Плазменный резак часто используется сварщиками, когда нужно осуществлять резку металлических изделий. Совсем не обязательно использовать покупные изделия, которые продаются отдельно. Можно сделать плазморез из сварочного инвертора своими руками. Такой инструмент может хорошо подойти для бытового использования. Он обеспечивает рез высокого качества с тонким слоем прорезания. С его помощью можно осуществлять обработку различных заготовок с высоким уровнем аккуратности.
Если вы решили сделать самодельный плазморез из сварочного инвертора, то в первую очередь следует обратить на силу тока. Его величина определяется источником питания. В данном случае инвертор является намного более предпочтительным вариантом, чем трансформатор, так как он предлагает более стабильную работу. Также у него экономичное энергопотребление, в отличие от прямого конкурента. Естественно, что по такому параметру, как толщина прорезаемой заготовки он уступает трансформатору. Во всех остальных параметрах инвертор оказывается более удобным. Он не столь массивен и габаритен, а коэффициент полезного действия у него заметно выше. Все это сказывается на качестве работы.
Чтобы собрать конструкцию полностью, можно применять готовые детали, которые продаются в соответствующих магазинах. Вполне возможно, что все комплектующие уже могут быть в наличии дома. Во время сборки нужно четко придерживаться схемы, а также построения отдельных ее элементов. Сопло желательно подбирать подлиннее, но не слишком длинное, так как со временем его нужно будет заменять из-за высокого износа.
Схема работы плазмореза
Плазморез из сварочного инвертора позволяет данному виду техники выполнять свое основное предназначение, а именно, подавать сильно разогретый воздух на металлические изделия. Температура может достигать более тысячи градусов, что приводит к нагреву кислорода. В результате нагрева он поступает на поверхность металлического изделия под давлением. Это приводит к разрезанию металла. Чтобы ускорить данную процедуру, следует обеспечить дополнительную ионизацию среды электрическим током.
Схема плазменного инвертора, его силовой части выглядит следующим образом:
Схема плазменного инвертора (управления аппаратом) имеет следующий вид:
Конструкция плазмореза
Плазморез из сварочного инвертора можно сделать при наличии следующих деталей:
- Компрессор – устройство, которое обеспечивает подачу мощного воздушного потока под давлением;
- Плазмотрон – выглядит как обыкновенной сварочный резак, с его помощью производятся все основные процедуры по резке;
- Электроды – с их помощью оснащаются некоторые виды техники, они служат для розжига дуги;
- Сопло – это наиболее функциональный конструктивный элемент инверторного плазмореза, так как оно дает возможность определить вариант сложности работ, исходя из своей формы и других параметров;
- Плазморез – элемент, выполняемый в виде косвенного или прямого воздействия.
Конструктивные элементы для сборки
Перед тем как самому сделать плазморез из сварочного инвертора, следует определиться с конструктивными элементами, так как их следует правильно подобрать.
Первым делом нужно обратить внимание на источник питания. В данном случае им выступает . Он обеспечивает подачу тока с заданными характеристиками на устройство. При отсутствии инвертора можно воспользоваться обыкновенным трансформатором.
Плазмотрон является основным элементом в конструкции, так что его подбирают с особой тщательностью. Мощность воздушного компрессора должна быть достаточно высокой, чтобы можно было резать достаточно толстые заготовки. Здесь нужно еще позаботиться о достаточной длине шлангов, чтобы процесс проходил удобно на любом расстоянии
Для плазмотрона нужно подобрать соответствующий электрод, который был бы сделан из подходящего материала. Наиболее подходящим вариантом является торий, бериллий, гафний и цирконий. Эти виды металла хорошо подходят по той причине, что во время нагрева они создают тугоплавкие пленки оксида на своей поверхности. Это обеспечивает высокий уровень защиты и предотвращает инструменты от разрушения.
От характеристик сопла зависит общий результат работы и ее качество. Одним из лучших вариантов является сопло с диаметром около 3 см. Длина влияет на качество и аккуратность исполнения разреза. Но если оно будет слишком длинным, то это приведет к его быстрому разрушению.
Ни один плазморез не обходится без компрессора. Он не только подает воздух под давлением, но и может служить как дополнительная система охлаждения.
Процесс изготовления резака своими руками
Плазморез из сварочного аппарата своими руками сделать не так уж сложно, при наличии соответствующих инструментов и материалов. Когда все элементы правильно подобраны и подготовлены к сборке, то можно приступать к сборке. Чтобы соединить компрессор, плазмотрон и источник питания, необходимо использовать особый кабель-шланговый пакет. В данном деле главное соблюдать правильный порядок.
- Проверяется работоспособность сварочного инвертора, а затем от при помощи кабеля подключается к электроду, что обеспечивает создание дуги.
- Сжатый воздух подается от компрессора через шланг.
- Шланг соединяет компрессор и плазмотрон, который должен преобразовывать струю воздуха в плазму для резки.
Если все уже собрано, следует проверить работоспособность аппарата. Когда техника включена, то инвертор должен подавать высокочастотный ток на плазмотрон. В этот момент в зажигается дуга и ее температура может составлять, примерно, 6-8 тысяч градусов. Из патрубка подается воздух, который проходит через электрическую дугу. Его объем начинает увеличиваться до 100 раз. На данном этапе происходит ионизация электрической дуги.
Вся субстанция выводится из сопла, которое помогает сформировать узкий поток рабочей среды. Скорость подачи потока составляет до 3 м/с. В это же время рабочая температура повышается до 30 тысяч градусов Цельсия, что создает плазму. Когда плазма соприкасается с деталью, то дежурная дуга начинает гаснуть, а вместо нее зажигается режущая. Благодаря потоку воздуха все расплавленные детали металла сдуваются. Это обеспечивает получение аккуратного шва.
Во время работы следует обращать внимание, чтобы пятно дуги располагалось непосредственно по центру электрода. Чтобы поддерживать все в стабильном состоянии, здесь используется тангенциальная подача воздуха. Если во время работы произошли какие-либо нарушения воздушного потока, то качество резки начнет сильно ухудшаться.
Заключение
Как стало видно, создать плазморез из сварочного инвертора своими руками не составляет большого труда. Для этого может подойти практически любой доступный источник питания, будь то или отечественные. При самостоятельном создании используются зачастую покупные конструктивные элементы, что делает сам процесс более безопасным. Здесь не так уж много элементов для сборки и подобрать их по необходимым параметрам для специалистов не составит особого труда.
Работу по раскрою металлических листов выполнить не так-то просто без специального оборудования. Поэтому все домашние мастера, который сталкиваются с подобной задачей, должны позаботиться о наличии в своем арсенале такого инструмента, как аппарат ручной плазменной резки. Это оборудование отличается компактными размерами и позволяет в домашних условиях легко разрезать железные листы на фрагменты подходящего размера.
Этот инструмент обладает множеством достоинств, главным из которых является то, что во время разделения заготовок на отрезки владельцу не придется впоследствии заниматься обработкой краев деталей. Чтобы упростить работу с этим оборудованием, нелишним будет каждому домашнему умельцу получить представление о существующих разновидностях этих аппаратов, их конструкции, принципе работы и правилах выбора.
Оборудование для плазменной резки металла
Все многообразие подобных инструментов можно классифицировать на две основные группы:
- производственного;
- домашнего назначения.
Особенностью аппаратов, представляющих первую группу, являются большие размеры и значительный вес. В их конструкции предусмотрено ЧПУ (числовое программное управление). Это приспособление упрощает изготовление деталей различных форм.
Работа с таким оборудованием заключается в разработке макета с использованием специального программного обеспечения. Именно на него впоследствии придется ориентироваться во время выполнения работы. После этого созданный в требуемом формате файл поступает на машину , а там уже выполняется его отрезание. Стоит заметить, что подобное оборудование недешево: цена на эти агрегаты может достигать десятков тысяч долларов.
Более простое устройство имеют аппараты, предназначенные для плазменной резки в домашних условиях. По своему исполнению они имеют вид компактного блока
, который работает от электроэнергии и дополнен такими компонентами, как шланг и наконечник, обеспечивающие электрическую дугу. Именно благодаря ей и выполняется резка.
Также дуга позволяет разделять железные листы и обеспечивать высокое качество краев. Учитывая, что для разрезания заготовки используется необычный инструмент в виде ножовки или диска, владельцу не придется тратить время и силы на дополнительную шлифовку деталей. Оборудование для домашнего использования привлекательно тем, что его можно перевозить в любое место, а также хранить и использовать на протяжении длительного времени.
Предлагаемые на рынке модели устройств для плазменной резки рассчитаны на работу с различными видами материалов, что определяется типа газа, который имеется в механизме. При помощи воздушно-плазменного типа установок можно заниматься резкой заготовок из черных металлов и их сплавов
. Если возникла задача по разделению деталей из цветных металлов и их комбинаций, желательно применять оборудование, где используются неактивные элементы наподобие водорода, азота или аргона. Однако к подобному варианту газовой резки в бытовых условиях прибегают нечасто.
Отличие аппаратов прямого и косвенного действия
Сегодня можно найти различные варианты ручных аппаратов, в которых реализован различный принцип функционирования. Работа установок прямого действия основывается на использовании электрической дуги. Последняя выглядит как цилиндр
, и к ней непосредственно подведена струя газа. Благодаря подобной конструкции дуга нагревается до высоких температур порядка 20 000 градусов. И в то же время она способна эффективно охлаждать прочие элементы устройства.
Если говорить об установках косвенного действия, то их особенностью является меньший КПД. Именно этим и обусловлено то, что к ним прибегают не так часто.
Говоря про их устройство, следует отметить, что основная цель здесь заключается в размещении активных точек цепи на трубе либо специальном вольфрамовом электроде . Оборудование косвенного действия получило распространение для напыления, нагрева металлических устройств, причем в качестве режущего оборудования их не используют. В большинстве своем с помощью подобного ручного механизма выполняют ремонт автомобильных узлов, не прибегая к извлечению их из корпуса.
При этом подобным установкам присуща одна общая особенность: они способны работать только при наличии воздушных фильтров и охладителей. Польза от первых заключается в увеличении срока службы катода и анода, ускорении запуска механизма, который эксплуатируется довольно долго.
Что же касается второго элемента, то он необходим для увеличения эксплуатационного ресурса аппарата, работающего в непрерывном режиме. Оптимально, когда в течение часа беспрерывной резки этим аппаратом выделяют на отдых порядка 20 минут. Эти характеристики являются очень важными и должны учитываться вне зависимости от типа исполнения выбираемого устройства.
Конструкция ручного плазмореза
Возможность выполнять свою функцию подобному аппарату обеспечивает подача сильно нагретого воздуха на металлический лист. В условиях температуры, достигающей нескольких десятков тысяч градусов, при которой происходит нагрев кислорода
, последний под большим давлением поступает на поверхность, что приводит к ее резке.
Более быстрое выполнение этой операции обеспечивается с учетом ионизации электрическим током. Продлить срок службы подобного оборудования можно при условии, что в его оснащении будут присутствовать следующие элементы:
- Плазмотрон . Имеет вид резака, в обязанности которого входит выполнение основных задач;
- Плазморез . Это устройство может быть выполнено в варианте прямого или косвенного воздействия;
- Сопло . Это приспособление превосходит по функциональности все прочие элементы оборудования. Оно дает понять, для выполнения резки какой сложности предназначена конкретная модель;
- Электроды . Ими оснащаются отдельные виды устройств;
- Компрессор . С его помощью создается мощный воздушный поток.
Как сделать плазморез из инвертора - инструкция
При желании подобное оборудование в состояние изготовить своими руками любой владелец. Однако, чтобы самодельный плазморез смог эффективно выполнять свою работу, необходимо соблюсти все правила. В подобном деле инвертор будет практически незамени м, так как при помощи этого устройства будет обеспечена надежная подача тока. За счет него в работе плазмореза не будет возникать перебоев, а также удастся уменьшить расход электроэнергии. Однако при этом у него имеются и недостатки: он рассчитан на резку материала меньшей толщины, нежели при использовании трансформатора.
Выбор элементов
Если вы решили самостоятельно изготовить плазморез, то вам следует подготовить необходимые материалы и оборудование:
Сборка
Еще до начала сборки самодельного плазмореза не помешает выяснить, совместимы ли компоненты, приобретенные вами между собой. Если вам ранее не приходилось изготавливать своими руками аппарат плазменной резки, то желательно обратиться за помощью к более опытным мастерам.
Проведя анализ мощности каждого необходимого элемента, они дадут вам свою рекомендацию. Обязательно стоит позаботиться о наличии защитного комплекта одежды . Его вам придется использовать, когда настанет время проверить работоспособность самодельного плазмореза. Если говорить о процедуре сборки оборудования для плазменной резки, то она включает в себя следующие этапы:
Вне зависимости от того, планируете ли вы изготавливать плазморез своими руками или же приобрести его в магазине, вначале следует изучить все модели, познакомиться с принципами их работы и вариантами исполнения. Важным моментом является и тип материала, который планируется в дальнейшем резать с помощью этого оборудования. Упростить себе задачу по выбору вы сможете, если вначале посмотрите видео, в котором показывается принцип действия аппарата ручной плазменной резки и технология работы с ним.
Средняя стоимость оборудования
Сегодня в магазинах представлено большое количество оборудования для ручной резки металлов, которые предлагаются по различным ценам. Причем на стоимость этих аппаратов будут оказывать влияние несколько факторов:
Избежать ошибок на этапе выбора инструмента для резки металлов можно при условии, что вы посетите несколько магазинов и сравните условия, на которых вам готовы продать это оборудование. Рассматривая различные модели плазморезов , сразу следует поинтересоваться ценами на комплектующие, без которых не обойтись, если придется выполнять ремонт этого оборудования. В среднем цены запасные части к плазморезам с учетом толщины среза находятся в следующем диапазоне:
- При толщине не более 30 мм – 150–300 тыс. руб.;
- При толщине не более 25 мм – 81–220 тыс. руб.;
- При толщине не более 17 мм – 45–270 тыс. руб.;
- При толщине не более 12 мм – 32–230 тыс. руб.;
- При толщине не более 10 мм – 25–20 тыс. руб.;
- При толщине не более 6 мм – 15–200 тыс. руб.
Заключение
Оборудование для плазменной резки металлов является высокотехнологичным устройством, которое способно заметно упростить выполнение работы по разрезанию различных металлических изделий. Причем отнюдь не обязательно приобретать дорогое оборудование в магазине, каждый владелец может изготовить этот аппарат своими силами.
Для этого достаточно подготовить все необходимое оборудование и в точности следовать технологии сборки плазмореза. Даже изготовленный своими руками плазморез способен обеспечить такое же качество резки стальных деталей, как и оборудование, предлагаемое в магазинах.
Домашние мастера, занимающиеся обработкой металла, сталкиваются с необходимостью раскраивать металлические заготовки. Это можно сделать при помощи угловой шлифовальной машины (болгарки), кислородного резака или плазмореза.
- Болгарка. Качество среза очень высокого уровня. Однако выполнить фигурный раскрой невозможно, особенно если это касается внутренних отверстий с изогнутыми краями. К тому же есть ограничения по толщине металла. Тонкие листы резать болгаркой невозможно. Главное преимущество – ценовая доступность;
- Кислородный резак. Может вырезать отверстие любой конфигурации. Но добиться ровного среза невозможно в принципе. Края получаются рваными, с каплями оплавленного металла. Тяжело режется толщина более 5 мм. Приспособление не слишком дорогое, но требуется иметь большой запас кислорода для работы;
- Плазморез. Доступным этот прибор не зазовешь, но высокая стоимость оправдана качеством среза. После раскроя, заготовка практически не нуждается в дополнительной обработке.
Учитывая неподъемную для большинства домашних мастеров цену – многие умельцы «кулибины» изготавливают плазменный резак .
Способов несколько – можно создать конструкцию полностью «с нуля», или использовать готовые приспособления. Например – из сварочного аппарата, несколько модернизированного под новые задачи.
Изготовить плазморез своими руками реальная задача, но сначала необходимо понять, как он работает.
Общая схема изображена на иллюстрации:
Устройство плазмореза
Блок питания.
Он может быть сконструирован по-разному. Трансформатор имеет большие габариты и массу, но позволяет резать более толстые заготовки.
Потребление электроэнергии выше, это необходимо учитывать при выборе точки подключения. Такие блоки питания мало чувствительны к перепадам входного напряжения.
В отличие от , инвертор отличается компактностью, малым весом и высоким КПД, что объясняет его популярность в домашних мастерских, небольших гаражах и цехах.
Он позволяет закрывать большинство потребностей в сварочных работах, но для качественной резки требуется лазерный аппарат или плазморез.
Лазерное оборудование очень дорогое, плазморез тоже стоит недешево. небольшой толщины имеет прекрасные характеристики, недостижимые при использовании электросварки. При этом силовой блок у плазмореза и во многом имеют одинаковые характеристики.
Возникает желание сэкономить, и при небольшой доработке использовать его и для плазменной резки. Оказалось, что это возможно, и можно встретить много способов переделки сварочных аппаратов, в том числе инверторных, в плазморезы.
Аппарат плазменной резки представляет собой тот же сварочный инвертор с осциллятором и плазмотроном, кабелем массы с зажимом и внешним или внутренним компрессором. Часто компрессор используется внешний и в комплект поставки не входит.
Если у владельца сварочного инвертора имеется еще и компрессор, то можно получить самодельный плазморез, приобретя плазмотрон и сделав осциллятор. В итоге получится универсальный сварочный аппарат.
Принцип работы горелки
Работа аппарата плазменной сварки и резки (плазмореза) основана на использовании в качестве режущего или сваривающего инструмента плазмы, четвертого состояния вещества.
Для ее получения требуется высокая температура и газ под высоким давлением. При создании между анодом и катодом горелки электрической дуги в ней поддерживается температура в несколько тысяч градусов.
Образование плазмы
Если пропустить при таких условиях через дугу струю газа, то он ионизируется, расширится в объеме в несколько сотен раз и нагреется до температуры в 20-30 тысяч °C, превращаясь в плазму. Высокая температура почти мгновенно расплавляет любой металл.
В отличие от кумулятивного снаряда процесс образования плазмы в плазмотроне регулируемый.
Анод и катод в резаке плазмореза находятся на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга. Осциллятор вырабатывает импульсный ток большой величины и частоты, пропускает его между анодом и катодом, что приводит к возникновению электрической дуги.
После этого через дугу пропускается газ, который ионизируется. Так как все происходит в замкнутой камере с одним выходным отверстием, то получившаяся плазма с огромной скоростью вырывается наружу.
На выходе горелки плазмореза она достигает температуры 30000 ° и плавит любой металл. Перед началом работ к заготовке с помощью мощного зажима подсоединяется провод массы.
Когда плазма достигает заготовки, то электрический ток начинает течь через кабель массы и плазма достигает максимальной мощности. Ток доходит до 200-250 А. Цепь анод – катод разрывается с помощью реле.
Резка
При пропадании основной дуги плазмореза, эта цепь опять включается, не давая исчезнуть плазме. Плазма играет роль электрода в электродуговой сварке, она проводит ток, а благодаря своим свойствам создает в области соприкосновения с металлом область с высокой температурой.
Площадь соприкосновения струи плазмы и металла маленькая, температура высокая, нагрев происходит очень быстро, поэтому практически отсутствуют напряжения и деформации заготовки.
Срез получается ровный, тонкий не требующий последующей обработки. Под напором сжатого воздуха, который используется в качестве рабочего тела плазмы, жидкий металл выдувается и получается рез высокого качества.
При использовании инертных газов с помощью плазмореза можно проводить качественную сварку без вредного воздействия водорода.
Плазмотрон своими руками
При изготовлении плазмореза из сварочного инвертора своими руками самой сложной частью работ является производство качественной режущей головки (плазмотрона).
Инструменты и материалы
Если делать плазменный резак своими руками, то легче использовать в качестве рабочего тела воздух. Для изготовления понадобятся:
Расходные материалы плазмореза в виде сопел, электрода стоит купить в магазине сварочного оборудования. Они в процессе резки и сварки выгорают, поэтому имеет смысл приобретать по несколько штук на каждый диаметр сопла.
Чем тоньше металл для резки, тем меньше должно быть отверстие сопла горелки плазмореза. Чем толще металл, тем больше отверстие сопла. Наиболее часто используется сопло с диаметром 3 мм, оно перекрывает большой диапазон толщин и видов металлов.
Сборка
Сопла горелки плазмореза прикрепляются прижимной гайкой. Непосредственно за ним располагается электрод и изолирующая втулка, которая не позволяет возникнуть дуге в ненужном месте устройства.
Затем расположен завихритель потока, который направляет его в нужную точку. Вся конструкция помещается во фторопластовый и металлический корпус. К выходу трубки на ручке горелки плазмореза приваривается патрубок для подсоединения воздушного шланга.
Электроды и кабель
Для плазмотрона требуется специальный электрод из тугоплавкого материала. Обычно их изготавливают из тория, бериллия, гафния и циркония. Их применяют из-за образования при нагреве тугоплавких окислов на поверхности электрода, что увеличивает длительность его работы.
При использовании в домашних условиях предпочтительней применение электродов из гафния и циркония. При резке металла они не вырабатывают токсичных веществ в отличие от тория и бериллия.
Кабель от инвертора и шланг от компрессора к горелке плазмореза нужно прокладывать в одной гофрированной трубе или шланге, что обеспечит охлаждение кабеля в случае его нагрева и удобство в работе.
Сечение медного провода нужно выбрать не менее 5-6 мм2. Зажим на конце провода должен обеспечивать надежный контакт с металлической деталью, в противном случае дуга с дежурной не перекинется на основную дугу.
Компрессор на выходе должен иметь редуктор для получения нормированного давления на плазмотроне.
Варианты прямого и косвенного действия
Конструкция горелки плазмореза довольно сложная, выполнить в домашних условиях даже при наличии различных станков и инструментов сложно без высокой квалификации работника. Поэтому изготовление деталей плазмотрона нужно поручить специалистам , а еще лучше приобрести в магазине. Выше была описана горелка плазмотрона прямого действия, она может резать только металлы.
Существуют плазморезы с головками косвенного действия. Они способны резать и неметаллические материалы. В них роль анода выполняет сопло, и электрическая дуга находится внутри горелки плазмореза, наружу под давлением выходит только плазменная струя.
При простоте конструкции устройство требует очень точных настроек, в самодеятельном изготовлении практически не применяется.
Доработка инвертора
Для использования инверторного источника питания для плазмореза его нужно доработать. К нему нужно подключить осциллятор с блоком управления, который будет выполнять функцию пускателя, поджигающего дугу.
Схем осцилляторов встречается довольно много, но принцип действия один. При запуске осциллятора между анодом и катодом проходят высоковольтные импульсы, которые ионизируют воздух между контактами. Это приводит к снижению сопротивления и вызывает возникновение электрической дуги.
Затем включается газовый электроклапан и под давлением воздух начинает проходить между анодом и катодом через электрическую дугу. Превращаясь в плазму и достигая металлической заготовки, струя замыкает цепь через нее и кабель массы.
Основной ток величиной примерно 200 А начинает течь по новой электрической цепи. Это вызывает срабатывание датчика тока, что приводит к отключению осциллятора. Функциональная схема осциллятора изображена на рисунке.
Функциональная схема осциллятора
В случае отсутствия опыта работы с электрическими схемами можно воспользоваться осциллятором заводского производства типа ВСД-02. В зависимости от инструкции по подключению они присоединяются последовательно или параллельно в схему питания плазмотрона.
Перед изготовлением плазмореза, необходимо определить предварительно с какими металлами, и какой толщины хотите работать. Для работы с черным металлом достаточно компрессора.
Для резки цветных металлов потребуется азот, высоколегированной стали нужен аргон. В связи с этим, возможно, потребуется тележка для перевозки газовых баллонов и понижающие редукторы.
Как любое оборудование и инструмент, сварочный аппарат с плазменной головкой требует определенной сноровки от пользователя. Движение резака должно быть равномерным, скорость зависит от толщины металла и его вида.
Медленное движение приводит к образованию широкого реза с неровными краями. Быстрое перемещение приведет к тому, что металл прорезается не во всех местах. При должной сноровке можно получить качественный и ровный срез.
Резка листового металла плазмой обычно применяется на крупных производствах для изготовления сложных по конфигурации деталей. Резать на промышленных станках можно любые металлы - сталь обычную и нержавеющую, алюминий, медь, латунь, сверхтвердые сплавы. Плазморез своими руками сделать тоже можно, причем вполне работоспособную конструкцию, правда с несколько ограниченными возможностями.
Для крупносерийного производства она будет непригодна, но вырезать несколько деталей в слесарной мастерской, металлообрабатывающем цехе или в домашних условиях, в гараже, например, всегда получится. При этом по сложности конфигурации и твердости обрабатываемого металла ограничений практически нет. Ограничения касаются толщины металла, размеров листа и скорости резания.
Проще всего построить плазменный аппарат для резки на базе инверторного сварочного аппарата. Плазморез своими руками из инвертора отличается относительно простой конструкцией, работоспособностью, доступностью основных узлов и деталей. Которые нет возможности купить, можно сделать самостоятельно в условиях мастерской средней оснащенности оборудованием.
Самодельный аппарат плазменной резки не оборудуется ЧПУ - в этом его недостаток и преимущество. Недостаток состоит в том, что сложно изготовить две абсолютно точные детали при управлении вручную. Даже мелкие серии заготовок будут в чем-то отличаться.
Преимущество же состоит в том, что один из самых дорогостоящих узлов не придется покупать. Сделать его под силу не каждому инженеру высшей квалификации, а собирать из готовых узлов - то же, что покупать новое устройство. Для мобильного резака ЧПУ не нужно, в силу других задач, которые он выполняет.
Главными составными частями самодельного плазмореза являются:
- источник постоянного тока;
- плазмотрон;
- осциллятор
- компрессор или баллон со сжатым газом;
- шланги подключения;
- кабеля питания.
Как видно, ничего особо сложного в состав аппарата не входит. Но сложности начинаются при ближайшем рассмотрении характеристик того или иного узла.
Источник тока
Особенности плазменной резки требуют, чтобы сила тока находилась по меньшей мере на уровне сварочного аппарата средней мощности. Такой ток вырабатывается обычным сварочным трансформатором и инверторным аппаратом. В первом случае установка получится условно мобильной - большой вес и габариты трансформатора затруднит ее перемещение. В сочетании с баллоном для сжатого газа или компрессором система получится довольно громоздкой.
Кроме того, трансформаторы отличаются невысоким КПД, что приведет к повышенному расходу электроэнергии при резке металла. Схема с использованием инвертора несколько проще и удобнее в эксплуатации, как и выгоднее по затратам энергии. Из сварочного инвертора получится довольно компактный плазморез, который без труда справиться с резкой металла толщиной до 25-30 мм. Именно для таких толщин применяются и промышленные установки. на трансформаторе сможет обрабатывать более толстые заготовки, но это требуется реже. Все преимущества плазменной резки проявляются именно на тонких и сверхтонких листах. Это:
- точность линии;
- гладкость кромок;
- отсутствие брызг металла;
- нет перегретых зон вблизи места взаимодействия дуги и металла.
Самодельный плазморез собирается на базе любого инверторного аппарата для сварки. Количество режимов работы не имеет значения - нужен только постоянный ток силой более 30А.
Плазмотрон
Второй по важности элемент плазмореза. Рассмотрим коротко принцип его работы. Плазменный резак состоит из двух электродов, один из которых, основной, сделан из тугоплавкого металла, вторым является сопло. Обычно его делают из меди. Катодом служит основной электрод, анодом сопло, а при работе - обрабатываемая токопроводящая деталь.
В данном случае мы рассматриваем плазмотрон прямого действия для резки металлов. Дуга возникает между резаком и обрабатываемой деталью. Существуют еще плазмотроны косвенного действия, которые режут плазменной струей, но о них будет сказано ниже. Плазморез из инвертора рассчитан на прямое действие.
