Для любителей постоянно мастерить полезные и красивые вещи из металла, кроме сварки периодически требуется резать металл. Можно изготовить плазморез из сварочного инвертора своими руками.

Не стоит покупать дополнительное дорогое оборудование, которое будет редко использоваться. Плазморез возможно сделать из трансформатора, но он будет тяжелый и энергоемкий.

Каждому специалисту периодически приходится выкраивать детали из листа. Делать это механической обработкой, значит перевести в стружку много металла. Покупать дорогое оборудование ради использования раз в неделю несколько минут, не имеет смысла. Выход – изготовить плазменный резак своими руками. Переделывать можно разные типы выпрямителей:

Работать будет любой аппарат. Оптимальный вариант, для любителей мастерить, изготовление самодельного плазмореза из сварочного инвертора. При использовании газовой резки производительность ниже, ширина реза больше.

Основное преимущество плазмореза — использование обычного воздуха. Давление создает компрессор. Нет риска взрыва или отравления, как при работе с пропаном, кислородом и другими газами.

Толщина разрезаемого листа на бытовом оборудовании с током до 200А ограничена 40 – 50 мм. Для строительства дома и работы в домашней мастерской этой мощности хватает. Полупрофессиональный инвертор настраивается на толщину до 100 мм.

Легкому и мощному оборудованию достаточно подсоединить компрессор и обычный держак заменить на плазмотрон, своими руками сделанный и купленный готовым . Оснастка оборудования легко меняется, и плазморезы инверторные превращаются в обычные аппараты, на которых производится сварка.

Принцип работы горелки

Плазменная резка своими руками происходит за счет превращения потока воздуха, проходящего через электрическую , в плазму с температурой 3000 – 6000⁰C. Металл мгновенно расплавляется на ограниченном участке и выдувается. Принцип работы аналогичен .

Образование плазмы

Инвертор создает постоянный ток большого значения. На конце электрода образуется дуга. В сопло под давлением поступает газ. Он проходит по спирали вокруг электрода. Образуется завихрение, движущееся с большой скоростью. В держак воздух поступает холодный. Двигаясь вокруг электрода, он его охлаждает и одновременно нагревается сам. В дуге он подходит уже подогретый.

На выходе струя газа становится тонкой. При соединении с горячей дугой, воздух нагревается ею и превращается в плазму, увеличиваясь в объеме в 20 – 30 раз . Вращение потока вокруг электрода делает струю тонкой.

Резка

Плазменная горелка, сделанная своими руками, подносится к металлу. Горячая плазма быстро расплавляет металл на малом участке. Воздушный поток выдувает расплав, образуя отверстие. При перемещении резака за ним остается узкая полоска разрезанного насквозь листа.

Тонкий аккуратный рез получается при расположении плазмореза из инвертора под прямым углом к разрезаемой поверхности. Чем больше угол наклона, тем шире полоса реза .

Для производства строжки поверхности детали, плазменный резак по металлу, сделанный своими руками, наклоняется к снимаемой поверхности под острым углом в 5 – 10⁰. Пламя нагревает верхний слой, воздух выдувает жидкий металл.

Аппараты прямого действия

Прямого действия плазменные резаки по металлу, сделанные своими руками, работают с образованием дуги между деталью и электродом. Резать таким способом можно только токопроводящие металлы .

На деталь крепится зажим «+» от сварочного автомата. На электрод подается «–». На выходе из сопла наконечника образуется дуга между металлом и электродом. На нее направлен воздух.

Косвенного

Плазморез, собранный своими руками из инвертора, может работать по принципу косвенного действия. Минус подается на наконечник. Дуга возникает независимо от наличия токопроводящей детали. Резаком косвенного действия режут любые материалы, включая фанеру, пластик, оргстекло . Струя плазмы образуется тоньше.

Сложность изготовления плазмотрона косвенного действия своими руками, демонстрируют схемы и чертежи. В небольшой наконечник длиной около 20 мм необходимо поместить воздушное охлаждение и надежно изолировать детали друг от друга.

Руководитель конструкторского бюро по проектированию сварочного оборудования, оснастки и инструмента завода САИК Твердохлебов И. Г.: « В плазмотроне используют не привычный электрод, сделанный из прутка проволоки и покрытый флюсом. Сердечник расположен внутри горелки и не выходят за пределы сопла. Электрическая дуга в аппаратах прямого действия загорается бесконтактно и превращается на выходе из сопла в плазму. Резак косвенного действия выдувает горячую струю независимо от расположения материала и его электропроводности. Можно отжигать медные кольца и опаливать древесину».

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.

Типовая конструкция

В список оборудования для изготовления плазмореза своими руками из инвертора входят:

• инвертор;
• компрессор;
• плазмотрон.

