Современные инверторные сварочные аппараты покрывают большинство потребностей для получения неразъемных соединений металлических заготовок. Но в ряде случаев куда более удобным будет аппарат несколько иного типа, в котором основную роль играет не электрическая дуга, а поток ионизированного газа, то есть плазменный сварочный аппарат. Приобретать его для периодического использования не слишком рентабельно. Можно сделать такой сварочный аппарат своими руками.
Оборудование и компоненты
Изготовить микроплазменный сварочный аппарат проще всего на основе уже имеющегося инверторного сварочного аппарата. Для выполнения такой модернизации вам понадобятся следующие компоненты:
- любой инверторный сварочный аппарат для TIG сварки со встроенным осциллятором или без него;
- сопло с вольфрамовым электродом от TIG-сварочника;
- аргоновый баллон с редуктором;
- небольшой кусочек прутка из тантала или молибдена диаметром и длиной до 20 мм;
- фторопластовая трубка;
- медные трубки;
- небольшие кусочки листовой меди толщиной 1-2 мм;
- электронный балласт;
- резиновые шланги;
- гермоввод;
- хомуты;
- проводка;
- клеммы;
- автомобильный бачок стеклоочистителя с электронасосом;
- выпрямительный блок питания электронасоса стеклоочистителя.
Работы по доводке и изготовлению новых деталей и узлов потребуют использования следующего оборудования:
- токарный станок;
- электропаяльник;
- горелка для пайки с баллоном;
- отвертки;
- пассатижи;
- амперметр;
- вольтметр.
Вернуться к оглавлению
Теоретические основы
Сварочный аппарат для плазменной сварки может быть одного из 2-х основных типов: открытого и закрытого. Основная дуга сварочного аппарата открытого типа горит между центральным катодом горелки и изделием. Между соплом, которое служит анодом, и центральным катодом горит только дежурная дуга для возбуждения основной в любой момент времени. Сварочный аппарат закрытого типа имеет только дугу между центральным электродом и соплом.
Сделать долговечный по 2-му принципу довольно трудно. При прохождении основного сварочного тока через сопло-анод этот элемент испытывает колоссальные тепловые нагрузки и требует очень качественного охлаждения и использования соответствующих материалов. Обеспечить термостойкость конструкции, когда делается такой аппарат своими руками, очень трудно. Когда делается плазменный аппарат своими руками, для долговечности лучше выбирать открытую схему.
Вернуться к оглавлению
Практическая реализация
Часто при кустарном изготовлении плазменного сварочного аппарата сопло вытачивают из меди. При отсутствии альтернативы такой вариант возможен, но сопло становится расходным материалом даже при прохождении через него только дежурного тока. Его придется часто менять. Если удастся достать небольшой кусочек кругляка из молибдена или тантала, лучше сопло изготовить из них. Тогда можно будет ограничиваться периодической чисткой.
Размер центрального отверстия в сопле подбирают опытным путем. Начинать нужно с диаметра 0,5 мм и постепенно растачивать его до 2 мм, пока поток плазмы не станет удовлетворительным.
Конусный зазор между центральным вольфрамовым катодом и соплом-анодом должен составлять 2,5-3 мм.
Сопло вкручивается в полую рубашку охлаждения, которая через фторопластовый изолятор соединяется с держателем центрального электрода. В рубашке охлаждения циркулирует охлаждающая жидкость. В качестве таковой в теплое время года можно использовать дистиллированную воду, зимой лучше антифриз.
Рубашка охлаждения представляет собой 2 полые медные трубки. Внутренняя диаметром и длиной около 20 мм располагается на переднем конце внешней трубки с диаметром около 50 мм и длиной порядка 80 мм. Пространство между торцами внутренней трубки и стенками наружной запаивают тонкой листовой медью. В рубашку с помощью газовой горелки впаивают медные трубки диаметром 8 мм. По ним поступает и отводится охлаждающая жидкость. Кроме того, к рубашке охлаждения нужно припаять клемму для подачи положительного заряда.
Во внутренней трубке делают резьбу, в которую вкручивают съемное сопло из термостойких материалов. На выдвинутом конце наружной трубки также нарезают внутреннюю резьбу. В нее вкручивается изолирующее кольцо из фторопласта. В кольцо вкручивается держатель центрального электрода.
Через стенку наружной трубки в пространство между рубашкой охлаждения и фторопластовым изолятором впаивается трубка подачи аргона такого же диаметра, как для охлаждения.
По рубашке охлаждения циркулирует жидкость из бачка стеклоочистителя. Питание на насос его электродвигателя подается через отдельный выпрямитель на 12 В. Выход для подачи на бачке уже есть, возврат жидкости можно врезать через стенку или крышку бачка. Для этого в крышке сверлится отверстие и вставляется отрезок трубки через гермоввод. Резиновые шланги циркуляции жидкости и подачи аргона соединяются со своими трубками хомутами.
