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.

Технология и различных металлических изделий с одинаковым успехом применяется в быту и на крупных промышленных производствах. С помощью специального оборудования можно с легкостью разрезать цветные металлы, а также качественно работать с нержавеющей сталью, алюминием и другими сплавами. Разрезание цветных металлов осуществляется при помощи специальных плазморезов, которые одновременно просты в использовании, функциональны и надёжны. Расскажем поподробнее об этом оборудовании и поговорим о том, как изготовить плазменный резак своими руками из инвертора.

Промышленные плазменные резаки — это производительное оборудование, которое позволяет осуществлять максимально точный раскрой различных по показателям тугоплавкости металлов. Такие промышленные плазморезы предназначены в первую очередь для эксплуатации в условиях повышенных нагрузок и оснащаются ЧПУ, что обеспечивает возможность изготовления деталей серийным способом.

Если вам необходим плазморез для бытового использования, а также для применения такого оборудования в строительстве, то такой резак можно изготовить своими руками из простейшего сварочного инвертора . В последующем выполненное своими руками оборудование будет отличаться универсальностью в использовании, позволит эффективно разрезать цветные металлы и толстую листовую сталь.

Выполнить такой резак своими руками из инвертора не составит какой-либо особой сложности. Схемы выполнения подобных устройств вы можете с легкостью найти в сети Интернет и по полученным расчетам выполнить такое простое в использовании устройство. Можем порекомендовать вам делать резаки для плазмы на базе компактных сварочных инверторов, что позволит обеспечить существенное упрощение конструкции и гарантирует необходимую эффективность таких устройств.

Самодельные аппараты для плазменной резки не оснащаются ЧПУ, поэтому использовать такое оборудование для работы, которая полностью контролируется автоматикой, будет невозможно. Вы должны понимать, что с использованием таких самодельных плазморезов выполнить две идеально точные детали будет нельзя.

Самодельный плазморез будет состоять из следующих элементов:

• Плазмотрона.
• Источника постоянного тока.
• Компрессора или же баллона с газом.
• Осциллятора.
• Кабелей питания.
• Шлангов подключения.

Принцип работы

Принцип работы такого оборудования чрезвычайно прост:

1. Используемый источник тока, а в нашем случае это инвертор, вырабатывает напряжение и по кабелям подаёт его в плазмотрон.
2. В плазмотроне находятся два электрода, между которыми и возбуждается высокотемпературная дуга.
3. По специально закрученным каналам под высоким давлением в рабочую область с зажженной дугой подается поток воздуха или газ.
4. К разрезаемому изделию предварительно подключается кабель массы, который замыкается на разрезаемую поверхность и обеспечивает возможность работы с металлом.

Источники постоянного тока

Технология плазменной резки неизменно потребует высокой мощности рабочего тока, показатели которого должны находиться на уровне полупрофессиональных и профессиональных инверторных сварочных аппаратов. Использовать в качестве источника тока трансформаторные сварочные аппараты не рекомендуется, так как подобные устройства отличаются громоздкими габаритами и неудобны в работе. А вот инвертор станет отличным выбором, так как такие устройства сочетают компактные габариты и обеспечивают качественный электроток.

Схемы и чертежи плазмореза своими руками отличаются простотой, при этом существенно сокращаются затраты на изготовление такого оборудования. Сделанный ручной компактный плазморез из сварочного инвертора сможет справиться с резкой металла, толщина листа которого будет достигать 30 мм. Если говорить о преимуществах таких домашних плазморезов, выполненных с использованием инвертора, то отметим следующее:

• Отсутствие искр металла.
• Гладкость кромок.
• Точность линий.
• Решены проблемы с перегревом.

Важно: выполнить самодельный плазморез на базе инвертора не составит труда. Необходимо лишь, чтобы аппарат генерировал электроток с силой не менее 30 Ампер.

Используемый источник тока должен соответствовать следующим требованиям:

• Питание от сети с напряжением 220 Вольт.
• Возможность работать с мощностью в 4 кВт.
• Показатель холостого хода должен составлять 220 Вольт.
• Диапазон регулировки силы тока находится в диапазоне 20−40 Ампер.

