Главная » Дизайн » Как сделать плазменный сварочный аппарат своими руками? Плазменная сварка своими руками Плазменная сварка своими руками

Как сделать плазменный сварочный аппарат своими руками? Плазменная сварка своими руками Плазменная сварка своими руками

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.

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.

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.

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

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

Сделать плазморез из инвертора своими руками - это задача, которая под силу практически любому хорошему хозяину. Одно из главных достоинств этого прибора заключается в том, что после резки таким устройством не возникнет необходимости в дополнительной обработке краев металлических листов.

Аппараты прямого действия

В настоящее время существует множество вариантов ручных плазморезов, как и множество различных вариантов, их работы. Одна из таких установок - это резак с прямым принципом действия. Работа этого типа устройства основывается на применении электрической дуги. Эта дуга имеет вид цилиндра, к которому подведена струя газа. Именно за счет такой необычной конструкции, в этом аппарате можно достичь колоссальной температуры примерно в 20 000 градусов. Кроме того этот аппарат способен не только развивать огромную температуру, но и быстро охлаждать другие рабочие элементы.

Аппарат косвенного действия

Установки косвенного действия используются не так часто, как прямого. Все дело в том, что они характеризуются меньшим показателем коэффициента полезного действия, то есть КПД.

Устройство этих инструментов также довольно специфичное и заключается оно в том, что активные точки цепи размещаются либо на трубе, либо на специальном вольфрамовом электроде. Эти устройства стали довольно широко применяться тогда, когда требуется произвести напыление или нагреть металлические части. Однако в качестве плазменного резака этот тип оборудования не применяется. Чаще всего их используют для того, чтобы провести ремонт автомобильных узлов, не извлекая их при этом из корпуса.

К особенностям работы таких резаков также можно отнести то, что они способны работать только в том случае, если имеется воздушный фильтр, а также охладитель. Наличие воздушных фильтров в этом устройстве обеспечивает более длительный срок службы таких элементов, как катод и анод, а также влияет на ускорение процесса запуска механизма.

Конструкция ручного инструмента

Для того чтобы обеспечить выполнение всех нужных функций плазморезом из инвертора своими руками, необходимо понимать основной принцип действия. Вся работоспособность устройства зависит от подачи сильно нагретого воздуха с резака на лист металла. Температурные условия, которые необходимо создать - это несколько десятков тысяч градусов. При нагреве кислорода до таких пределов, он под давлением подается из резака на поверхность, которую необходимо разрезать. Именно этот процесс работы является основополагающим. Резка металлических листов осуществляется сильно нагретым кислородом под высоким давлением.

Для того чтобы ускорить данный процесс, необходимо учитывать ионизацию электрическим током. Также важно отметить, что можно увеличить срок службы изготовленного плазмореза своими руками из инвертора, если в устройстве будут находиться некоторые дополнительные детали.

Дополнительные элементы

Всего имеется пять основных элементов, которые должны входить в конструкцию плазмореза.

Первая и основная деталь - это плазмотрон. Именно этот элемент отвечает за выполнение всех основных функций резака.
Далее идет плазморез. Конструкция этого элемента может быть выполнена двумя способами - прямым или косвенным. В чем разница между этими конструкциями описано выше.
Также важно наличие электродов, как расходников для плазмореза.
Одной из важнейших деталей стало сопло. Конфигурация именно этого элемента дает возможность мастеру понять, для резки какого именно металлического листа предназначается этот резак.
Компрессор. Необходимость этой детали вполне понятна. Так как для резки необходимо подавать кислород под большим давлением, то наличие этого устройство жизненно важно для функционирования аппарата в целом.

Выбор деталей

Для того чтобы изготовить плазморез своими руками из инвертора, необходимо определиться с тем, из каких именно элементов его создавать.

Деталью, которая будет создавать необходимую мощность для резки, может быть инвертор или трансформатор. При выборе данного элемента устройства очень важно понимать, какой именно толщины металл необходимо будет разрезать. Именно толщина металла и будет являться основополагающим фактором, который повлияет на выбор этой детали. Так как собирается ручной резак, то лучше, конечно, приобретать сварочный инвертор. Его мощность несколько меньше, чем у трансформатора, но он намного легче и сэкономит большое количество электроэнергии.