Положительный заряд берется от основного источника питания. Для ограничения тока через поверхность сопла подбирается подходящий электронный балласт. Подаваемый электрический ток должен иметь постоянное значение в районе 5-7 А. Оптимальная величина тока подбирается экспериментально. Это должен быть минимальный ток, который обеспечивает устойчивое горение дежурной дуги.
Возбуждение дежурной дуги между соплом и вольфрамовым катодом может осуществляться одним из двух способов. Встроенным в сварочный аппарат осциллятором или при его отсутствии контактным способом. Второй вариант требует усложнения конструкции плазменной горелки. Держатель центрального электрода при контактном возбуждении делают подпружиненным относительно сопла.
При нажатии на резиновую кнопку штока, соединенного с держателем электрода, острый конец центрального вольфрамового катода контактирует с конусной поверхностью штока. При коротком замыкании в точке контакта резко повышается температура, что позволяет возбудить дугу при отведении пружиной катода от анода. Контакт должен быть очень кратковременным, иначе поверхность сопла пригорит.
Возбуждение тока высокочастотным осциллятором предпочтительнее для долговечности конструкции. Но его приобретение или даже изготовление делает для плазменной сварки нерентабельным.
При работе положительный вывод сварочного аппарата соединяется с деталью без балласта. Когда сопло оказывается на расстоянии несколько миллиметров от заготовки, электрический ток переключается с сопла на деталь. Его значение вырастает до выставленного на сварочном аппарате, а образование из аргона плазмы интенсифицируется. Регулируя подачу аргона и сварочный ток, можно добиться необходимой интенсивности течения плазмы из сопла.
В отличие от , инвертор отличается компактностью, малым весом и высоким КПД, что объясняет его популярность в домашних мастерских, небольших гаражах и цехах.
Он позволяет закрывать большинство потребностей в сварочных работах, но для качественной резки требуется лазерный аппарат или плазморез.
Лазерное оборудование очень дорогое, плазморез тоже стоит недешево. небольшой толщины имеет прекрасные характеристики, недостижимые при использовании электросварки. При этом силовой блок у плазмореза и во многом имеют одинаковые характеристики.
Возникает желание сэкономить, и при небольшой доработке использовать его и для плазменной резки. Оказалось, что это возможно, и можно встретить много способов переделки сварочных аппаратов, в том числе инверторных, в плазморезы.
Аппарат плазменной резки представляет собой тот же сварочный инвертор с осциллятором и плазмотроном, кабелем массы с зажимом и внешним или внутренним компрессором. Часто компрессор используется внешний и в комплект поставки не входит.
Если у владельца сварочного инвертора имеется еще и компрессор, то можно получить самодельный плазморез, приобретя плазмотрон и сделав осциллятор. В итоге получится универсальный сварочный аппарат.
Принцип работы горелки
Работа аппарата плазменной сварки и резки (плазмореза) основана на использовании в качестве режущего или сваривающего инструмента плазмы, четвертого состояния вещества.
Для ее получения требуется высокая температура и газ под высоким давлением. При создании между анодом и катодом горелки электрической дуги в ней поддерживается температура в несколько тысяч градусов.
Образование плазмы
Если пропустить при таких условиях через дугу струю газа, то он ионизируется, расширится в объеме в несколько сотен раз и нагреется до температуры в 20-30 тысяч °C, превращаясь в плазму. Высокая температура почти мгновенно расплавляет любой металл.
В отличие от кумулятивного снаряда процесс образования плазмы в плазмотроне регулируемый.
Анод и катод в резаке плазмореза находятся на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга. Осциллятор вырабатывает импульсный ток большой величины и частоты, пропускает его между анодом и катодом, что приводит к возникновению электрической дуги.
После этого через дугу пропускается газ, который ионизируется. Так как все происходит в замкнутой камере с одним выходным отверстием, то получившаяся плазма с огромной скоростью вырывается наружу.
На выходе горелки плазмореза она достигает температуры 30000 ° и плавит любой металл. Перед началом работ к заготовке с помощью мощного зажима подсоединяется провод массы.
Когда плазма достигает заготовки, то электрический ток начинает течь через кабель массы и плазма достигает максимальной мощности. Ток доходит до 200-250 А. Цепь анод – катод разрывается с помощью реле.
Резка
При пропадании основной дуги плазмореза, эта цепь опять включается, не давая исчезнуть плазме. Плазма играет роль электрода в электродуговой сварке, она проводит ток, а благодаря своим свойствам создает в области соприкосновения с металлом область с высокой температурой.
Площадь соприкосновения струи плазмы и металла маленькая, температура высокая, нагрев происходит очень быстро, поэтому практически отсутствуют напряжения и деформации заготовки.
Срез получается ровный, тонкий не требующий последующей обработки. Под напором сжатого воздуха, который используется в качестве рабочего тела плазмы, жидкий металл выдувается и получается рез высокого качества.
При использовании инертных газов с помощью плазмореза можно проводить качественную сварку без вредного воздействия водорода.
Плазмотрон своими руками
При изготовлении плазмореза из сварочного инвертора своими руками самой сложной частью работ является производство качественной режущей головки (плазмотрона).