Кроме электрода и сопла, которые являются расходными материалами и могут заменяться по мере износа, в корпусе плазмотрона есть изолятор, разделяющий катодный и анодный узлы и небольшая камера, в которой подаваемый газ завихрятся. В сопле конической или полусферической сделано тонкое отверстие, сквозь которое вырывается раскаленный до температуры 5000-3000 0 С газ.
Подается в камеру газ из баллона или от компрессора по шлангу, совмещенному с кабелями питания, которые образуют шлангово-кабельный пакет. Они соединены в одном изоляционном рукаве, или соединены в виде жгута. Газ поступает в камеру через прямой патрубок, расположенный сверху или сбоку вихревой камеры, которая нужна, чтобы рабочая среда перемещалась только в одну сторону.
Как работает плазмотрон
Газ, поступая под давлением в пространство между соплом (анодом) и электродом (катодом) спокойно проходит в рабочее отверстие и уходит в атмосферу. При включении осциллятора, устройства вырабатывающего импульсный высокочастотный ток, между электродами возникает дуга, которая называется предварительной и нагревает газ, находящийся в ограниченном пространстве камеры сгорания. Температура нагрева столь высока, что он переходит в другой вид физического состояния - плазму.
Этот вид материального состояния отличается тем, что практически все атомы ионизированы, то есть электрически заряженные. Кроме того, давление в камере резко возрастает и газ вырывается наружу в виде раскаленной струи. При поднесении плазмотрона к детали, возникает вторая дуга, более мощная. Если сила тока от осциллятора равна 30-60 А, то рабочая дуга возникает при 180-200 А.
Эта дуга дополнительно разогревает газ, которые разгоняется под действием электрических сил до чрезвычайно высокой скорости - до 1500 м/с. Комбинированное действие высокой температуры плазмы и скорости движения разрезает металл по очень тонкой линии. Толщина разреза зависит от свойств сопла.
По-другому работает плазмотрон косвенного действия, в нем в качестве основного анода выступает сопло. Из резака вырывается не дуга, а поток плазмы - струя, которая и режет не токопроводящие вещества. Оборудование-самоделка с такими плазмотронами работает очень редко.
Из–за сложности устройства плазмотрона и тончайших настроек изготовить его практически невозможно самостоятельно, несмотря на простые чертежи, которые есть в интернете. Он работает под высокими давлениями и температурами и становится попросту опасным, если что-то сделать не так. Плазморез по чертежам своими руками можно собрать из готовых деталей, которые продаются в магазинах сварочного оборудования. Но, как и большинство машин и механизмов, сборка из комплектующих стоит дороже, чем готовый резак в сборе.
Осциллятор
Это своеобразный стартер, служащий для запуска предварительной дуги. Для разбирающихся в электронике схема его несложна. Функциональная схема выглядит так:
А электрическая примерно так (один из вариантов):
Как выглядит и работает самодельный осциллятор видно на видео. Если сборкой электросхем и поиском деталей нет времени заниматься, воспользуйтесь осцилляторами заводского изготовления, например ВСД-02. Его характеристики лучше всего подходят для работы с инвертором. Подсоединяется осциллятор в схему питания плазмотрона параллельно или последовательно, в зависимости от требований инструкции конкретного прибора.
Рабочий газ
Перед тем, как сделать плазморез, следует очертить предварительную сферу его применения. Если вы собираетесь работать только с черными металлами, то обойтись можно только компрессором. Для меди, титана и латуни потребуется азот, а происходит в смеси азота с водородом. Высоколегированные стали режутся в аргоновой атмосфере. В этом случае аппарат рассчитывается еще и под сжатый газ.
Сборка устройства
Ввиду достаточной сложности и многочисленности компонентов аппарата плазменной резки, его трудно разместить в переносном корпусе или ящике. Лучше всего использовать складскую тележку для перевозки товаров. На ней можно компактно расположить инвертор, баллоны или компрессор, кабельно-шланговую группу. В пределах цеха или мастерской перемещать их очень легко. Если потребуется выезд на другой объект, то все можно загрузить в прицеп легкового автомобиля.