Конструкция плазмотрона

Плазмотрон является вторым по важности элементом резака для металла. Рассмотрим поподробнее конструкцию плазмотрона и принцип его работы. Состоит он из основного и вспомогательного электрода. Основной электрод выполняется из тугоплавких металлов, а вспомогательный, который имеет форму сопла, обычно делается из меди.

В плазмотроне катодом является основной электрод из тугоплавкого металла, а медный электрод-сопло используется в качестве анода, что и позволяет обеспечить качественный электроток и высокотемпературную дугу для разрезания металла.

Выполненный плазмотрон отвечает за создание и поддержание дуги, которая располагается между обрабатываемой деталью и резаком. От формы и конструкции сопла будет зависеть толщина реза, а также температура, которая создается таким резаком. Используемое сопло может выполняться с полусферической или конической формой, обеспечивая рабочую температуру на уровне 30 000 градусов по Цельсию.

В процессе эксплуатации плазмотрона основной электрод и сопло могут изнашиваться, что приводит к ухудшению качества резки металла. При таком износе этих элементов их следует заменить на новые, что позволит гарантировать отличное качество работы с металлом.

К плазмотрону подается рабочий газ из баллона, при этом используются специальные сверхпрочные газовые шланги, способные выдерживать повышенное давление. В каждом конкретном случае в зависимости от материала, с которым проводится работа, используемый газ, который необходим для разрезания металла, может отличаться.

Рабочий газ подается по специальным каналам, причём наличие у трубки подачи многочисленных витков позволяет обеспечить нужные завихрения воздуха, что, в свою очередь, гарантирует качественную разрезающую плазменную дугу, которая будет иметь правильную форму. Тем самым улучшается качество резки и сварки металла и минимизируется толщина шва.

Осциллятор

Особенностью плазморезов является тот факт, что для начала работы необходим предварительный поджиг дуги , лишь после этого в плазмотрон подается газ, создаётся необходимой температуры дуга и осуществляется разрезание металла. В качестве такого своеобразного стартера используется осциллятор, который и служит для предварительного поджига дуги. Схема выполнения осциллятора не представляет сложности.

В Интернете вы сможете найти функциональные и электрические схемы осцилляторов, выполнить которые не составит труда. Необходимо лишь использовать качественные электросхемы и конденсаторы, которые будут по своим параметрам подходить к генерируемому инвертором электротоку. В зависимости от своего типа такая горелка может включаться в схему питания плазмотрона последовательно или параллельно.

Рабочий газ

Ещё перед тем как выбирать конкретную схему изготовления плазменного резака, следует определиться со сферой использования такого оборудования. В том случае, если вы планируете использовать аппарат исключительно для работы с черными металлами, можно исключить из схемы баллоны с газом, а использовать один лишь компрессор со сжатым воздухом. Если же планируется применять такое оборудование для латуни, титана и меди, то необходимо выбирать схему плазменного резака с баллоном с азотом. Резка алюминия выполняется при помощи специальной смеси газа с водородом и азотом.

Разберемся с тем, как осуществляется плазменная резка металла своими руками. После включения инвертора сгенерированный электрический ток поступает в плазменный резак на электрод, осциллятор поджигает электрическую дугу. Ее температура изначально может составлять 6−8 тысяч градусов. Сразу же после поджигания дуги в сопло под высоким давлением подается воздух или газ, через который проходит электрический заряд. Воздушный поток нагревается и ионизируется электрической дугой, после чего его объём может увеличиваться в сотни раз, а сам газ и воздух начинает проводить электрический ток.

Плазморезка формирует тонкую струю плазмы, температура которой может достигать 30 000 градусов. В последующем такая высокотемпературная струя плазмы подаётся на обрабатываемый металл, что позволяет осуществлять разрезание сверхпрочных металлических элементов.

Одной из особенностей использования плазменной резки является тот факт, что обрабатываемый металл режется и плавится исключительно в месте воздействия на него плазменного потока. Крайне важно правильно позиционировать пятно воздействия плазмы, которое должно находиться строго в центре рабочего электрода. В том случае, если пренебрегать этим требованием, нарушается воздушно-плазменный поток, что ухудшает качество разрезания металла.

Качество работы с таким плазменным резаком будет также зависеть от скорости подачи воздушного потока. Рекомендуется все работы выполнять с силой тока в 250 Ампер, при этом скорость воздушной струи будет составлять 800 метров в секунду. Это позволит с легкостью работать с различными по своим характеристикам тугоплавкости металлам, обеспечивая качественное разрезание без термического воздействия на структуру сплава.

Плазморез представляет собой специальное устройство, которое позволяет быстро, качественно и эффективно разрезать различный по своей структуре металл. Можно как приобрести уже изготовленные в заводских условиях плазморезы, так и выполнить их самостоятельно. Вы с легкостью сможете найти подходящие для вас схемы выполнения плазменных резаков из инвертора или трансформаторного сварочного аппарата, что и позволит самостоятельно выполнить такое оборудование, сэкономив на его покупке в магазине.

Все чаще в небольших частных мастерских и на маленьких предприятиях используют аппараты плазменной резки металла вместо болгарок и других аппаратов. Воздушно-плазменная резка позволяет выполнять качественные прямые и фигурные резы, выравнивать кромки листового металла, делать проемы и отверстия, в том числе и фигурные, в металлических заготовках и другие более сложные работы. Качество получившегося реза просто великолепно, он получается ровным, чистым, практически без окалины и заусениц, а также аккуратным. С помощью технологии воздушно-плазменной резки можно обрабатывать практически все металлы, а также нетокопроводящие материалы, такие как бетон, керамическая плитка, пластик и дерево. Все работы выполняются быстро, заготовка нагревается локально, только в области реза, поэтому металл заготовки не меняет своей геометрии вследствие перегрева. С аппаратом плазменной резки или как его еще называют - плазморезом сможет справиться даже новичок без опыта сварки. Но чтобы результат не разочаровал, все же не помешает изучить устройство плазмореза, понять его принцип действия, а также изучить технологию, как работать аппаратом воздушно-плазменной резки.

Устройство аппарата воздушно-плазменной резки

Знание устройства плазмореза позволит не только более осознанно производить работы, но и создать самодельный аналог, для чего необходимы не только более глубокие знания, но и желательно инженерский опыт.

Аппарат воздушно-плазменной резки состоит из нескольких элементов, среди которых:

• Источник питания;
• Плазмотрон;
• Кабель-шланговый пакет;
• Воздушный компрессор.

Источник питания для плазмореза служит для того, чтобы преобразовывать напряжение и подавать на резак/плазмотрон определенную силу тока, благодаря чему загорается электрическая дуга. В качестве источника питания могут выступать трансформатор или инвертор.

Плазмотрон - основной элемент аппарата воздушно-плазменной резки, именно в нем происходят процессы, благодаря которым появляется плазма. Плазмотрон состоит из сопла, электрода, корпуса, изолятора между соплом и электродом и каналов для воздуха. Такие элементы как электрод и сопло являются расходными материалами и требуют частой замены.

Электрод в плазмотроне является катодом и служит для возбуждения электрический дуги. Самым распространенным металлом, из которого делают электроды для плазмотронов, является гафний.

Сопло имеет конусообразную форму, обжимает плазму и формирует плазменную струю. Вырываясь из выходного канала сопла, плазменная струя дотрагивается до заготовки и разрезает ее. Размеры сопла влияют на характеристики плазмореза, его возможности и технологию работы с ним. Самый распространенный диаметр сопла - 3 - 5 мм. Чем больше диаметр сопла, тем больший объем воздуха в единицу времени оно можно пропустить через себя. От количества воздуха зависит ширина реза, а также скорость работы плазморезом и скорость охлаждения плазмотрона. Самая распространенная длина сопла 9 - 12 мм. Чем больше длина сопла, тем аккуратнее рез. Но слишком длинное сопло больше подвержено разрушению, поэтому оптимально длину увеличивают на размер, равный 1,3 - 1,5 диаметра сопла. Следует учитывать, что каждому значению силы тока соответствует оптимальный размер сопла, который обеспечивает стабильное горение дуги и максимальные параметры резки. Уменьшать диаметр сопла и делать менее 3 мм нецелесообразно, так как значительно снижается ресурс всего плазмотрона.

Компрессор подает сжатый воздух в плазмотрон для образования плазмы. В аппаратах воздушно-плазменной резки воздух выступает в качестве и плазмообразующего газа, и защитного. Существуют аппараты со встроенным компрессором, как правило, они маломощные, а также аппараты с внешним воздушным компрессором.

Кабель-шланговый пакет состоит из электрокабеля, соединяющего источник питания и плазмотрон, а также шланга для подачи воздуха от компрессора в плазмотрон. Что конкретно происходит внутри плазмотрона, рассмотрим ниже.

Принцип работы аппарата воздушно-плазменной резки

Установка воздушно плазменной резки работает по описанному ниже принципу. После нажатия кнопки розжига, которая находится на ручке плазмотрона, от источника питания на плазмотрон начинает подаваться ток высокой частоты. В результате загорается дежурная электрическая дуга. По причине того, что образование электрической дуги между электродом и заготовкой напрямую затруднительно, то в качестве анода выступает наконечник сопла. Температура дежурной дуги составляет 6000 - 8000 °С, а столб дуги заполняет весь канал сопла.

Спустя пару секунд после розжига дежурной дуги в камеру плазмотрона начинает подаваться сжатый воздух. Он проходит сквозь дежурную электрическую дугу, ионизируется, нагревается и увеличивается в объеме в 50 - 100 раз. Форма сопла плазмотрона заужена книзу, благодаря чему воздух обжимается, из него формируется поток, который вырывается из сопла со скоростью, близкой к звуковой - 2 - 3 м/с. Температура ионизированного разогретого воздуха, вырывающегося из выходного отверстия сопла, может достигать 20000 - 30000 °С. Электропроводность воздуха в этот момент примерно равна электропроводности обрабатываемого металла.

Плазмой как раз и называется разогретый ионизированный воздух, вырывающийся из сопла плазмотрона. Как только плазма достигает поверхности обрабатываемого металла, зажигается рабочая режущая дуга, в этот момент дежурная дуга гаснет. Режущая дуга разогревает заготовку в месте соприкосновения, локально, металл начинает плавиться, появляется рез. Расплавленный металл вытекает на поверхность заготовки и застывает в виде капель и мелких частичек, которые тут же сдуваются потоком плазмы. Данный способ воздушно-плазменной резки называют резкой плазменной дугой (дуга прямого действия), так как обрабатываемый металл входит в электрическую схему и является анодом режущей дуги.

В описанном выше случае для разрезания заготовки используется энергия одного из приэлектродных пятен дуги, а также плазмы столба и вытекающего из него факела. Для резки плазменной дугой используется дуга постоянного тока прямой полярности.

Плазменно-дуговая резка металла используется в таких случаях: если необходимо изготовить детали с фигурными контурами из листового металла, или изготовить детали с прямыми контурами, но так, чтобы не пришлось обрабатывать контуры дополнительно, для резки труб, полос и прутов, для вырезки отверстий и проемов в деталях и другого.

Но также есть еще один способ плазменной резки - резка плазменной струей . В таком случае режущая дуга загорается между электродом (катодом) и наконечником сопла (анодом), а обрабатываемая заготовка не включена в электрическую цепь . Часть плазмы выносится из плазмотрона в виде струи (дуга косвенного действия). Обычно такой способ резки используют для работы с неметаллическими нетокопроводящими материалами - бетоном, керамической плиткой, пластмассой.

Подача воздуха в плазмотрон прямого действия и косвенного действия производится по-разному. Для резки плазменной дугой требуется аксиальная подача воздуха (прямая) . А для резки плазменной струей требуется тангенциальная подача воздуха.

Тангенциальная или вихревая (осевая) подача воздуха в плазмотрон необходима для того, чтобы катодное пятно располагалось строго по центру. Если тангенциальная подача воздуха нарушена, неизбежно смещение катодного пятна, а с ним и плазменной дуги. В результате плазменная дуга горит не стабильно, иногда загорается две дуги одновременно, а также весь плазмотрон выходит из строя. Воздушно-плазменная резка самодельная не способна обеспечить тангенциальную подачу воздуха. Так как для устранения турбулентностей внутри плазмотрона используют сопла специальной формы, а также вкладыши.

Сжатый воздух используется для воздушно-плазменной резки таких металлов:

• Меди и сплавов меди - толщиной не более 60 мм;
• Алюминия и сплавов алюминия - толщиной до 70 мм;
• Стали толщиной до 60 мм.

А вот для резки титана воздух использовать категорически нельзя. Более детально тонкости работы аппаратом ручной воздушно-плазменной резки рассмотрим ниже.

Как выбрать аппарат воздушно-плазменной резки

Чтобы сделать правильный выбор плазмореза для частных бытовых нужд или маленькой мастерской, необходимо точно знать для каких целей он будет использоваться. С какими заготовками придется работать, из какого материала, какой толщины, какова интенсивность загрузки аппарата и многое другое.

Для частной мастерской вполне может сгодиться инвертор, так как у таких аппаратов более стабильная дуга и больший на 30 % КПД. Трансформаторы подходят для работы с заготовками большей толщины и не боятся перепадов напряжения, но при этом они больше весят и менее экономичны.

Следующая градация - плазморезы прямого и косвенного действия. Если планируется резать только металлические заготовки, то необходим аппарат прямого действия.

Для частной мастерской или домашних нужд необходимо приобретать ручной плазморез с встроенным или внешним компрессором, рассчитанный на определенную силу тока.

Сила тока плазмореза и толщина металла

Сила тока и максимальная толщина заготовки - основные параметры для выбора аппарата воздушно-плазменной резки. Они взаимосвязаны между собой. Чем большую силу тока может подавать источник питания плазмореза, тем более толстую заготовку можно обрабатывать с помощью данного аппарата.

Выбирая аппарат для личных нужд, необходимо точно знать, какой толщины заготовки будут обрабатываться и из какого металла. В характеристиках плазморезов указывается и максимальная сила тока, и максимальная толщина металла. Но обратите внимание на то, что толщина металла указана из расчета на то, что обрабатываться будет черный металл, а не цветной и не нержавейка. А сила тока указана не номинальная, а максимальная, на данных параметрах аппарат может работать совсем непродолжительное время.

Для резки разных металлов требуется различная сила тока. Точные параметры можно увидеть в таблице ниже.

Таблица 1. Сила тока, необходимая для резки различных металлов.

Например, если планируется резать стальную заготовку толщиной 2,5 мм, то необходима сила тока 10 А. А если заготовка выполнена из цветного металла, например, меди толщиной 2,5 мм, то сила тока должна быть 15 А. Чтобы рез получился высокого качества, необходимо учитывать некий запас мощности, поэтому лучше приобрести плазморез, рассчитанный на силу тока в 20 А.

На аппарат воздушно-плазменной резки цена напрямую зависит от его мощности - выдаваемой силы тока. Чем больше сила тока, тем дороже аппарат.

Режим работы - продолжительность включения (ПВ)

Режим работы аппарата определяется интенсивностью его загрузки. На всех аппаратах указан такой параметр, как продолжительность включения или ПВ. Что она означает? Например, если указана ПВ=35%, то это означает, что плазморезом можно работать 3,5 минуты, а затем ему необходимо дать остыть в течение 6,5 минут. Цикл продолжительности включения рассчитан на 10 минут. Есть аппараты с ПВ 40%, 45%, 50%, 60%, 80%, 100%. Для бытовых нужд, где аппарат не будет использоваться постоянно, достаточно аппаратов с ПВ от 35% до 50%. Для машинной резки с ЧПУ используются плазморезы с ПВ=100%, так как они обеспечивают непрерывную работу в течение всей смены.

Обратите внимание, что в процессе работы с ручной воздушно-плазменной резкой существует необходимость переместить плазмотрон или перейти на другой конец заготовки. Все эти интервалы учитываются в счет времени охлаждения. Также продолжительность включения зависит от загрузки аппарата. Например, с начала смены даже плазморез с ПВ=35% может без перерыва работать 15 - 20 минут, но чем чаще им будут пользоваться, тем короче будет время беспрерывной работы.

Воздушно-плазменная резка своими руками - технология работы

Плазморез выбрали, с принципом работы и устройством ознакомились, пора приступать к работе. Чтобы не наделать ошибок, для начала не помешает ознакомиться с технологией работы с аппаратом воздушно-плазменной резки. Как соблюсти все меры безопасности, как подготовить аппарат к работе и правильно подобрать силу тока, а затем, как разжечь дугу и соблюдать необходимую дистанцию между соплом и поверхностью заготовки.

Позаботьтесь о безопасности

Воздушно-плазменная резка сопряжена с рядом опасностей: электрический ток, высокая температура плазмы, раскаленный металл и ультрафиолетовое излучение.

• Работать необходимо в специальной экипировке: темные очки или щиток сварщика (4 - 5 класс затемнения стекла), плотные перчатки на руках, штаны из плотной ткани на ногах и закрытая обувь. При работе с резаком могут образовываться газы, которые представляют угрозу для нормальной работы легких, поэтому на лицо необходимо надевать маску или респиратор.
• Плазморез подключается в сеть через УЗО.
• Розетки, рабочая подставка или стол, окружающие предметы должны быть хорошо заземлены.
• Силовые кабели должны быть в идеальном состоянии, не допускается повреждение обмотки.

То, что сеть должна быть рассчитана на то напряжение, которое указано на аппарате (220 В или 380 В), это само собой разумеющееся. В остальном же соблюдение техники безопасности поможет избежать травм и профзаболеваний.

Подготовка аппарата воздушно-плазменной резки к работе

Как подключить все элементы аппарата воздушно-плазменной резки, подробно описано в инструкции к аппарату, поэтому сразу перейдем к дальнейшим нюансам:

• Аппарат необходимо установить так, чтобы к нему был доступ воздуха. Охлаждение корпуса плазмореза позволит дольше работать без перерыва и реже отключать аппарат для охлаждения. Место расположения должно быть таким, чтобы на аппарат не попадали капли расплавленного металла.
• Воздушный компрессор подключается к плазморезу через влаго- и маслоотделитель. Это очень важно, так как попавшие в камеру плазмотрона вода или капли масла могут привести к выходу из строя всего плазмотрона или даже его взрыву. Давление подаваемого в плазмотрон воздуха должно соответствовать параметрам аппарата. Если давление будет недостаточным, то плазменная дуга будет нестабильной, часто будет гаснуть. Если давление будет избыточным, то могут придти в негодность некоторые элементы плазмотрона.
• Если на заготовке, которую собираетесь обрабатывать, есть ржавчина, окалина или масляные пятна, их лучше отчистить и удалить. Хоть воздушно-плазменная резка и позволяет резать ржавые детали, все же лучше перестраховаться, так как при нагреве ржавчины выделяются ядовитые пары. Если планируется резать емкости, в которых хранились горючие материалы, то их необходимо тщательно отчистить.

Чтобы рез получился ровным, параллельным, без окалины и наплывов, необходимо правильно подобрать силу тока и скорость резки. В представленных ниже таблицах указаны оптимальные параметры резки различных металлов различной толщины.

Таблица 2. Сила и скорость резки с помощью аппарата воздушно-плазменной резки заготовок из различных металлов.

Первое время подбирать скорость ведения резака будет сложно, необходим опыт. Поэтому поначалу можно ориентироваться на такое правило: вести плазмотрон необходимо так, чтобы с обратной стороны заготовки были видны искры. Если искр не видно, значит, заготовка не разрезана насквозь. Обратите также внимание, что слишком медленное ведение резака негативно сказывается на качестве реза, на нем появляются окалина и наплывы, а также может нестабильно гореть дуга и даже гаснуть.

Теперь можно приступать к самому процессу резки.

Перед тем как зажечь электрическую дугу, плазмотрон следует продуть воздухом, чтобы удалить случайный конденсат и инородные частицы. Для этого необходимо нажать, а затем отпустить кнопку поджига дуги. Так аппарат переходит в режим продувки. Спустя примерно 30 секунд можно нажимать кнопку поджига и удерживать ее. Как уже описывалось в принципе работы плазмореза, между электродом и наконечником сопла загорится дежурная (вспомогательная, пилотная) дуга. Как правило, она горит не долее 2 секунд. Поэтому за это время необходимо зажечь рабочую (режущую) дугу. Способ зависит от вида плазмотрона.