Инструменты и материалы
Если делать плазменный резак своими руками, то легче использовать в качестве рабочего тела воздух. Для изготовления понадобятся:
Расходные материалы плазмореза в виде сопел, электрода стоит купить в магазине сварочного оборудования. Они в процессе резки и сварки выгорают, поэтому имеет смысл приобретать по несколько штук на каждый диаметр сопла.
Чем тоньше металл для резки, тем меньше должно быть отверстие сопла горелки плазмореза. Чем толще металл, тем больше отверстие сопла. Наиболее часто используется сопло с диаметром 3 мм, оно перекрывает большой диапазон толщин и видов металлов.
Сборка
Сопла горелки плазмореза прикрепляются прижимной гайкой. Непосредственно за ним располагается электрод и изолирующая втулка, которая не позволяет возникнуть дуге в ненужном месте устройства.
Затем расположен завихритель потока, который направляет его в нужную точку. Вся конструкция помещается во фторопластовый и металлический корпус. К выходу трубки на ручке горелки плазмореза приваривается патрубок для подсоединения воздушного шланга.
Электроды и кабель
Для плазмотрона требуется специальный электрод из тугоплавкого материала. Обычно их изготавливают из тория, бериллия, гафния и циркония. Их применяют из-за образования при нагреве тугоплавких окислов на поверхности электрода, что увеличивает длительность его работы.
При использовании в домашних условиях предпочтительней применение электродов из гафния и циркония. При резке металла они не вырабатывают токсичных веществ в отличие от тория и бериллия.
Кабель от инвертора и шланг от компрессора к горелке плазмореза нужно прокладывать в одной гофрированной трубе или шланге, что обеспечит охлаждение кабеля в случае его нагрева и удобство в работе.
Сечение медного провода нужно выбрать не менее 5-6 мм2. Зажим на конце провода должен обеспечивать надежный контакт с металлической деталью, в противном случае дуга с дежурной не перекинется на основную дугу.
Компрессор на выходе должен иметь редуктор для получения нормированного давления на плазмотроне.
Варианты прямого и косвенного действия
Конструкция горелки плазмореза довольно сложная, выполнить в домашних условиях даже при наличии различных станков и инструментов сложно без высокой квалификации работника. Поэтому изготовление деталей плазмотрона нужно поручить специалистам , а еще лучше приобрести в магазине. Выше была описана горелка плазмотрона прямого действия, она может резать только металлы.
Существуют плазморезы с головками косвенного действия. Они способны резать и неметаллические материалы. В них роль анода выполняет сопло, и электрическая дуга находится внутри горелки плазмореза, наружу под давлением выходит только плазменная струя.
При простоте конструкции устройство требует очень точных настроек, в самодеятельном изготовлении практически не применяется.
Доработка инвертора
Для использования инверторного источника питания для плазмореза его нужно доработать. К нему нужно подключить осциллятор с блоком управления, который будет выполнять функцию пускателя, поджигающего дугу.
Схем осцилляторов встречается довольно много, но принцип действия один. При запуске осциллятора между анодом и катодом проходят высоковольтные импульсы, которые ионизируют воздух между контактами. Это приводит к снижению сопротивления и вызывает возникновение электрической дуги.
Затем включается газовый электроклапан и под давлением воздух начинает проходить между анодом и катодом через электрическую дугу. Превращаясь в плазму и достигая металлической заготовки, струя замыкает цепь через нее и кабель массы.
Основной ток величиной примерно 200 А начинает течь по новой электрической цепи. Это вызывает срабатывание датчика тока, что приводит к отключению осциллятора. Функциональная схема осциллятора изображена на рисунке.
Функциональная схема осциллятора
В случае отсутствия опыта работы с электрическими схемами можно воспользоваться осциллятором заводского производства типа ВСД-02. В зависимости от инструкции по подключению они присоединяются последовательно или параллельно в схему питания плазмотрона.
Перед изготовлением плазмореза, необходимо определить предварительно с какими металлами, и какой толщины хотите работать. Для работы с черным металлом достаточно компрессора.
Для резки цветных металлов потребуется азот, высоколегированной стали нужен аргон. В связи с этим, возможно, потребуется тележка для перевозки газовых баллонов и понижающие редукторы.
Как любое оборудование и инструмент, сварочный аппарат с плазменной головкой требует определенной сноровки от пользователя. Движение резака должно быть равномерным, скорость зависит от толщины металла и его вида.
Медленное движение приводит к образованию широкого реза с неровными краями. Быстрое перемещение приведет к тому, что металл прорезается не во всех местах. При должной сноровке можно получить качественный и ровный срез.
Сегодня промышленность развивается довольно быстрыми темпами. Ежегодно появляются новые технологии сварки, которые пользуются огромным спросом в частном домостроении. Благодаря этим методикам существенно облегчаются строительные работы, при этом сварочное оборудование становится все более производительным и безопасным. К таким методикам можно отнести плазменную сварку.
