Плазморез своими руками из инвертора

Плазморез своими руками из инвертора

На промышленных предприятиях, небольших мастерских, при проведении строительных и ремонтных работ используются ручной плазморез, когда необходимо сделать сварку или резку изделий из металла, а также специальное оборудование оснащенное системами ЧПУ. Для выполнения небольших по объему работ, может использоваться плазморез собранный своими руками из инвертора, который способен обеспечить высокое качество реза или шва с учетом выполняемых операций.

Описание самодельного плазмореза из инвертора

Плазморез своими руками легче смастерить, взяв за основу инверторный сварочный аппарат. Такой агрегат будет простым по конструкции, функциональным, с доступными основными узлами и деталями. Если какие-то детали не продаются, их тоже можно изготовить самостоятельно в мастерской с оборудованием средней сложности.

Самодельный аппарат не оборудуется ЧПУ, в чем его недостаток и преимущество одновременно. Минус ручного управления в невозможности изготовления двух совершенно одинаковых деталей: мелкие серии деталей в чем-то будут отличаться. Плюс в том, что не придется покупать дорогостоящее ЧПУ. Для мобильного плазмореза ЧПУ не нужно, так как того не требуют выполняемые на нем задачи.

Главные составные части самодельного агрегата:

• плазмотрон;
• осциллятор;
• источник постоянного тока;
• компрессор или баллон со сжатым газом;
• кабели питания;
• шланги подключения.

Итак, сложных элементов в конструкции нет. Однако все элементы должны иметь определенные характеристики.

Устройство плазмореза

Итак, теперь вы знаете, что для резки плазморезом используется плазма — ионизированный газ. Плазма обладает крайне высокой степенью проводимости электрического тока. При этом степень проводимости увеличивается со степенью нагрева плазмы. Это значит, что чем выше температура плазмы, тем больше сила резки.

Плазморез заводского производства

Для выполнения резки применяют не чистую плазму, а воздушно-плазменную дугу. Электрический ток напрямую воздействует на металл, формируя рез. Для тех, кто хочет знать больше подробностей, мы поясним. Плазморез формирует воздушно-плазменную дугу, которую сварщик должен направить в зону резки. Металл начнет медленно нагреваться, а вскоре и плавиться. Затем металл, находясь в жидком состоянии, выдувается из зоны резки.

Стандартный плазморез состоит из нескольких компонентов. Самый главный — это инвертор или трансформатор, который играет роль источника питания. Также необходим компрессор и сам резак, который также называют плазматроном.

Отдельно обратим внимание на конструктив плазмотрона. Внутри резака присутствует электрод, который изготавливается из циркония, бериллия, гафния и других редких металлов. При нагревании на поверхности такого электрода образовываются тугоплавкие оксиды, которые защищают сам электрод от разрушения. Это одна из причин, почему не стоит изготавливать резак своими руками. Лучше приобрести его в магазине.

Плазмотрон

Также обратите внимание на сопло, которое напрямую участвует при подаче воздушно-плазменной дуги. Сопло может иметь различную длину и диаметр. Подбирая диаметр, определитесь, как быстро будете выполнять резку. Чем больше диаметр, тем больше и плазменный поток, а значит и резка происходит быстрее. Мы рекомендуем использовать сопло диаметром 3 мм. Оно наиболее универсально.

Что касается длины, то здесь важно соблюдать золотую середину. Чем длиннее сопло, тем быстрее оно выходит из строя. Но при этом качество реза заметно выше. Приобретите сопла разной длины и поэкспериментируйте. Выберите для себя оптимальное.

Источник тока

Если вопрос выбора типа источника питания не принципиальный, следует предпочесть инвертор. Легкий малогабаритный аппарат работает от бытового источника тока 220В. Он легко регулируется, потребляет мало электроэнергии. Большинство сварочных бытовых инверторов имеют рабочий коэффициент 50% и выше. Они имеют систему охлаждения. Платы мало греются, по сравнению с устройством другого оборудования.

В качестве источника питания используется трансформатор, преобразующий электрический переменный ток в сварочный. Он более мощный, позволяет резать металл до 100 мм. Переделать трансформатор проще, чем другие выпрямители. Он имеет ряд недостатков для применения его в бытовых условиях:

• тяжелый;
• габаритный;
• работает от трехфазного тока 380В;
• потребляет много электроэнергии;
• низкий КПД.

Для массового производства партий однотипных деталей в мастерских и цехах, изготавливаются плазморезы из сварочного автомата своими руками.

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.

1. 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.
2. Поскольку сопло резака подвергается воздействию высоких температур, то оно со временем изнашивается и выходит из строя. Поэтому следует заранее побеспокоиться о приобретении запасных сопел.
3. Подбирая комплектующие для плазмореза, следует учитывать, какой мощности агрегат вы хотите получить. В первую очередь это касается выбора подходящего инвертора.
4. 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”.