Второй важной деталью станет выбор между плазменным резаком или плазменной точкой. Основным критерием выбора тут станет тот же фактор, что и при подборе сварочного инвертора, то есть толщина металла. Однако нужно учесть еще один нюанс. Оборудование прямого воздействия предназначается для работы с элементами способными проводить ток. Косвенный же элемент чаще всего устанавливается в том случае, если в работе необходимо обойтись без вещей, использующих ток.

Еще один важный элемент - это компрессор. Его выбор уже проще, так как единственное важное требование - это мощность, которая должна подходить под ранее выбранные части.

Последняя деталь - кабель-шланговый пакет. Предназначается для соединения всех деталей, приведенных выше.

Принцип действия

Для того чтобы создать хороший рабочий инструмент этого типа, очень важно понимать принцип работы и устройство плазмореза. Работает этот аппарат следующим образом:

При запуске оборудования, начинает производить выработку необходимого напряжения, которое передается через кабеля в резак-горелку.
В плазмотроне(резак-горелка) имеется два основных элемента - это катод и анод. Между этими двумя деталями будет происходить возбуждение дуги.
Мощный поток воздуха, который движется под высоким давлением, а также преодолевает специальные закрученные кабеля, выводит дугу наружу. В это же время, подаваемый воздух сильно увеличивает температуру дуги.
Далее в работу вступает кабель массы, который всегда заранее подключается к устройству. Он создает замыкание дуги на рабочей поверхности, что и обеспечивает стабильную работу плазмореза.
Важно отметить, что при переделке инвертора в плазморез сохраняется возможность сварки. То есть резак можно использовать еще и как сварочный аппарат. В этом случае лучше всего использовать аргон в качестве основного газа или же другую инертную смесь, которая способна защитить сварочную ванну, от воздействия окружающей среды.

Устройство резака

Так как температура дуги искусственно повышается при помощи подачи горячего воздуха, то ее температура в самодельном плазморезе может достигать 8 000 градусов. Это очень высокий температурный показатель, который позволяет производить точечную резку металла, не нагревая при этом другие части листа. Как и любые другие технические приборы, плазморезы из инвертора своими руками будут отличаться между собой по своей мощности, которая будет определять, насколько толстый лист стали сможет разрезать аппарат. Ручные резаки чаще всего могут осилить лист до 10 мм толщиной. Промышленные агрегаты способны справиться с металлом толщиной в 100 мм. Самодельный плазморез, изготовленный своими силами сможет разрезать листы с толщиной до 12 мм.

Такие изделия можно использовать для того, чтобы заниматься фигурной резкой, а также сваривать легированные стали с присадочной проволокой. Простейшие резаки включают в себя четыре основных детали - плазмотрон, компрессор, масса.

Как сделать плазморез?

Сборка этого устройства всегда должна начинаться с источника питания. В промышленных агрегатах используют трансформатор, чтобы добиться большей мощности, а, значит, и разрезать более толстый металл. Для ручного домашнего резака отлично подойдет обычный инвертор, который способен обеспечить такие показатели, как устойчивое напряжение и высокую частоту. Преимуществом использования именно инвертора станет и его легкий вес, который сделает аппарат более удобным для перевозки, а также он вполне способен обеспечить стабильное горение дуги резака и качество самой резки.

Кроме этого, инвертор должен соответствовать еще нескольким требованиям:

Его питание должно осуществляться от сети в 220В.
Работа резака должна проходить с мощностью в 4 кВт.
Диапазон регулировки тока для ручного устройства должен быть от 20 до 40 А.
Холостой ход также 220В.
Номинальный режим работы при цикле в 10 минут не должен превышать 60%.

Для того чтобы достичь всех указанных параметров, необходимо использовать определенное дополнительное оборудование.

Схема плазмореза

Для того чтобы изготовить рабочее устройство, необходимо сверяться со схемой этого устройства. Найти такую схему можно без проблем в интернете, однако ее еще необходимо прочитать. Для этого необходимо иметь самые минимальные знания в электротехнике. Именно правильно сборка по схеме обеспечивает реальную работу агрегата.

Работа схемы изделия

Сборка своими руками плазмореза по чертежу - это важнейший процесс, который обеспечит стабильную работу аппарата в будущем. Готовая и правильно собранная схема выглядит следующим образом:

Плазмотрон обладает кнопкой, которая запускает весь рабочий процесс. Нажатие этой кнопки будет запускать реле Р1. Функция этого элемента заключается в подаче тока на блок управления.
Далее в работу включается реле Р2. Оно выполняет такие задачи, как пуск тока на инвертор и одновременное включение электроклапана, который занимается продувкой горелки. Этот продув необходим для того, чтобы высушить камеру горелки и очистить ее от возможного мусора или окалины.
После трех секунд задержки включается реле Р3, которое подает ток на электроды.
Вместе с включением этого реле, запускается осциллятор, который ионизирует воздух между катодом и анодом, тем самым возбуждая дежурную электрическую дугу.
Когда пламя подводят к изделию, то зажигается дуга между листом и плазмотроном, которая называется рабочей.
В этот момент отсекается подача тока, которая работает на розжиг.
Далее проводятся работы по резке или сварке металла.
По завершении работы и нажатии кнопки на плазмотроне, срабатывает реле Р4, которое отключает обе дуги, а также на короткий промежуток времени включает подачу воздуха в камеру горелки, чтобы удалить нагоревшие элементы.

Плазмотрон, электроды, компрессор

Резка или сварка металла осуществляется таким элементом, как плазмотрон. Сделать его на водной основе своими силами очень проблематично, а потому лучше купить. Своими руками чаще всего делают плазмотроны с воздушной системой.

Для этого и требуется компрессор, который, отвечает за выдув, и нагрев дуги до нужных 8 000 градусов. Также этот элемент выполняет очистительную функцию в резаке, осушая его и очищая от нежелательных элементов и мусора. В качестве компрессора можно использовать деталь, применяемую в обычном пульверизаторе.

Важной частью самодельного резака будут, использующиеся электроды. При их покупке важно уточнять из какого они материала. Бериллий и торий при использовании выделяют вредные испарения. Использовать их лучше только в специальной среде, где гарантируется безопасность человека. Лучшим выбором для домашнего резака станут электроды из гафния.

Заводской аппарат для плазменной резки. Наша задача: сделать аналог своими руками

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

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

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

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

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

Схемы плазмореза на примере аппарата АПР-91

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

Схема силовой части (нажмите для увеличения)

Схема управления плазмореза (нажмите для увеличения)

Схема осциллятора (нажмите для увеличения)

Элементы самодельного аппарата для плазменной резки

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Особенности работы плазмореза

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

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

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

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

Плазменная сварка является современной передовой технологией. До недавнего времени ее применение относилось только к промышленности. Такая сварка производилась на специальном оборудовании. Сейчас плазменный сварочный аппарат своими руками стал реальностью.

Плазменная сварка имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с другими видами сварки. Обладание технологией позволяет расширить возможность сварных соединений металлов в домашних условиях. Аппарат можно использовать и для точечной сварки (рис. 1).

Самодельный сварочный аппарат, в том числе аппарат для точечной сварки, состоит из следующих основных частей: источник сварочного тока, плазмотрон, компрессор или баллон с газом и система охлаждения.

Рисунок 1. Конструкция плазменного сварочного аппарата.

При использовании устройства открытого типа (наиболее распространенная конструкция) применяется также источник тока для образования вспомогательной дуги.

В качестве источника тока для сварочной дуги лучше всего использовать стандартный инвертор для электродуговой сварки небольшой мощности. Такой инвертор обеспечивает подачу постоянного тока в сварочную зону, за счет чего зажигается основная дуга между соплом плазмотрона и свариваемой деталью. Мощность инвертора может быть минимальной, так как мощность дуги значительно усиливается за счет потока плазмы (рис. 2).

Изготовление вспомогательного источника тока

Источник тока для вспомогательной дуги собирается самостоятельно. Он включает выпрямительный диодный мост, выходной трансформатор (дроссель) и балластовый (нагрузочный) резистор. Рекомендуются следующие детали: диоды на ток 50 А и рабочее напряжение до 500 В; резистор мощностью до 5 кВт. За счет балластового резистора напряжение на первичной обмотке трансформатора создается порядка 100 В при токе не более 20 А.

Рисунок 2. Конструкция плазменного генератора.

Трансформатор подбирается так, чтобы на вторичной обмотке напряжение составило порядка 20 В. Можно использовать любой трансформатор 110/24 В мощностью 1,6 кВт (например, типа ОСМ). В качестве балластового сопротивления можно использовать любой нагревательный элемент или сборку из нескольких нагревателей.

Сборка вспомогательного источника производится в металлическом щитке. На дне щитка устанавливается трансформатор. Если балласт выполняется из нагревателей, то их следует разместить отдельно в металлическом каркасе. В щитке устанавливается контактная колодка, на которую выводятся концы вторичной обмотки трансформатора, и подключается кабель для подведения тока к плазмотрону.

Выбор источника газа и системы охлаждения

В качестве источника плазмообразующего газа, может использовать автомобильный компрессор для подачи сжатого воздуха мощностью до 50 л/мин. Если вместо газа используется водяной пар, то следует установить стандартный небольшой парогенератор. В этом случае следует использовать только дистиллированную воду.

Охлаждение анода плазмотрона может основываться на автомобильной стеклоочистительной системе. Если есть возможность, то лучше обеспечить охлаждение от водопроводной сети через резиновые шланги.

Как все выглядит?

Плазмотрон состоит из двух основных блоков – анодного и катодного. Анодный блок включает анод, выполненный в виде сопла, и корпус для крепления анода, в котором необходимо разместить охлаждающую рубашку (трубки, змеевик). На корпусе анода закрепляется винт для подведения электропитания.

Рисунок 3. Схема плазмотрона.

Катодный блок состоит из следующих основных частей: корпус блока, держатель катода, катод. В качестве катода используется вольфрамовый сварочный электрод диаметром 4 мм, который совмещен с хвостовиком. Верхняя часть хвостовика завершается регулировочным винтом с изолированной ручкой. Катод закрепляется в держателе катода. Держатель катода состоит из нескольких участков.

Нижний участок – заостренная трубка небольшого диаметра, выполняющая роль направляющей для катода. Средний участок – втулка с внешней резьбой для крепления на корпусе и внутренним каналом для прохождения электрода. Верхний участок – трубка для крепления электрода. Ее внутренний диаметр соответствует диаметру хвостовой части катода. Держатель катода устанавливается внутри корпуса, который выполнен из полимерной трубы. В корпусе катодного блока предусмотрено отверстие и соответствующий штуцер для подачи плазмообразующего газа. Газ подается через трубку, размещенную в пространстве между нижней частью держателя и корпусом. В держателе предусмотрен винт для подключения электрического питания. В корпусе просверлено отверстие для прохождения провода (кабеля) (рис.3).

Изготовление анодного блока

Анод изготавливается как медный колпачок (в виде шляпы). Общая длина анода – 10-15 мм. Нижняя торцевая часть (бортик) имеет диаметр 20-25 мм и длину 3-4 мм. Цилиндрическая часть – диаметром 15-20 мм. В центре анода на всю длину сверлится отверстие диаметром 1,8-2 мм. На цилиндрической части анода нарезается резьба для закручивания его в корпус.

Корпус анодного блока желательно изготовить из бронзы, но можно и из стали, в виде двух цилиндров (труб), между которыми располагается охлаждающая рубашка. Цилиндры свариваются (спаиваются) между собой. Наружный диаметр внешнего цилиндра рекомендуется 50-80 мм. Но размеры цилиндров могут быть любыми с учетом найденных труб. Главное условие: корпус должен состоять из двух цилиндров, которые входят друг в друга, при этом внутренний диаметр должен быть равен диаметру цилиндрической части анода, а между цилиндрами должны располагаться трубки охлаждающего змеевика. Длина корпуса – 30-60 мм.

На цилиндре нарезается резьба с обоих торцов. На нижнем торце резьба нарезается внутри и предназначена для крепления анода, на верхнем торце – внутри внешнего цилиндра для соединения с катодным блоком. На наружном цилиндре изготавливается отверстие с резьбой для установки винта, обеспечивающего подключение кабеля.