Появление в современных технологиях новых видов металлических сплавов заставило специалистов разрабатывать новые методики, чертежи оборудования для сварки изделий, изготовленных из них. Так как многие современные металлы плохо поддаются традиционным техникам сваривания. В результате появился новый плазменный метод сваривания металлических образцов, который успешно используется при выполнении различных ремонтно-монтажных процессах.
Основные отличия плазменной технологии сваривания
Плазменная сварка чем-то напоминает аргонную сварку, но характерные отличия присутствуют. Например, она отличается рабочей температурой, которая намного выше. Сварочная дуга может иметь температуру от 5 до 30 тысяч градусов. Благодаря этому качеству, используя плазменную технологию сваривания, можно соединять элементы строительных конструкций, которые невозможно сварить самодельным и стандартным заводским оборудованием, температура дуги которых не превышает 5 тысяч градусов.
Принцип действия плазменной сварки
Сущность данной сварки: посредством воздействия на металлическую поверхность потока ионизированного газа, проводимого электрический ток, происходит плавление металла. При нагреве дуги газ подвергается ионизации, уровень которой увеличивается с повышением температуры газа. Плазменная струя, которой характерна сверхвысокая температура, повышенная мощность, формируется из обыкновенной дуги после сжатия, вдувания в дугу, образующуюся плазмообразующим газом, в качестве которого обычно выступает аргон (редко используется водород, гелий).
Кинетическая энергия химических элементов, находящихся в газе, в процессе ионизации значительно увеличивает тепловую энергию плазменной дуги. При этом дуга, если сравнивать с обычной, имеет возможность в разы повысить на поверхность металла давление благодаря уменьшению собственного диаметра.
Преимущества плазменной технологии
- В отличие от газосварки скорость резки металла толщиной 5-20 сантиметров по плазменной методике выше в три раза.
- Высокая точность швов, получаемых в результате плавления, сварки металла, качество выполняемых работ практически исключает необходимость последующей обработки краев изделий.
- Плазменная резка применяется для обработки практически любых типов металла. Например, можно варить образцы из запорожской стали, чугуна, меди, алюминия.
- При выполнении сварки металл не подвергается деформациям даже при необходимости вырезания сложных фигур. Плазменная методика сваривания предоставляет возможность выполнять резку по неподготовленной предварительно металлической поверхности, к примеру, ржавой или покрытой слоем краски. При этом краска в рабочей зоне плазменной дуги не воспламеняется.
- Отсутствует потребность в аргоне, ацетилене, кислороде. Это существенно снижает финансовые затраты.
- Высокая степень безопасности выполнения работ, так как не используются газовые баллоны. Этот показатель говорит об экологичности процесса.
Разновидности плазменного сваривания
В зависимости от используемых инструментов, плазменная сварка бывает:
- на токах с любой полярностью;
- с проникающей/непроникающей дугой;
- точечная, импульсная;
- автомат, полуавтомат, ручная;
- с проволокой присадочной, и без.
В случае использования малых токов методика соединения называется микроплазменной, которая является наиболее востребованной. Данная схема востребована при производстве конструкций толщиной до 1,50 мм – это обычно соединение тонкостенных труб, емкостей, приваривание мелких элементов к тяжелым конструкциям, изготовление ювелирных украшений, термопар, а также сваривания образцов из фольги. Тонкостенные металлические изделия также варят с использованием электрозаклепок.
Если соединение производится посредством присадочной проволоки, тогда используется цельнотянутая проволока (порошковая).
Особенности микроплазменного соединения
Сварка по плазменной схеме бывает трех вариантов, зависимо от силы тока, используемой в процессе работы:
- микроплазменная технология сваривания на токах — 0,1А-25А;
- соединение с наличием средних токов — 25А-150А;
- соединение с наличием больших токов — 150А и выше.
Первая вариация более востребованная. В процессе соединения металлических образцов посредством низкоамперного тока формируется дежурная дуга. Она бесперебойно горит меж соплом водоохлаждения из меди и двухмиллиметрового сечения вольфрамовым электродом.
Основная дуга формируется после подведения плазмотрона к поверхности обрабатываемого металлического образца. Газ, формирующий плазму, подается по соплу плазмы, диаметр которого может быть 0,5-1,5 миллиметров.
Максимальный диаметр дуги плазмы 2 миллиметра. Благодаря этому показателю на относительно небольшом элементе обрабатываемого изделия формируется довольно большая тепловая энергия. Подобный тип сварочных работ, как и сварка электрозаклепками, более всего эффективен для металлических образцов, толщина которых составляет меньше 1,5 миллиметра.
Для формирования плазмы, защитной газовой среды по этой технологии применяется аргон. В зависимости из какого металла или сплава образец, дополнительно могут использоваться добавки для увеличения КПД «плазмы».
Плазменный сварочный аппарат способен соединять металлические изделия в разных режимах. Диапазон использования сварки довольно обширный:
- крепление мембран к масштабным конструкциям;
- производство тонкостенных труб, емкостей;
- сваривание фольги;
- изготовление ювелирных украшений;
- множество прочих соединений.
Сварка своими руками
Подобный тип сваривания металла в бытовых условиях первоначально не использовался, так как предполагал высокой квалификации от сварщика. На сегодняшний день благодаря совершенствованию самой методики и применяемого оборудования, существуют сварочные агрегаты, которые можно использовать в домашних условиях. Методика работы очень простая. Для выполнения сварочных работ нужно приобрести соответствующее оборудование, присадочную проволоку, электроды, ознакомиться с инструкцией эксплуатации устройства.
- Электрод предварительно необходимо заточить до конусообразной формы, при этом угол затачивания должен составлять максимум 30 градусов.
- Важно! Правильность установки электрода. Его ось должна совпасть с осью насадок для формирования газа.
- Сварочный стык подвергается аналогичной обработке, как при сварке аргоном.
- Необходимо обязательно зачистить, затем обезжирить кромки обрабатываемого изделия.
- Необходимо проследить, чтобы не было зазоров больше 1,5 миллиметра.
- Дополнительно зачищаются участки прихватки, они должны быть такого же качества, как сварной шов.
- Можно приступать к сварочным работам.
- Сварка своими руками осуществляется с использованием постоянного тока. Его величина должна находиться в установленном диапазоне.
- До начала сваривания образцов, за 10-15 секунд, подается газ, который после обрыва дуги выключается через 15 секунд.
- Плазмотрон в процессе работы должен быть расположен от заготовки на расстоянии менее одного сантиметра.
- Сварочную дугу рекомендуется держать до полного завершения шовного соединения.
- Нельзя в период сваривания перегревать металл. После достижения критической точки сварка приостанавливается, осуществляется охлаждение металлического образца, после чего сварочные работы можно возобновлять.
- Пистолет (горелку) нужно передвигать равномерно, тогда можно рассчитывать на получение высококачественного сварного соединения.
Сварочный аппарат «Горыныч»
Многофункциональная сварка «Горыныч» – это один из наиболее востребованных сварочных агрегатов отечественного производства. Это действительно качественный инструмент, который позволяет выполнять сварочные работы в домашних условиях своими руками. Необходимо отметить, что в линейке оборудования «Горыныч» есть аппараты различной мощности (8,10,12А).
Для бытовых работ прекрасно подойдет устройство на 8А, 10-ти амперный аппарат характеризуется ценой/производительностью, а вот более мощное оборудование на 12А уже считается профессиональным. Агрегат для сварки марки «Горыныч» является довольно популярным как в России, так и на Украине (в частности, в Запорожье), в Белоруссии.
Домашние мастера, занимающиеся обработкой металла, сталкиваются с необходимостью раскраивать металлические заготовки. Это можно сделать при помощи угловой шлифовальной машины (болгарки), кислородного резака или плазмореза.
- 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;
- 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;
- 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.
Плазменная резка активно используется во многих промышленных областях. Однако плазморез вполне способен пригодиться частному мастеру. Аппарат позволяет с высокой скоростью и качеством резать любые токопроводящие и не токопроводящие материалы. Технология работы создает возможность обработки любых деталей или создания фигурных резов, которая осуществляется дугой плазмы высокой температурой. Создается поток базовыми составляющими – электрическим током и воздухом. Но выгоды от использования аппарата несколько омрачаются ценой заводских моделей. Чтобы обеспечить себя возможностью работы можно создать плазморез своими руками. Далее приводим подробную инструкцию с порядком действий и перечнем оборудования, которое необходимо.
Что выбрать: трансформатор или инвертор?
За счет наличия особенностей и параметров аппаратов для проведения плазменной резки возможно разделить их на типы. Наибольшую популярность завоевали инверторы и трансформаторы. Стоимость аппарата каждой модели будет определяться заявленной мощностью и рабочими циклами.
Инверторы обладают малым весом, компактными габаритами и минимально потребляют электроэнергию. К недостаткам оборудования можно отнести повышенную чувствительность к перепадам напряжения. Не каждый инвертор способен функционировать в особенностях режима нашей электрической сети. Если выходит из строя система защиты аппарата, то необходимо обращаться в сервисный центр. Также инверторные плазморезы обладают ограничением по номинальной мощности – не более 70 ампер и малым периодом включения оборудования при большом токе.
Трансформатор, по традиции, считается более надежным, чем инвертор. Они даже при ощутимом падении напряжения теряют только часть мощности, но не ломаются. Это свойство определяет более высокую стоимость. Плазморезы на основе трансформатора могут работать и включаться в рабочий режим на больший срок. Подобное оборудование применяется в автоматических линиях с ЧПУ. Отрицательным моментом трансформаторного плазмореза будет значительная масса, высокое энергопотребление и размеры.
Наибольшее значение толщины металла, которое способен резать плазморез составляет от 50 до 55 миллиметров. Среднее значение мощности оборудования равняется 150 – 180 А.
Средняя стоимость заводских аппаратов
Ассортимент плазморезов для ручной резки материалов сейчас поистине огромен. Ценовые категории также различны. Цену аппаратов определяют следующие факторы:
- Тип устройства;
- Производитель и страна производства;
- Максимально возможная глубина реза;
- Модель.
Решив изучить возможность покупки плазмореза, необходимо интересоваться стоимостью дополнительных элементов и комплектующих к оборудованию, без которых полноценно работать будет сложно. Средние цены на аппараты в зависимости от толщины разрезаемого металла составляют:
- До 6 мм – 15 000 – 20 000 рублей;
- До 10 мм – 20 000 – 25 000;
- До 12 мм – 32 000 – 230 000;
- До 17 мм – 45 000 – 270 000;
- До 25 мм – 81 000 – 220 000;
- До 30 мм – 150 000 – 300 000.
Популярными аппаратами являются «Горыныч», «Ресанта» ИПР-25, ИПР-40, ИПР-40 К.
Как можно увидеть ценовой диапазон обширен. В связи с этим актуальность самодельного плазмореза повышается. Изучив инструкции вполне можно создать аппарат, ничуть не уступающих по техническим характеристикам. Подобрать инвертор или трансформатор можно по цене существенно ниже, чем представленные расценки.
Принцип действия
После нажатия на кнопку розжига происходит пуск источника электроэнергии, подающий в рабочий инструмент высокочастотный ток. Возникает дуга (дежурная) между расположенным в резаке (плазмотроне) наконечником и электродом. Температурный диапазон от 6 до 8 тысяч градусов. Стоит заметить, что рабочая дуга создается не моментально, существует определенная задержка.
Затем в полость плазмотрона поступает сжатый воздух. Для этого предназначается компрессор. Проходя сквозь камеру с дежурной дугой на электроде, он подвергается нагреву и увеличивается в объеме. Процесс сопровождается ионизацией воздуха, что переводит его в токопроводящее состояние.
Через узкое сопло плазмотрона полученный поток плазмы подается к обрабатываемой детали. Скорость потока составляет 2 – 3 м/с. Воздух в ионизированном состоянии способен нагреваться до 30 000°С. В этом состоянии значение электропроводимость воздуха близка к проводимости металлических элементов.
После контакта плазмы с разрезаемой поверхностью дежурная дуга отключается и действовать начинает рабочая. Далее осуществляется плавка в точках резки, из которых расплавленный металл продувается подаваемым воздухом.
Отличия аппаратов прямого и косвенного действия
Имеются различные типы аппаратов, отличающихся принципами работы. В оборудовании прямого действия предполагается работа электрической дуги. Она приобретает цилиндрическую форму и непосредственно соединяется с газовой струёй. Подобная конструкция оборудования позволяет обеспечить высокую температуру дуге (до 20 000°С) и высокоэффективную охлаждающую систему для других компонентов плазмореза.
В аппаратах косвенного действия работа предполагается с меньшим КПД. Это определяет их меньшее распространение в производстве. Конструктивная особенность оборудования состоит в том, что активные точки цепи размещаются на особых вольфрамовых электродах или трубе. Применяются они чаще для проведения нагрева и напыления, но для резки практически не используются. Чаще всего применяются в ремонте автомобилей.
Общей чертой является присутствие в конструкции воздушного фильтра (продлевает срок эксплуатации электрода, обеспечивает быстрый запуск оборудования) и охладителя (создает условия для длительной эксплуатации аппарата без перерыва). Отличным показателем является возможность непрерывной работы устройства на протяжении 1 часа с 20-минутным перерывом.
Конструкция
При должном желании и умении самодельный плазморез способен создать любой желающий. Но чтобы он мог полноценно и эффективно функционировать необходимо соблюдать определенные правила. Желательно примерять инвертор, т.к. именно он способен обеспечить стабильную подачу тока и стабильную работу дуги. В результате не возникают перебои и значительно уменьшится расход электричества. Но стоит учесть, что плазморез на основе инвертора способен справиться с меньшей толщиной металла, чем трансформатор.
Необходимые комплектующие
Перед началом сборочных работ необходимо подготовить ряд комплектующих, материалов и оборудования:
- Инвертор или трансформатор с подходящей мощностью. Чтобы исключить ошибку необходимо определиться с планируемой толщиной резания. Уже на основании этой информации подбирать нужное устройство. Однако с учетом ручной резки стоит выбрать именно инвертор, т.к. он меньше весит и потребляет меньше электричества.
- Плазмотрон или плазменный резак. Тоже имеются свои особенности выбора. Прямого действия лучше выбирать для работы с токопроводящими материалами, а косвенного – для не токопроводящих.
- Компрессор сжатого воздуха. Требуется уделять внимание номинальной мощности, т.к он обязан справляться с возлагаемой нагрузкой и соответствовать остальным компонентам.
Кабель-шланг. Требуется для соединения всех комплектующих плазмореза и подачи воздуха к плазмотрону.
Подбор блока питания
Работу плазмореза обеспечивает блок питания. Он формирует заданные параметры электрического тока, напряжения и подает их к режущему узлу. Основным питающим узлом может стать:
- Инвертор;
- Трансформатор.
Подходить к выбору питающего элемента необходимо, учитывая особенности аппаратов, описанные выше.
Плазмотрон
Плазмотрон является генератором плазмы. Это рабочий инструмент, в котором формируется плазменная струя, непосредственно разрезающая материалы.
Основными особенностями устройства являются:
- Создание сверхвысокой температуры;
- Простая регулировка мощности тока, запуска и остановки рабочих режимов;
- Компактные габариты;
- Надежность работы.
Конструктивно плазмотрон состоит из:
- Электрод/катод, имеющие в своем составе цирконий или гафний. Эти металлы отличаются высоким уровнем термоэлектронной эмиссией;
- Сопло в основном изолируется от электрода;
- Механизм, закручивающий плазмообразующий газ.
Сопло, электрод являются расходными материалами плазмотрона. Если плазморезом обрабатывается заготовка до 10 миллиметров, то один комплект электродов расходуется в течение 8 часов работы. Износ происходит равномерно, что позволяет менять их одновременно.
При несвоевременной замене электрода может нарушаться качество резки – изменяется геометрия реза или возникают волны на поверхности. В катоде постепенно выгорает гафниевая вставка. Если она обладает выработкой более 2 миллиметров, то электрод может пригорать и перегревать плазмотрон. Это значит, что не вовремя замененные электроды повлекут за собой быстрый выход из строя остальных элементов рабочего инструмента.
Все плазмотроны можно разделить на 3 объемные группы:
- Электродуговой – имеет минимум один анод и катод, которые подключены к источнику питания с постоянным током;
- Высокочастотный – отсутствуют и электроды, и катоды. Связь с питающим устройством основывается на индуктивных/емкостных принципах;
- Комбинированный – функционирует при воздействии высокочастотного тока и горении дуговых разрядов.
Исходя из метода стабилизации дуги, все плазмотроны также можно разделить на газовый, водяной и магнитный типы. Подобная система является чрезвычайно важной для работы инструмента, т.к. она формирует сжатие потока и фиксирует его на центральной оси сопла.
В настоящее время в продаже имеются различные модификации плазмотронов. Возможно, необходимо изучить предложения, и купить готовый. Однако сделать самодельный в домашних условиях вполне возможно. Для этого требуется:
- Рукоятка. Необходимо предусмотреть отверстия для проводов.
- Кнопка.
- Соответствующий электрод, рассчитанный под действующий ток.
- Изолятор.
- Завихритель потока.
- Сопло. Желательно комплект с различными диаметрами.
- Наконечник. Необходимо предусмотреть защиту от брызг.
- Дистанционная пружина. Позволяет выдерживать зазор между поверхностью и соплом.
- Насадка для удаления нагара и снятия фаски.
Проводить работу можно одним плазмотроном за счет сменных оголовков с различными диаметрами, направляющие плазменный поток на деталь. Необходимо обратить внимание, что они, так же как и электроды, в процессе работы станут оплавляться.
Сопло закрепляется прижимной гайкой. Непосредственно за ним находится электрод и изолятор, предупреждающий розжиг дуги в неположенном месте. Далее размещен завихритель потока, позволяющий усилить эффект дуги. Все элементы размещаются во фторопластовом корпусе. Что-то возможно сделать самостоятельно, а что-то придется приобретать в магазине.
Заводской плазмотрон позволит проводить работу без перегрева более длительное время за счет системы воздушного охлаждения. Однако при кратковременной резке это неважный параметр.
Осциллятор
Осциллятор представляет собой генератор, который вырабатывает высокочастотный ток. Подобный элемент включается в цепь плазмореза между источником питания и плазмотроном. Способны действовать по одной из схем:
- Создание кратковременного импульса, который способствует возникновению дуги без прикосновения к поверхности изделия. Внешне представляет собой малую молнию, подаваемую с торца электрода.
- Поддержка постоянного напряжения с высоким значением напряжения, накладываемое на сварочный ток. Обеспечивает сохранность стабильного поддержания дуги.
Оборудование позволяет быстро создавать дугу и приступать к резке металла.
В основной своей массе обладают схожим строением и состоят из:
- Выпрямителя напряжения;
- Блока накопителя заряда (конденсаторы);
- Блок питания;
- Модуль создания импульсов. Включает в себя колебательный контур и разрядник;
- Блок управления;
- Повышающего трансформатора;
- Прибора контроля напряжения.
Основной задачей является модернизация входящего напряжения. Происходит повышение частоты и уровня напряжения, уменьшая период действия менее 1 секунды. Последовательность работы следующая:
- Нажимается кнопка на резаке;
- В выпрямителе ток выравнивается и становится однонаправленным;
- В конденсаторах происходит накопление заряда;
- Ток подается на колебательный контур трансформаторных обмоток, повышая уровень напряжения;
- Контроль за импульсом осуществляет схема управления;
- Импульсом создается разряд на электроде, поджигающий дугу;
- Действие импульса завершается;
- После прекращения резки осциллятором производится продувка плазмотрона на протяжении еще 4 секунд. За счет этого достигается охлаждение электрода и обрабатываемой поверхности.
