панели. Подключение выполняется согласно принципиальной схеме, учитывая наличие амперметров, вольтметров, пускателей и других деталей.

Осциллятор, подключенный последовательно со сварочником, имеет высокое выходное напряжение высокой частоты. Поэтому диоды в выпрямителе необходимо использовать высокочастотные или установить отдельный диодный мост, специально для вспомогательной дуги.

Другие комплектующие

Кроме плазмотрона и трансформатора в агрегате плазменной резки есть и другие элементы.

Компрессор

Самый распространенный рабочий газ – это сжатый воздух. Его можно использовать при резке почти всех металлов и сплавов. Источником сжатого воздуха является компрессор. Его можно использовать любой конструкции, минимальная производительность зависит от толщины металла:

16 мм – 140л/мин;
20 мм – 170л/мин
30 мм – 190л/мин.

Для более стабильной работы необходим ресивер емкостью от 50 литров, давление создаваемое компрессором должно быть более 4,5Бар.

Кабели и шланги

Для работы плазмореза с воздушным охлаждением кабель-шланговый пакет состоит из следующих элементов:

Силовой кабель. Его сечение зависит от номинальной мощности устройства. При токе 50А, достаточным для резки металла толщиной 10 мм и проводе в виниловой изоляции оно составляет 6мм?. При использовании кабеля в жаропрочной изоляци сечение соответственно уменьшается. Этих кабелей необходимо 2 – один в кабель-шланговом пакете для электрода и второй для массы.
Провод для вспомогательной дуги. Сечение достаточно 1,5 мм?. По допустимому нагреву кабель допускается более тонкий, но он имеет недостаточную механическую прочность.
Шланг для подачи воздуха. Внутренний диаметр 10 мм.
Провода для подключения микровыключателя.

Осциллятор

Это прибор, увеличивающий напряжение ХХ сварочного трансформатора до величины, обеспечивающий появление электрической дуги без предварительного контакта электрода и массы.

Осцилляторы, используемые в агрегатах плазменной резки, подключаются последовательно с трансформатором и добавляют к постоянному напряжению 220В переменное, частотой до 250кГц и напряжением до 6кВ.

Сам по себе этот прибор не выдает ток, опасный для здоровья людей и, тем более, не способен создать дугу для сварки или резки металла. Основное предназначение этого устройства в создании искры между электродами. Эта искра является проводником и “прокладывает путь” для сварочного выпрямителя.

Совет! Вместо осциллятора допускается использование электронного зажигания автомобиля.

Окончательная сборка

Сборка самодельного агрегата плазменной резки заключается в соединении всех элементов кабелями и шлангами:

кабеля для электрода, массы и вспомогательной дуги подключаются к соответствующим клеммам на сварочном трансформаторе;
воздушный шланг присоединяется к ресиверу компрессора;
провода, идущие к микровыключателю на рукоятке, подключаются к схеме управления.

Проверка

Для проверки собранного устройства необходимо произвести пробный рез металла:

После завершения испытаний отключить аппарат от сети и снова проверить все элементы на нагрев.

Правила техники безопасности при работе плазморезом

Процесс плазменной резки при несоблюдении правили работы является опасным для здоровья и жизни людей. Основными вредными факторами являются:

Брызги расплавленного металла. Во время реза поток плазмы расплавляет металл и выдувает его из разрезаемой детали. Попадание расплавленных капель на горючие вещества приводит к их возгоранию, а попадание на кожу вызывает сильные ожоги, вплоть до IV степени (обугливание). Для защиты необходимо направлять поток плазмы в сторону от людей и горючих материалов.
Вредные газы и пыль. Во время реза металл на только расплавляется, но и горит. Образующийся при этом дым вреден для здоровья. Кроме того горят загрязнения на поверхности деталей. Поэтому рабочее место необходимо оборудовать вытяжной вентиляцией и работать в респираторе.
Яркий свет. Во время работы электросварки и резки плазмой, образованной электрической дугой, кроме видимого света появляется ультрафиолет. Этот вид излучения приводит к ожогам сетчатки глаз. Для защиты рабочее место огораживается переносными щитами, а резчик должен пользоваться защитным щитком.
Температура. После завершения работы края детали некоторое время остаются нагретыми до высокой температуры и прикосновение к ним может привести к ожогам. Для того, чтобы избежать подобных травм к разрезанным деталям можно прикасаться только в защитных рукавицах или через некоторое время, достаточное для остывания кромок.

Средняя стоимость трансформаторного плазмореза, собранного своими руками

Стоимость самодельного плазмореза зависит от цены комплектующих. В идеале такой аппарат собирается из различного старого хлама и запчастей, имеющихся в мастерской.

В любом случае следует ориентироваться на цену магазинного плазмореза, которая зависит от толщины разрезаемого металла, наличия дополнительных аксессуаров, фирмы производителя и других факторов.

Средняя стоимость подобных устройств зависит от толщины разрезаемого металла:

до 30 мм – 150–300 тыс. руб.;
25 мм – 81–220 тыс. руб.;
17 мм – 45–270 тыс. руб.;
12 мм – 32–230 тыс. руб.;
10 мм – 25–20 тыс. руб.;
6 мм – 15–20 тыс. руб.

Совет! У разных производителей различная цена на комплектующие, поэтому один из способов сэкономить — это приобрести все детали по-отдельности и собрать аппарат самостоятельно из готовых элементов.

Параметры плазменной резки различных металлов

Несмотря на то, что все материалы можно резать в одном режиме, для улучшения качества обработки различные металлы и сплавы требуют разных режимов реза, газа и настройки оборудования:

Углеродистая сталь – воздух, азот, кислород. Диаметр сопла 3 мм, скорость реза 0,3-5,5 мм/мин.
Нержавеющая сталь – воздух, азот, водородно-аргонная смесь. Диаметр сопла 3 мм, скорость реза 0,3-5,5 мм/мин.
Алюминий – азот, водородно-аргонная смесь. Диаметр сопла 2-3 мм, скорость реза 0,1-1,6 мм/мин.
Медь и сплавы – воздух свыше 40 мм, азот – 5-15 мм. Диаметр сопла 3-3,5 мм, скорость реза 0,4-3 мм/мин

Информация! Скорость реза зависит от тока установки и толщины детали. При этом важно, чтобы конец дуги “не отставал” от ее начала.

Плазменная резка металла — это современный способ обработки. Наличие такого аппарата, сделанного из сварочного трансформатора, в мастерской расширяет возможности мастера.

Читайте также: