Плазменная пушка своими руками

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 03.09.2024

Аппарат плазменной резки является довольно востребованным оборудованием, позволяющим производить резку любых металлов во многих областях производства. Плазморезы используются не только на предприятиях. В последнее время они начали появляться и в домашних мастерских. Но, поскольку почти в каждой мастерской уже имеются сварочные аппараты, то будет разумнее не покупать готовый плазморез, а изготовить его из инвертора своими руками.

Для чего нужен плазморез

Плазменный резак в некоторых случаях является незаменимым инструментом для обработки металлических изделий, поскольку температура плазмы, выходящей из его горелки, достигает 25-30 тыс. градусов. Благодаря таким характеристикам сфера применения плазморезов довольно обширная:

изготовление разного рода конструкций из металла;
прокладка трубопроводов;
быстрая резка любых металлов, в том числе и высоколегированных жаропрочных сталей, имеющих в составе титан, никель и молибден, температура плавления которых выше 3000°С;
фигурный раскрой тонколистовых материалов (токопроводящих) благодаря высокой точности реза.

Кроме всего, плазморезы (в качестве альтернативы лазерным резакам) применяются в составе автоматических линий на крупных предприятиях для вырезания деталей различной конфигурации из листовых материалов.

Следует различать такие понятия, как плазменная резка и плазменная сварка. Последняя доступна только на дорогом, профессиональном оборудовании, стоимость которого начинается от 100 тыс. рублей.

Инвертор или трансформатор

Существуют различные способы, а также чертежи и схемы, по которым можно сделать плазменный резак. Например, если его делать на основе трансформаторного сварочника, то подойдет схема плазмореза, предоставленная ниже, на которой подробно расписано, какие детали нужны для изготовления данного модуля.

Если у вас уже есть инвертор, то чтобы его переделать в плазменный резак, потребуется небольшая доработка, а именно добавить в электрическую схему аппарата осциллятор. Он подключается между инвертором и плазмотроном двумя способами, как показано на следующем рисунке.

Осциллятор можно спаять самостоятельно по схеме, предоставленной ниже.

Если делать плазменный резак самостоятельно, то выбирать трансформатор в качестве источника тока не рекомендуется по нескольким причинам:

агрегат потребляет много электроэнергии;
трансформатор имеет большой вес и неудобен в транспортировке.

Несмотря на это, сварочный трансформатор имеет и положительные качества, например, нечувствительность к перепадам напряжения. Также им можно резать металл большой толщины.

Но преимущества аппарата для плазменной резки на инверторе перед трансформаторным агрегатом налицо:

малый вес;
высокий показатель КПД (выше на 30%, чем у трансформатора);
малое потребление электричества;
качественная резка благодаря более стабильной дуге.

Поэтому предпочтительнее сделать плазморез из сварочного инвертора, чем из трансформатора.

Типовая конструкция плазмореза

Чтобы собрать аппарат, благодаря которому будет возможна воздушно-плазменная резка металлов, потребуется иметь в наличии следующие составляющие.

Источник питания. Требуется для подачи на электрод горелки электрического тока. В качестве источника питания может выступать либо трансформатор (сварочный), выдающий переменный ток, либо сварочный агрегат инверторного типа, на выходе которого наблюдается постоянный ток. Исходя из вышесказанного, предпочтительнее использовать инвертор, причем с функцией аргонной сварки. В таком случае он будет иметь разъем для подключения шлангопакета и место для подсоединения газового шланга, что упростит переделку аппарата.
Плазмотрон (резак). Является очень важной деталью оборудования, которая имеет сложную конструкцию. В плазмотроне происходит образование струи плазмы под воздействием электрического тока и направленного потока воздуха. Если вы решились собрать плазморез своими руками, то данный элемент лучше приобрести в готовом виде, на китайских сайтах.
Осциллятор. Требуется для эффективного розжига дуги и ее стабилизации. Как уже говорилось выше, паяется по несложной схеме. Но если вы не сильны в радиоделе, то данный модуль можно купить в Китае за 1400 руб.
Компрессор. Предназначен для создания воздушного потока, поступающего в горелку. Благодаря ему охлаждается плазмотрон, повышается температура плазмы и сдувается расплавленный металл с места реза на заготовке. Для самоделки подойдет любой компрессор, к которому обычно подключают краскопульт. Но чтобы убрать водяные пары из воздуха, нагнетаемого компрессором, потребуется установка фильтра-осушителя.
Кабель-шланг. Через него в горелку поступает ток, способствующий розжигу электрической дуги и ионизации газов. Также через данный шланг подается сжатый воздух в горелку. Кабель-шланг можно изготовить самостоятельно, разместив электрический кабель и кислородный шланг внутри, например, водопроводного шланга подходящего диаметра. Но все же лучше купить готовый шлангопакет, который будет иметь все элементы для подсоединения к плазмотрону и к агрегату.
Кабель массы. Имеет на конце зажим для прикрепления к обрабатываемому металлу.