Плазмотрон косвенного действия.

Пошаговый план создания плазмореза начинается со сборки плазмотрона . Самоделка включает в себя несколько деталей, требующих высокой точности изготовления. Все их можно купить готовые:

• в центре электрод из тугоплавкого металла;
• электродная втулка держит электрод и закручивает воздух;
• изоляционная втулка закрывает электрод от контакта с водой;
• фторопластовый корпус;
• сопло.

Самоделка требует аккуратности и точного изготовления всех деталей.

АПР-91 – схема переделки

Подробный чертеж для изготовления плазмореза показан для инвертора АПР-91. Специалисты считают эту модель наиболее удобной для переделки.

Кроме инвертора и компрессора, в изготовлении плазмореза используется много деталей. От самого плазмотрона, до подведенных к нему кабелей и шланга.

Электроды и кабель

Электроды подбираются их тугоплавких металлов: бериллий, ванадий, вольфрам. Они должны выдерживать температуру дуги и не разрушаться длительное время. Длина их относительно ширины 1,5 – 1,8. Длинные детали будут быстро сгорать.

Кабель обеспечивает равномерную подачу тока в зону образования плазмы. Он должен иметь сечение от 12 мм 2 , хорошую изоляцию.

Шланги воздушные от компрессора до держака подключаются для высокого давления.

Вентиляция

Инструкция по безопасным приемам работы требует, чтобы вентиляция в обязательном порядке присутствовала . Вытяжку наклонной конструкции должна располагаться на высоте 35 см от плоскости реза. Мощность вытяжного оборудования регулируется таким образом, чтобы весь дым от горящего металла втягивался системой. При этом не должно быть завихрений в рабочей зоне.

Сборка аппарата

Собирать следует начинать с плазмотрона. Узел требует точности и правильного подбора деталей. Если резать придется постоянно, необходимо иметь запасные электрод и сопло, они быстро сгорают.

Шланг и кабеля подключают сначала к оборудованию, затем к резаку. Только после этого можно инвертор подключать к сети.

Перед началом работы следует позаботиться о безопасности. Рядом должны находиться средства пожаротушения электрических приборов:

• ящик с песком;
• пенный или углекислотный огнетушитель;
• емкость с водой

График работы следует соблюдать указанный на инверторе . Оборудование должно остывать положенное ему время.

Без заземления работать нельзя.

Резать металл следует на специальном верстаке. Сварщик должен стоять или сидеть в удобной позе.

В организациях, работа которых связана с цветными видами металлов, не обойтись без такого приспособления как плазменный резак. В бытовых условиях этот инструмент тоже часто применим, причем необязательно покупать готовое орудие, ведь можно сделать плазморез своими руками из инвертора.

О работе плазмореза

Сделать сварочное приспособление с высокой эффективностью получится только в том случае, если человек разбирается в процессе сварки и правилах эксплуатации всех механизмов. Действие инструмента основано на следующем:

• по кабелям в плазмотрон поступает напряжение, которое создает источник тока;
• между катодом и анодом, находящимися в горелке, наэлектризовывается дуга;
• сквозь завинченные каналы проходит поток воздуха под определенным нажимом, который повышает температуру электродуги, направляя ее наружу;
• в некоторых случаях для этого используется жидкость, при испарении образующая выпускное давление, а плазмой выступает пламя высокой температуры;
• плазморез переходит в действующую фазу за счет поставки массы электропроводом, который способствует замыканию дуги на разрезаемом участке;
• во время сварки используют аргон или другие инертные смеси.

Струя воздуха может повышать температуру дуги свыше 7 тыс. градусов, и сварщик может точечным образом быстро прогреть нужный участок металла.

Источник питания

Самодельный плазморез стоит начинать проектировать с поиска генератора тока. В качестве такового может служить привычный инвертор, стоимость которого будет намного меньше обыкновенного оборудования для резки. Большим плюсом его работы является высокочастотное стабильное напряжение, за счет чего дуга будет гореть постоянно, обеспечивая первоклассный рез.

Удобство сварочного инвертора - и в его габаритах, что позволяет осуществлять выездные манипуляции плазморезом. Обязательными условиями работы сварочного плазмореза являются:

• питание от сети в 220 B;
• производительность работы - 4 кВт;
• холостой ход - 220 B;
• при 10-минутном цикле работы расчетный режим работы - 60%;
• широта стабилизации силы тока - от 20 до 40 A.

А также можно использовать и сварочный трансформатор с переменным током, но лучше инверторный аппарат применять с аргонной сваркой.