Изготовление катодного блока

Корпус катодного блока изготавливается из полимерной или текстолитовой трубы диаметром равным внутреннему диаметру внешнего цилиндра анодного блока. На нижнем торце трубы нарезается внешняя резьба для соединения с корпусом анодного блока. Внутри корпуса нарезается резьба для ввинчивания держателя катода. Длина корпуса 7-10 см.

Держатель катода изготавливается из бронзы или стали и имеет разный диаметр на разных участках. Нижний участок, длиной в 15-20 мм, выполняется в виде заостренной трубки диаметром в 8-10 мм и внутренним диаметром в 5-5,5 мм.

Средний участок, длиной в 20-25 мм, имеет диаметр равный внутреннему диаметру корпуса катодного блока. На этом участке нарезается резьба для крепления на корпусе.

Диаметр внутреннего канала должен быть не менее 5 мм. Верхний участок, длиной в 30-40 мм, имеет диаметр 10-15 мм. Внутренний диаметр этого участка 6-7 мм. На верхнем участке держателя нарезается внутренняя резьба для крепления электрода. Снаружи в верхней части нарезается резьба на длине 20-25 мм для установки стопорной гайки. Такой держатель лучше всего изготовить на токарном станке.

Катод изготавливается из стандартного вольфрамового сварочного электрода диаметром 4 мм. Его конец заостряется. Вольфрамовый стержень длиной в 40-50 мм прочно соединяется с хвостовиком катода, на котором нарезается резьба для крепления на верхнем участке держателя катода. Длина хвостовика 40-60 мм, диаметр 6-7 мм. Верхняя часть хвостовика переходит в регулировочный винт (любой формы), который, в свою очередь, имеет ручку из изоляционного материала. Катод закручивается во внутренний канал держателя так, чтобы его заостренный конец вышел из нижнего (направляющего) участка держателя на 5-10 мм. Путем вращения ручкой положение катода можно изменять.

Для ограничения и контроля продольного перемещения катода служит стопорная гайка, установленная на держателе.

В корпусе катодного блока на уровне нижнего участка держателя сверлится отверстие и устанавливается штуцер для подачи плазмообразующего газа. Газ подается через трубку, размещенную в пространстве между нижней частью держателя и корпусом. В держателе предусмотрен винт для подключения электрического питания. В верхней части корпуса просверлено отверстие для прохождения провода (кабеля).

Сборка плазмотрона

Вначале собирается катодный блок в следующей последовательности. Электрод вкручивается в держатель. Затем держатель вкручивается в корпус. К винту держателя подключается провод, который выводится через отверстие в корпусе. Катодный корпус вкручивается в анодный корпус. Снизу в анодный корпус вкручивается анод. Электрод дополнительно подкручивается так, чтобы стержень уперся в анод. Стопорная гайка на держателе устанавливается по этому положению электрода.

Сборка сварочного аппарата

Сборка сварочного аппарата включает в себя следующие операции. К контактному винту анодного блока плазмотрона присоединяется одна из жил сварочного кабеля от инвертора, вторая закрепляется на свариваемой детали. К штуцеру в анодном блоке присоединяется шланг охлаждения, а к штуцеру катодного блока – шланг от компрессора. На контактных винтах анодного и катодного блоков плазмотрона закрепляется кабель от трансформатора питания вспомогательной дуги. При зажигании вспомогательной дуги катод касается анода и затем быстро отводится на 2-3 мм.

Необходимый инструмент и оборудование.

При изготовлении самодельного сварочного аппарата необходимо использование следующего инструмента:

сварочный аппарат;
электродрель;
болгарка;
фрезер;
напильник;
ножовка по металлу;
тиски;
круг наждачный;
плоскогубцы;
отвертка;
ключи гаечные;
зубило;
молоток;
штангенциркуль;
метчик;
плашка;

Плазменная сварка современный эффективный вид сварки. Самодельный сварочный аппарат поможет производить практически любые сварочные работы, в том числе работать как сварочный аппарат для точечной сварки.