В зависимости от типа осциллятора он может применяться по-разному. Однако общей характеристикой является повышение напряжения до 3000 – 5000 вольт и частоты от 150 до 500 кГц. Основные же отличия состоят в интервалах действия высокочастотного тока.
Для использования в плазморезе целесообразно использовать осциллятор для бесконтактного розжига дуги. Подобные элементы применяются для работы в аргоновых сварочниках. В них вольфрамовые электроды будут быстро затупляться если производить контакт с изделием. Включение в схему аппарата осциллятора позволит создавать дугу не совершая контакта с плоскостью детали.
Использование осциллятора позволяет существенно снижать потребность в дорогих расходных материалах и улучшать процесс резки. Правильно подобранное оборудование в соответствии с планируемой работой позволяет повышать ее качество и скорость.
Электроды
Электродам отводится немаловажная роль в процессе создания, поддержания дуги и непосредственной резки. В составе присутствуют металлы, позволяющие электроду не перегреваться и преждевременно не разрушаться при работе с дугой в высокотемпературных режимах.
При покупке электродов для плазмореза необходимо уточнять их состав. С содержанием бериллия и тория создаются вредные пары. Они подойдут для работы в соответствующих условиях, с надлежащей защитой работника, т. е. требуется дополнительная вентиляция. Из-за этого для применения в быту лучше покупать гафниевые электроды.
Компрессор и кабель - шланги
В конструкции большинства самодельных плазморезов включаются компрессоры и шланговые трасы для направления воздуха к плазмотрону. Данный элемент конструкции позволяет разогревать электрическую дугу до 8000°С. Дополнительной функцией является продувка рабочих каналов, очищая их от загрязнений и проводя удаление конденсата. Кроме этого, сжатый воздух способствует охлаждению компонентов аппарата при длительной работе.
Для работы плазмореза возможно применять обычный компрессор сжатого воздуха. Воздухообмен осуществляется тонкими шлангами с подходящими разъемами. На входе размещается электрический клапан, который регулирует процесс подачи воздуха.
В канале от аппарата к горелке размещается электрический кабель. Поэтому здесь необходимо размещать шланг с большим диаметром, в котором может разместиться кабель. Проходящий воздух несет и вентиляционную функцию, так как способен охладить провод.
Масса должна выполняться из кабеля с сечением от 5 мм2. Должен быть зажим. При плохом контакте массы переключение рабочей дуги на дежурную будет проблематичным.
Схемы
Сейчас можно найти множество схем, по которым можно собрать качественный аппарат. Подробно с условными обозначениями помогут разобраться видео. Подходящий принципиальный чертеж оборудования можно выбрать из представленных ниже.
Сборка
До начала сборочного процесса желательно уточнить совместимость подобранных комплектующих. Если вам ранее не приходилось собирать плазменный резак своими руками, то необходимо консультироваться с опытными мастерами.
Процедура сборки предполагает следующую последовательность:
- Подготовить все собранные комплектующие;
- Сборка электрической цепи. В соответствии со схемой подключается инвертор/трансформатор, электрический кабель;
- Подключение компрессора и подачи воздуха к аппарату и плазмотрону с помощью гибких шлангов;
- Для собственной подстраховки можно использовать источник бесперебойного питания (ИБП), учитывая емкость аккумулятора.
Подробная технология сборки оборудования представлена на видео.
Проверка плазмореза
После того как подключены все узлы в единую конструкции, необходимо провести проверку на работоспособность.
Обратим внимание на то, что проверка и работа с плазморезом должна осуществляться в защитной одежде с применением средств индивидуальной защиты.
Необходимо включить все агрегаты и нажать кнопку на плазмотроне, подав электричество к электроду. В этот момент в плазмотроне должна образоваться дуга с высокой температурой, проскочив между электродом и соплом.
Если собранное оборудование для плазменной резки способно резать металл толщиной до 2 см, то все сделано верно. Следует учесть, что самодельный аппарат из инвертора не сможет разрезать детали с толщиной более 20 миллиметров, так как недостаточно мощности. Для резки толстых изделий потребуется в качестве источника питания использовать трансформатор.
Достоинства самодельного аппарата
Выгоды, предоставляемые аппаратом воздушно-плазменной резки сложно переоценивать. Он способен точно резать листовой металл. После работы не требуется дополнительно обрабатывать торцы. Главным преимуществом является сокращение времени на работу.
Это уже весомые доводы для самостоятельно сборки оборудования. Схема не отличается сложностью, поэтому дешево переделать инвертор или полуавтомат по силам каждому.
В заключение обратим внимание на то, что работать с плазморезкой необходимо опытному специалисту. Лучше всего если это сварщик. Если же опыта мало, то рекомендуем сначала изучить технологию работы с фото и видео, а после этого приступать к выполнению поставленных задач.