Сборка аппарата

После того, как все нужные элементы будут подготовлены, можно приступать к сборке плазмореза:

подсоедините к инвертору шланг, через который будет осуществляться подача воздуха от компрессора;
подсоедините к лицевой стороне инвертора шлангопакет и кабель массы;
к шлангопакету подсоедините горелку (плазмотрон).

После сборки всех элементов можно приступать к испытаниям оборудования. Для этого подсоедините кабель массы к детали или металлическому столу, на котором она размещена. Включите компрессор и дождитесь, пока он накачает в ресивер необходимое количество воздуха. После автоматического отключения компрессора включите инвертор. Поднесите горелку вплотную к металлу и нажмите кнопку пуска, чтобы между электродом горелки и заготовкой возникла электрическая дуга. Она под воздействием кислорода превратится в поток плазмы, и начнется резка металла.

Советы по эксплуатации самодельного плазмореза

Для того чтобы самодельный плазморез из сварочного инвертора мог работать эффективно и продолжительное время, следует прислушаться к советам специалистов, относящихся к эксплуатации аппарата.

Рекомендуется иметь определенное количество прокладок, которые применяются для подключения шлангов. Особенно их наличие следует проверять, когда приходится часто перевозить агрегат. В некоторых случаях отсутствие необходимой прокладки сделает использование аппарата невозможным.
Поскольку сопло резака подвергается воздействию высоких температур, то оно со временем изнашивается и выходит из строя. Поэтому следует заранее побеспокоиться о приобретении запасных сопел.
Подбирая комплектующие для плазмореза, следует учитывать, какой мощности агрегат вы хотите получить. В первую очередь это касается выбора подходящего инвертора.
При выборе электрода для горелки, если вы ее изготавливаете самостоятельно, нужно отдать предпочтение такому материалу, как гафний. Этот материал в процессе нагрева не выделяет вредных веществ. Но все же настоятельно рекомендуется использовать готовые резаки, изготовленные на заводе, в которых соблюдаются все параметры по завихрению воздушного потока. Самодельный плазматрон не гарантирует качественной резки и быстро выходит из строя.

Что относится к правилам безопасности, то работу следует проводить в специальной одежде, защищающей от брызг раскаленного металла. Также для защиты глаз следует одевать сварочные очки “хамелеоны”.

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.

Принцип действия большинства плазматронов мощностью от нескольких кВт до нескольких мегаватт, практически один и тот же. Между катодом, выполненным из тугоплавкого материала, и интенсивно охлаждаемым анодом, горит электрическая дуга.

Через эту дугу продувается рабочее тело (РТ) - плазмообразующий газ, которым может быть воздух, водяной пар, или что другое. Происходит ионизация РТ, и в результате на выходе получаем четвертое агрегатное состояние вещества, называемое плазмой.

В мощных аппаратах вдоль сопла ставится катушка эл.магнита, он служит для стабилизации потока плазмы по оси и уменьшения износа анода.

В этой статье описывается уже вторая по счету конструкция, т.к. первая попытка получить устойчивую плазму не увенчалась особым успехом. Изучив устройство "Алплаза", мы пришли к выводу что повторять его один в один пожалуй не стоит. Если кому интересно - все очень хорошо описано в прилагаемой к нему инструкции.

Наша первая модель не имела активного охлаждения анода. В качестве рабочего тела использовался водяной пар из специально сооруженного электрического парогенератора - герметичный котел с двумя титановыми пластинками, погруженными в воду и включенными в сеть 220V.

Катодом плазматрона служил вольфрамовый электрод диаметром 2 мм который быстро отгорал. Диаметр отверстия сопла анода был 1.2 мм, и оно постоянно засорялось.

Получить стабильную плазму не удалось, но проблески все же были, и это стимулировало к продолжению экспериментов.

В данном плазмогенераторе в качестве рабочего тела испытывались пароводяная смесь и воздух. Выход плазмы получился интенсивнее с водяным паром, но для устойчивой работы его необходимо перегревать до температуры в не одну сотню градусов, чтобы не конденсировался на охлажденных узлах плазматрона.

Такой нагреватель еще не сделан, поэтому эксперименты пока что продолжаются только с воздухом.

Фотографии внутренностей плазматрона:

Анод выполнен из меди, диаметр отверстия сопла от 1.8 до 2 мм. Анодный блок сделан из бронзы, и состоит из двух герметично спаянных деталей, между которыми существует полость для прокачки охлаждающей жидкости - воды или тосола.

Катодом служит слегка заостренный вольфрамовый стержень диаметром 4 мм, полученный из сварочного электрода. Он дополнительно охлаждается потоком рабочего тела, подаваемого под давлением от 0.5 до 1.5 атм.

А вот полностью разобранный плазматрон:

Электропитание подводится к аноду через трубки системы охлаждения, а к катоду - через провод, прицепленный его держателю.

Запуск, т.е. зажигание дуги, производится закручиванием ручки подачи катода до момента соприкосновения с анодом. Затем катод надо сразу же отвести на расстояние 2..4 мм от анода (пара оборотов ручки), и между ними продолжает гореть дуга.

Электропитание, подключение шлангов подачи воздуха от компрессора и системы охлаждения - на следующей схеме:

В качестве балластного резистора можно использовать любой подходящий электронагревательный прибор мощностью от 3 до 5 кВт, например подобрать несколько кипятильников, соединенных параллельно.

Дроссель выпрямителя должен быть рассчитан на ток до 20 A, наш экземпляр содержит около сотни витков толстой медной проволоки.

Диоды подойдут любые, рассчитанные на ток от 50 А и выше, и напряжение от 500 V.

Воздушный компрессор для подачи рабочего тела взят автомобильный, а для прокачки охлаждающей жидкости по замкнутому контуру используется автомобильный омыватель стекол. Электропитание к ним подводится от отдельного 12-вольтового трансформатора с выпрямителем.

Немного о планах на будущее

Как показала практика, и эта конструкция тоже оказалась экспериментальная. Наконец-то получена стабильная работа в течение 5 - 10 минут. Но до полного совершенства еще далеко.

Сменные аноды постепенно выгорают, а делать их из меди, да еще с резьбой, затруднительно, уж лучше бы без резьбы. Система охлаждения не имеет прямого контакта жидкости со сменным анодом, и из-за этого теплообмен оставляет желать лучшего. Более удачным был бы вариант с прямым охлаждением.

Детали выточены из имевшихся под рукой полуфабрикатов, конструкция в целом слишком сложна для повторения.

Также необходимо найти мощный развязывающий трансформатор, без него пользоваться плазматроном опасно.

И под завершение еще снимки плазматрона при разрезании проволоки и стальных пластинок. Искры летят почти на метр :)

спасибо вашему сайту за то что открыли мне глаза на армянскую лоханку с говном..а то я бы там так и бултыхался))))

Электрошокеры своими руками. Внимание - администраци сайта не несет ответственности за возможный ущерб, который может быть нанесен вследствии полученых знаний. Помните - высокое напряжение ОПАСНО ДЛЯ ЖИЗНИ!

Читайте также: