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

Принцип действия плазмореза

При включении источника питания ток начинает поступать в рабочую зону во внутреннюю камеру плазмореза, где активируется электрическая дежурная дуга между наконечником сопла и электродом. Образующая дуга заполняет канал сопла, куда под большим давлением начинает подаваться воздушная смесь, которая за счет высокой температуры 6000-8000 °C сильно нагревается и увеличивается в объеме от 50 до 100 раз. За счет внутренней формы сужающегося сопла, которое имеет форму конуса поток воздуха, сжимается, разогреваясь до температуры на выходе равной 25000 — 30000 °C, с образованием плазменной струи производящей резку обрабатываемой болванки. Причем первоначально активированная дежурная дуга гаснет и активируется рабочая между электродом и изделием из металла. Образующиеся продукты от воздействия плазменного горения и плавки металла удаляются за счет силы струи.

Рис 1 Проведение операций по разделке металла, где необходим раскрой или сварка изделия, используя ручной самодельный изготовленный своими руками или профессиональный плазморез.

Оптимальными показателями для рабочего процесса являются:

  1. подача газа со скоростью до 800 м/сек;
  2. показатель тока может составлять до 250 — 400 А.

Схема 1. Чертеж процесса плазменной разделки обрабатываемого изделия.

Ручной плазморез собранный с использованием инвертора в основном применяется для обработки заготовок и отличается небольшим весом и экономным расходом электроэнергии.

Подбор составных частей плазмореза

Для сборки плазменного резака, используя чертежи (на базе инвертора), своими руками необходимы агрегаты:

  1. устройство подачи газа под давлением – компрессор;
  2. плазменный резак;
  3. электротехническое устройство – инвертор, обеспечивающий силу тока для образования электрической дуги;
  4. рабочие шланги высокого давления для подачи воздуха и защищенный электрический кабель.

Для подачи воздуха подбираем компрессор с учетом выходного объема в течение 1 мин. Производственные компании выпускают 2 вида компрессоров:

  1. аппарат поршневой;
  2. аппарат винтовой (который обладает меньшим расходом электроэнергии, легче, но 40-50% дороже).

Рис. 2 Плазморез (аппарат) с комплектом кабеля для резака и соединения с заготовкой (в качестве анода).

Поршневые компрессоры подразделяются на масляные и без применения масла, по принципу привода — с ременным или прямым соединением элементов.
При эксплуатации компрессоров необходимо соблюдать ряд правил:

  1. при отрицательной температуре окружающей среды необходимо предварительно прогревать масло, содержащееся в картере;
  2. необходимо регулярно менять воздушный (входной) фильтр;
  3. строго контролировать уровень масла в картере;
  4. не реже 1 раз полгода необходимо осуществлять полную очистку агрегатов от посторонних примесей;
  5. по окончании работ необходимо сделать сброс давления (с помощью регулятора) в системе.

При ремонтных работах часто используется продукция компании ORLIK KOMRESSOR (Чехия). Аппарат ORL 11 позволяет производить резку заготовки с использованием силы тока 200-440 А и воздушно-газового потока поступающего под давлением.

В комплект оборудования входит:

  1. компрессор;
  2. блок фильтров магистральных для воздушно-газовой смеси;
  3. осушители газа;
  4. ресивер.

На выходе из агрегата поступает очищенный воздух от масла, пыли и влаги. Примером винтовых компрессоров является продукция фирмы Atlas Copco (Швеция) серии СА. Устройство оснащено для очищения воздуха автоматической системой удаления конденсата.

Плазматрон — специальный аппарат, в котором с помощью электрического тока образуется электродуга разогревающая в камере подаваемый под давлением воздух с образованием режущего потока плазмы.

Резак состоит из элементов:

  1. специального держателя с электродом;
  2. изолирующей прокладки разделяющей сопло и электродный узел;
  3. камеры образования плазмы;
  4. сопла выходного для образования плазменной струи (см. чертежи);
  5. снабжающих систем;
  6. элементов тангенциальной подачи плазмы (на некоторых моделях) для стабилизации дугового разряда.

По способу выполнения работ (сварка или резка) резаки подразделяются:

  1. Двухпоточные, используемые в восстановительных, окислительных и инертных средах.
  2. Газовые инертные (с использованием гелия, аргона), восстановительные (водорода, азота).
  3. Газовые окислительные (в состав воздушно-газовой смеси входит кислород).
  4. Газовые с применением стабилизационной (газожидкостной) дуги.

Катод плазматрона изготавливается в виде стержня или вставок из вольфрама, гафния, циркония. Широкое распространение получили плазматроны с гильзовым катодом, применяемым при резке с использованием воздушно-газовой потока под давлением.

Для проведения резки изделий в окислительной среде используется пустотный катод, изготовленный из меди с принудительной системой охлаждения с помощью воды.

Рис. 3 Переносной аппарат (инвертор) для осуществления плазменной резки.

Плазморез двухпоточный (инверторный) оснащаются 2-мя соосными соплами наружным и внутренним. Поступающий газ во внутреннее сопло считается первичным, а наружное – дополнительным, причем газы могут иметь различный состав и объем.

Плазморез со стабилизацией дуги за счет подачи газожидкостного потока имеет отличие, которое заключается в подаче воды в факельную камеру для стабилизации состояния дугового разряда.

Для активации рабочей дуги в качестве анода используется заготовка, которая с помощью зажимов и кабеля подсоединяется к инвертору.

В качестве энергетической установки для осуществления процесса плазменной резки используется устройство (инвертор), обеспечивающее необходимую силу тока, которое обладает более высоким КПД, чем трансформатор, но возможности по обработке металла у трансформатора значительно выше.

Схема 2. Чертеж источника питания плазматрона своими руками.

Преимущества инвертора:

  1. возможность равномерно изменять параметры;
  2. небольшой вес;
  3. устойчивое состояние рабочей дуги;
  4. высокое качество реза или сварки.

В комплект оборудования также входит набор шлангов высокого давления для подсоединения стационарного компрессора и соединительный электрический кабель.

Для сборки плазмореза своими руками разрабатывается схема устройства с указанием необходимых агрегатов отвечающих требуемым характеристикам, которая должна включать все дополнения и изменения, используемые при сборке с приведением необходимых расчетов наиболее важных показателей. Самодельный плазморез своими руками можно собрать, используя готовые блоки и агрегаты, производимые специализированными компаниями при этом необходимо сделать точные расчеты и согласование выходных параметров протекающих процессов.

Особенности маркировки плазморезов

Выпускаемые промышленными предприятиями плазморезы можно разделить на 2 категории:

  1. агрегаты машинной резки;
  2. ручные.

Ручные резаки более доступны по цене при необходимости сборки своими руками. Производимые модели имеют специальную маркировку:

  1. ММА – аппарат предназначен для дуговой сварки с помощью индивидуального электрода;
  2. CUT – аппарат (плазморез) используется для разделки металла;
  3. TIQ — аппарат применяется для работ, где необходима аргонная сварка.

Производственные предприятия выпускают оборудование для резки металла:

  1. Профи CUT 40 (горелка РТ-31, допустимая толщина реза – 16 мм, расход воздушно-газовой смеси– 140 л/мин, ресивер объемом 50 л);
  2. Профи CUT 60 (горелка Р-80, допустимая толщина реза заготовки — 20 мм, расход воздушно-газовой смеси – 170 л/мин.);
  3. Профи CUT 80 (горелка Р. – 80, допустимая толщина реза заготовки – 30 мм, расход воздушно-газовой смеси – 190 л/мин.);
  4. Профи CUT 100 (горелка А-101, допустимая толщина реза заготовки – 40 мм, расход воздушно-газовой смеси — 200 л/мин.), ресивер объемом 100 л.

Изготовление плазмореза с ЧПУ своими руками

Плазморез оснащенный ЧПУ должен иметь унифицированную сборку, используя чертежи, выполненные на основе подготовленного технического задания изделия, куда входят:

  1. стол рабочий;
  2. передача ременная;
  3. блок управления функциями;
  4. элементы шаговые;
  5. направляющие линейные;
  6. система регулировки высоты реза;
  7. блок управления ЧПУ;

Схема 3. Чертеж устройства инвертора для плазменной резки.

Чертежи всех блоков плазмореза можно приобрести с учетом требуемой мощности и характеристик установки и финансовых возможностей или сделать своими руками при наличии опыта и знаний.

Для комплектования и сборки станка с ЧПУ необходимо, используя чертежи, изготовить ряд элементов:

  1. основание для сварки стола;
  2. собирается прочная рама с последующей окраской;
  3. крепятся опорные стойки;
  4. собирается водяной стол;
  5. устанавливаются крепления и сами рейки;
  6. монтируются направляющие линейные;
  7. монтируется облицовка стола;
  8. устанавливаются направляющие совместно с порталом;
  9. портал оснащается двигателем и сигнальными датчиками;
  10. монтируются направляющие, двигатель направляющей Y и зубчатая рейка регулирования позиционирования;
  11. монтируется направляющая с оснащением двигателем;
  12. монтируется сигнальный датчик поверхности металла;
  13. монтируется кран для удаления воды со стола;
  14. прокладываются соединительные кабели-каналы X.Z.Y;
  15. провода изолируются и закрываются с помощью облицовки;
  16. монтируется рабочий резак;
  17. собирается и монтируется устройство с ЧПУ.

Проведение операций по изготовлению и сборке плазмотрона с ЧПУ, должны выполняться только при наличии квалифицированных специалистов. Схема устройства (чертежи) должна включать все необходимые элементы, обеспечивающие высокое качество работы и безопасность выполнения резки металла. Оснащение предприятий оборудованием с ЧПУ позволяет повысить производительность труда и сложность выполнения операций. Сделать производственные процессы, выполняемые с помощью оборудования с ЧПУ более экономичными за счет повышения производительности труда и сокращения скорости обработки изделий.

Вам также могут быть интересны статьи:

Как сделать строгальный станок по дереву своими руками Как сделать гильотину для резки металла своими руками?

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:)

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.

Домашние мастера, занимающиеся обработкой металла, сталкиваются с необходимостью раскраивать металлические заготовки. Это можно сделать при помощи угловой шлифовальной машины (болгарки), кислородного резака или плазмореза.

  1. Болгарка. Качество среза очень высокого уровня. Однако выполнить фигурный раскрой невозможно, особенно если это касается внутренних отверстий с изогнутыми краями. К тому же есть ограничения по толщине металла. Тонкие листы резать болгаркой невозможно. Главное преимущество – ценовая доступность;
  2. Кислородный резак. Может вырезать отверстие любой конфигурации. Но добиться ровного среза невозможно в принципе. Края получаются рваными, с каплями оплавленного металла. Тяжело режется толщина более 5 мм. Приспособление не слишком дорогое, но требуется иметь большой запас кислорода для работы;
  3. Плазморез. Доступным этот прибор не зазовешь, но высокая стоимость оправдана качеством среза. После раскроя, заготовка практически не нуждается в дополнительной обработке.

Учитывая неподъемную для большинства домашних мастеров цену – многие умельцы «кулибины» изготавливают плазменный резак .

Способов несколько – можно создать конструкцию полностью «с нуля», или использовать готовые приспособления. Например – из сварочного аппарата, несколько модернизированного под новые задачи.

Изготовить плазморез своими руками реальная задача, но сначала необходимо понять, как он работает.

Общая схема изображена на иллюстрации:

Устройство плазмореза

Блок питания.

Он может быть сконструирован по-разному. Трансформатор имеет большие габариты и массу, но позволяет резать более толстые заготовки.

Потребление электроэнергии выше, это необходимо учитывать при выборе точки подключения. Такие блоки питания мало чувствительны к перепадам входного напряжения.