Если плазмотрон прямого действия, то необходимо сделать короткое замыкание: после образования дежурной дуги необходимо нажать кнопку розжига - прекращается подача воздуха и контакт замыкается. Затем воздушный клапан открывается автоматически, поток воздуха вырывается из клапана, ионизируется, увеличивается в размерах и выводит искру из сопла плазмотрона. В результате загорается рабочая дуга между электродом и металлом заготовки.

Важно! Контактный поджиг дуги не означает, что плазмотрон необходимо прикладывать или прислонять к заготовке.

Как только загорится режущая дуга, дежурная дуга гаснет. Если не получилось зажечь рабочую дугу с первого раза, необходимо отпустить кнопку розжига и нажать ее снова - начнется новый цикл. Причин, по которым может не зажигаться рабочая дуга, несколько: недостаточное давление воздуха, неправильная сборка плазмотрона или другие неполадки.

В процессе работы также бывают случаи, когда режущая дуга гаснет. Причина, скорее всего, в изношенности электрода или несоблюдении расстояния между плазмотроном и поверхностью заготовки.

Расстояние между горелкой плазмотрона и металлом

Ручная воздушно-плазменная резка сопряжена с той трудностью, что необходимо соблюдать расстояние между горелкой/соплом и поверхностью металла. При работе рукой это довольно сложно, так как даже дыхание сбивает руку, и рез получается неровным. Оптимальное расстояние между соплом и заготовкой 1,6 - 3 мм, для его соблюдения используются специальные дистанционные упоры, ведь сам плазмотрон нельзя прижимать к поверхности заготовки. Упоры надеваются сверху на сопло, затем плазмотрон опирается упором на заготовку и выполняется рез.

Обратите внимание, что держать плазмотрон необходимо строго перпендикулярно заготовке. Допустимый угол отклонения 10 - 50 °. Если заготовка слишком тонкая, то резак можно держать под небольшим углом, это позволит избежать сильных деформаций тонкого металла. Расплавленный металл при этом не должен попадать на сопло.

Работы с воздушно-плазменной резкой своими руками вполне можно осилить самостоятельно, только важно помнить о технике безопасности, а также о том, что сопло и электрод - расходные материалы, которые требуют своевременной замены.

Как правило, плазмой листовой металл режется на крупных производствах, и делается это при изготовлении деталей сложной конфигурации. На промышленных станках режутся любые металлы: сталь, медь, латунь, алюминий, сверхтвердые сплавы. Примечательно, что плазменный резак вполне можно сделать собственноручно, хотя возможности устройства в этом случае будут несколько ограниченными. В крупносерийном производстве самодельный ручной плазморез непригоден, но вырезать им детали в своей мастерской, цехе или гараже удастся. В отношении конфигурации и твердости обрабатываемых заготовок ограничений практически нет. Однако они касаются скорости резания, размеров листа и толщины металла.

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.

Плазменная резка требует того, чтобы сила тока была, по крайней мере, как для сварочного аппарата средней мощности. Ток такой силы вырабатывается обыкновенным сварочным трансформатором и инверторным аппаратом. В первом случае конструкция получается условно мобильной: из-за большого веса и габаритов трансформатора ее перемещение затруднено. Вместе с баллоном сжатого газа или компрессором система получается громоздкой.

Трансформаторы имеют невысокий КПД, из-за чего расход электроэнергии при резке металла получается повышенным.

Схема с инвертором несколько проще и удобнее, а еще более выгодна в плане затрат энергии. Из сварочного инвертора выйдет довольно компактный резак, который разрежет металл толщиной до 30 мм. Промышленные установки режут металлические листы такой же толщины. Плазменный резак на трансформаторе способен разрезать даже более толстые заготовки, хотя подобное требуется не так часто.

Плюсы плазменной резки видны как раз на тонких и сверхтонких листах.

• Гладкость кромок.
• Точность линии.
• Отсутствие брызг металла.
• Отсутствие перегретых зон около места взаимодействия дуги и металла.

Самодельный резак собирается на базе инверторного сварочного аппарата любого типа. Неважно, какое количество рабочих режимов, нужен лишь постоянный ток силой больше 30 А.