Испытание

Для испытания собранного агрегата требуется выполнить проверочный рез металла:

• подать электропитание на инвертор;
• спустя 10 минут выключить и проконтролировать на нагрев;
• если не греется, еще раз подать электропитание;
• запустить компрессор;
• после наполнения ресивера открыть воздушный кран и послать воздушный поток сквозь генератор плазмы;
• нажатием кнопки выключателя с механизмом мгновенного действия возбудить вспомогательную электродугу;
• при ее наличии выполнить тестовый рез металла.

По окончании проверки отключить устройство от электросети и еще раз проверить все компоненты на нагрев.

Как устроен плазморез

Любой плазменный резак состоит из нескольких частей:

• плазмотрона, отвечающего непосредственно за создание потока ионизированного газа;
• сварочного трансформатора, выполняющего функции источника питания;
• компрессора для нагнетания воздуха, проходящего через плазмотрон;
• осциллятора, подающего напряжение для формирования раскаленного потока при включении в работу.

Также в комплект устройства обязательно входят кабели, соединяющие сварочный аппарат и горелку, и шланги для подачи воздуха или другого газа из компрессора.

Принцип работы плазмореза состоит в том, что при включении агрегата трансформатор подает напряжение на электрод и сопло. Осциллятор формирует электрическую дугу, а под действием последней разогревается до 8000 °С подаваемый в резак газ. Раскаленный поток с высокой скоростью выходит из сопла и касается разрезаемой детали, а ток идет через трансформатор, после чего специальное реле отключает осциллятор и вспомогательную дугу.

Что нужно для плазмореза

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

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. Плазменный резак 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

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

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

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.

Плазморез из инвертора своими руками! Инструкция, схемы и видеоматериал!

Изготовить рабочий плазморез из сварочного инвертора своими руками не такая уж и сложная задача, как на первый взгляд может показаться. Для того чтобы реализовать данную идею, нужно приготовить все необходимые детали такого устройства:

• Резак плазменный (или по другому — плазмотрон)
• Инвертор сварочный или трансформатор
• Компрессор, с помощью которого будет создаваться воздушная струя, необходимая для формирования и охлаждения потока плазмы.
• Кабели и шланги для объединения всех конструктивных элементов устройства в одну систему.

Плазморез, в том числе и самодельный, успешно применяется для выполнения всевозможный работ как на производстве, так и дома. Это устройство незаменимо в тех ситуациях, когда необходимо выполнить точный, тонкий и качественный разрез металлических заготовок. Отдельные модели плазменных резаков с точки зрения их функциональности позволяют применять их в качестве сварочного аппарата. Такая сварка выполняется в защитном газе аргона.

Обратный кабель и газовый шланг для плазменной резки!

При выборе источника питания для самодельного плазмотрона важно обратить внимание на величину тока, который может генерировать такой источник. Чаще всего для этого выбирают инвертор, который обеспечивает высокую стабильность процесса плазменной резки и позволяет более экономно использовать энергию. В отличие от сварочного трансформатора, обладает компактными размерами и небольшим весом, инвертор удобнее в использовании. Единственным недостатком использования инверторных плазменных резаков является сложность резки слишком толстых заготовок с их помощью.

На фото горелка от плазменного резака ABIPLAS и ее составные части!

При сборке самодельного агрегата для выполнения плазменной резки вы можете использовать готовые схемы, которые легко найти в Интернете. Кроме того, в Интернете есть видео о том, как изготовить плазморез своими руками. Используя готовую схему при сборке такого устройства, очень важно строго её придерживаться, а также обратить особое внимание на соответствие конструктивных элементов друг другу.

Схемы плазмореза на примере аппарата АПР-91

В качестве примера при изучении принципиальной электрической схемы, мы будем использовать устройство для плазменной резки APR-91.

Принципиальная схема силовой части плазмореза!

Принципиальная схема управления плазмореза

Принципиальная схема осциллятора!

Детали самодельного устройства для плазменной резки

Первое, что вам нужно найти для изготовления самодельного плазменного резака, это источник питания, в котором будет генерировать электрический ток с необходимыми характеристиками. Обычно для этого используют сварочные инверторные аппараты, что объясняется рядом их преимуществ. Благодаря своим техническим характеристикам, подобное оборудование способно обеспечить высокую стабильность генерируемого напряжения, что положительно сказывается на качестве резки. Работать с инверторами гораздо удобнее, что объясняется не только их компактными размерами и небольшим весом, но и простотой настройки и эксплуатации.

Принцип работы устройства для плазменной резки!

Благодаря своей компактности и малому весу плазменные резаки на основе инверторов могут использоваться при работе даже в самых трудных местах, что исключено для громоздких и тяжелых сварочных трансформаторов. Большим преимуществом инверторных источников питания является их высокая эффективность. Это делает их очень экономичными с точки зрения энергопотребления устройств.

В некоторых случаях источником питания для плазменного резака может быть сварочный трансформатор, но его использование чревато значительным энергопотреблением. Следует также учитывать, что любой сварочный трансформатор характеризуется большими габаритами и значительным весом.

Основным элементом аппарата, предназначенного для резки металла плазменной струей, является плазменный резак. Этот элемент оборудования обеспечивает качество резки, а также эффективность ее выполнения.