Особенности схемы плазмореза

Существуют разнообразные чертежи и видеоуроки изготовления сварочных плазморезов. Для получения правильного, а, главное, работающего агрегата, необходимы навыки и умение разбираться в схематическом материале и чертежах. Для переделки в самодельный плазморез уже имеющегося сварочного инвертора нужно в электросхему аппарата добавить осциллятор.

Схема работает следующим образом:

• На резаке расположена кнопка пуска, нажимая на которую, на секцию управления подводится напряжение.
• Реле обеспечивает подачу воздуха для прочистки плазмотрона, за пару секунд освобождая его камеру от конденсата.
• Осциллятор ионизирует область между соплом и электродом, вследствие чего загорается дуга.
• К изделию направляют плазмотрон и зажигается рабочая дуга.
• Реле геркона отключает сопло и поджиг.

Сборка плазмотрона своими руками

Чтобы сконструировать плазморез из инвертора, понадобится приобрести все сопутствующие детали и подготовить инструменты. Основными комплектующими являются:

• компрессор;
• плазмотрон;
• электроды;
• сопло;
• завихритель потоков;
• изолятор;
• кнопка спуска;
• рукоятка с отверстиями для кабелей;
• кабель-шланг;
• дистанционная пружина для обеспечения одинакового промежутка между соплом и металлом.

Для начала к сварочному инвертору нужно присоединить шланг, являющийся проводником воздуха от компрессора. Кабель массы и шланг-пакет монтируются с лицевой стороны, и к шланг-пакету присоединяется плазмотрон. Сопло горелки надо присоединить прижимной гайкой. За плазморезом находится электрод и изоляционная втулка, препятствующая возникновению дуги на нежелательном участке.

Завихритель потока направляет его к цели, а вся конструкция укладывается в корпус из металла или фторопласта. После сборки сварочного плазмореза нужно проверить агрегат на работоспособность. При включенном состоянии инвертор подает высокочастотный ток на плазмотрон.

Применяемые электроды

Электроды занимают значимое место в сборке инверторного плазмореза. В плазмотрон нужно подобрать специальный электрод из соответствующего материала. В этих целях применяют детали из следующих тугоплавких веществ:

• Бериллий.
• Цирконий.
• Торий.
• Гафний.

Эти электроды отличаются способностью создания тугоплавкой пленки оксида во время нагрева, что защищает инструменты от повреждений и повышает уровень предохранения. Если выбирать между этими материалами, то для сварки в бытовых условиях оптимально остановиться на гафниевых и циркониевых электродах, потому что два других элемента вырабатывают токсичные испарения.

О кабель-шлангах и компрессоре

Важной частью сварочного плазмореза из инвертора является компрессор, позволяющий электродуге прогреваться до 8 тыс. градусов и отвечающий за сам процесс резки. В функции компрессора также входит продувание плазмотрона и каналов агрегата, за счет чего удаляется мусор и конденсат. Проходящий по горелке сжатый воздух охлаждает работающие узлы.

Для сварочного плазмореза подойдет обыкновенный компрессор, используемый во время покраски пульверизатором. К оборудованию он подсоединяется с помощью тонкого шланга с соответственным разъемом. На входе нужно прикрепить электроклапан, отвечающий за регулирование подачи воздуха. Компрессор на выходе должен иметь редуктор для получения нормированного давления на плазмотроне.

Шланг от компрессора к горелке и кабель от инвертора прокладывается в одном гофрированном шланге, за счет чего кабель сможет охлаждаться во время перегревания, а также делать работу более удобно. Медный провод должен иметь сечение 5–6 мм 2 , а зажим на выходе должен гарантировать безопасный контакт с деталью инвертора.

Плазморез из сварочного инвертора, сделанный своими руками – вполне достижимая цель. Достигнуть ее получится быстрее с помощью технических рекомендаций и запаса необходимых деталей и инструментов.

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.

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.

1. 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.
   
   
2. 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.
   
   
3. . 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.
   
4. 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.
   
   
   
5. . 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.
   
   
6. 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.

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”.

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.

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.

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 Ø4мм 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 Ø2мм. 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:

• 20А, 2,5кВт – 6 мм;
• 50А, 6кВт – 12 мм;
• 80А, 10кВт – 18-25 мм.

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 мм²
• первичная обмотка – 225 витков медным проводом Ø4,7 мм;
• вторичная обмотка – 205 витков медной проводом Ø5,04 мм².

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 6мм². 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 мм². 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:

• подать питание на трансформатор;
• через 10 минут отключить и проверить обмотки на нагрев;
• если они холодные, снова подать питание;
• включить компрессор;
• после заполнения ресивера открыть воздушный кран и направить поток воздуха через плазмотрон;
• нажатием кнопки микровыключателя зажечь вспомогательную дугу;
• при ее наличии 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.