Плазмотрон

Вторым по важности элементом является плазмотрон. Плазменный резак состоит из основного и добавочного электродов, первый сделан из тугоплавкого металла, а второй представляет собой сопло, обычно медное. Основной электрод служит катодом, а сопло – анодом, и во время работы это – обрабатываемая токопроводящая деталь.

Если рассматривать плазмотрон прямого действия, дуга возникает между заготовкой и резаком. Плазмотроны косвенного действия режут плазменной струей. Аппарат из инвертора рассчитан на прямое действие.

Электрод и сопло являются расходными материалами и заменяются по мере износа. Кроме них, в корпусе имеется изолятор, который разделяет катодный и анодный узлы, еще есть камера, где вихрится подаваемый газ. В сопле, коническом или полусферическом , сделано тонкое отверстие, через которое вырывается газ, раскаленный до 3000-5000°C .

В камеру газ поступает из баллона или подается из компрессора по шлангу, который совмещен с кабелями питания, образующими пакет из шлангов и кабелей. Элементы соединены в изоляционном рукаве либо соединены жгутом. Газ идет в камеру через прямой патрубок, который находится сверху или сбоку вихревой камеры, обеспечивающей перемещение рабочей среды лишь в одну сторону.

Принцип работы плазмотрона

Газ, поступающий под давлением в пространство между соплом и электродом, проходит в рабочее отверстие, удаляясь после в атмосферу. С включением осциллятора – устройства, которое вырабатывает импульсный высокочастотный ток, – между электродами появляется предварительная дуга и нагревает газ в ограниченном пространстве камеры сгорания. Поскольку температура нагрева очень высокая, газ превращается в плазму. В этом агрегатном состоянии ионизированы, то есть электрически заряжены, практически все атомы. Давление в камере резко повышается, и газ вырывается наружу раскаленной струей.

При поднесении к детали плазмотрона возникает вторая, более мощная, дуга. Если сила тока осциллятора – 30-60 А, рабочая дуга возникает при силе в 180-200 А. Она дополнительно разогревает газ, разгоняющийся под действием электричества до 1500 м/с. Комбинированное действие плазмы высокой температуры и скорости движения режет металл по тончайшей линии. Толщину разреза определяют свойства сопла.

Плазмотрон косвенного действия работает иначе. Роль главного анода в нем играет сопло. Из резака вместо дуги вырывается струя плазмы, режущая не токопроводящие материалы. Самодельное оборудование данного типа работает крайне редко. В связи со сложностью устройства плазмотрона и тонких настроек сделать его в кустарных условиях практически невозможно, хотя чертежи найти нетрудно. Он работает под высокими температурами и давлениями и становится опасным, если что-то сделано неправильно!

Осциллятор

Если некогда заниматься сборкой электрических схем и поиском деталей, возьмите осцилляторы заводского изготовления, к примеру, ВСД-02. Характеристики этих устройств более всего подходят для работы с инвертором. Осциллятор подсоединяется в схему питания плазмотрона последовательно или параллельно, в зависимости от того, что диктует инструкция конкретного прибора.

Рабочий газ

Перед тем, как приступить к изготовлению плазмореза, продумайте сферу его применения. Если предстоит работа исключительно с черными металлами, обойтись можно одним лишь компрессором. Для меди, латуни и титана потребуется азот, а алюминий режется в смеси азота с водородом. Высоколегированные стали режут в аргоновой атмосфере, здесь аппарат рассчитывают и под сжатый газ.

Транспортировка устройства

Ввиду сложности конструкции устройства и многочисленности составляющих его компонентов, аппарат плазменной резки трудно разместить в ящике или переносном корпусе. Рекомендуется использовать складскую тележку для перемещения товаров. На тележке компактно расположится:

• инвертор;
• компрессор или баллоны;
• кабельно-шланговая группа.

В пределах мастерской или цеха с перемещением проблем не будет. Когда аппарат потребуется транспортировать на какой-либо объект, он загружается в прицеп легковой машины.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Фотографии внутренностей плазматрона:

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

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

А вот полностью разобранный плазматрон:

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

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

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

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

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

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

Будьте осторожны! Этот прибор использует бестрансформаторное питание от сети.

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

Немного о планах на будущее

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

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

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

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

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