Размер и форма плазменной струи полностью зависит от диаметра сопла!

Для формирования воздушного потока, который будет преобразован в высокотемпературную плазменную струю, в конструкции плазменного резака используется специальный компрессор. Электрический ток от инвертора и поток воздуха от компрессора поступают в плазменный резак с помощью пакета кабельных шлангов.

Центральным рабочим элементом плазменного резака является плазменная горелка, конструкция которой состоит из следующих элементов:

• Сопла
• Канала, по которому подается струя воздуха
• Электрода
• Изолятора, который параллельно выполняет функцию охлаждения

Конструкция плазменного резака и советы по его изготовлению

Некоторые из вышеперечисленных материалов при нагревании могут выделять соединения, опасные для здоровья человека, этот момент следует учитывать при выборе типа электрода. Таким образом, при использовании бериллия образуются радиоактивные оксиды, и при испарении тория в сочетании с кислородом образуются опасные токсичные вещества. Совершенно безопасным материалом для изготовления электродов для плазменной горелки является гафний.

За формирование плазменной струи, с помощью которой и производится резка, отвечает сопло. Его производству следует уделить серьезное внимание, так как качество рабочего процесса зависит от характеристик этого элемента.

Устройство сопла плазменной горелки

Самым оптимальным является сопло, диаметр которого равен 30 мм. От длины этой детали, зависит аккуратность и качество исполнения реза. Однако слишком длинное сопло также не следует делать, так как в данном случае оно быстро разрушается.

Как было упомянуто выше, в конструкцию плазмореза обязательно входит компрессор, который формирует и подает воздух в сопло. Последнее необходимо не только для формирования струи высокотемпературной плазмы, но и для того что бы охлаждать элементов аппарата. Применение сжатого воздуха в качестве рабочей и охлаждающей среды, а также инвертора, который формирует рабочий ток 200 А, позволяет эффективно резать металлические детали, толщина которых не превышает 50 мм.

Таблица выбора газа для плазменной резки металлов!

Для подготовки аппарата плазменной резки к работе, нужно соединить плазмотрон с инвертором и компрессором. Для решения этой задачи применяются пакеты кабельных шлангов, который используют следующим образом.

• Кабель, через который будет подаваться электрический ток, соединяет инвертор и электрод плазменной резки.
• Шланг подачи сжатого воздуха соединяет выход компрессора и плазменную горелку, в которой из входящего воздушного потока будет образовываться плазменная струя.

Основные особенности работы плазмореза

Чтобы сделать плазменный резак, используя инвертор для его изготовления, необходимо понять, как работает такое устройство.

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

С помощью сопла плазменного резака из проводящего воздушного потока формируется плазменная струя, температура которой активно поднимается и может достигать 25-30 тысяч градусов. Скорость потока плазмы, благодаря которой осуществляется резка металлических деталей, на выходе из сопла составляет около 2-3 метров в секунду. В тот момент, когда плазменная струя контактирует с поверхностью металлической детали, электрический ток от электрода начинает протекать через нее, и начальная дуга гаснет. Новая дуга, которая горит между электродом и заготовкой, называется резкой.

Характерной особенностью плазменной резки является то, что обрабатываемый металл плавится только в том месте, где на него влияет поток плазмы. Вот почему очень важно, чтобы место плазменного воздействия было строго в центре рабочего электрода. Если мы пренебрегаем этим требованием, то можем столкнуться с тем фактом, что воздушно-плазменный поток будет нарушен, в следствии чего, качество резки значительно ухудшится. Чтобы удовлетворить эти важные требования, используйте специальный (тангенциальный) принцип подачи воздуха к соплу.

Также необходимо следить, что бы два плазменных потока не образовывались одновременно, за места одного. Возникновение такой ситуации, которая приводит к несоблюдению режимов и правил технологического процесса, может привести к выходу из строя инвертора.

Основные параметры плазменной резки разных металлов.

Важным параметром плазменной резки является скорость воздушного потока, которая не должна быть слишком большой. Хорошее качество реза и скорость его выполнения обеспечиваются скоростью воздушной струи, равной 800 м/с. В этом случае ток, протекающий от инверторного блока, не должен превышать 250 А. При выполнении работ на таких режимах следует учитывать тот факт, что в этом случае поток воздуха, используемого для формирования потока плазмы, будет увеличиваться.

Самостоятельно изготовить плазменный резак не так уж и сложно, для этого нужно изучить нужный теоретический материал, просмотреть обучающее видео и правильно подобрать все необходимые детали. При наличии в домашнем пользовании подобного аппарата, изготовленного на основе заводского инвертора, может выполнять не только качественную резку металла, но и плазменную сварку!

В том случае если у вас в пользовании нет инвертора, можно изготовить плазморез, взяв за основу сварочный трансформатор, в таком случае вам придется смириться с его большими габаритами и не малым весом. Так же, плазморез, сделанный на основе трансформатора, будет иметь не очень хорошую мобильностью и переносить его с места на место будет проблематично!