Плазморез своими руками из сварочного инвертора, плазменный резак в домашних условиях, схема, как переделать

Для чего нужен трансформатор

Источником питания плазменной дуги служит трансформатор с выпрямителем. От его мощности зависит сила тока и скорость реза металла, а от выходного напряжения толщина разрезаемого материала.

Обойтись без такого устройства нельзя по нескольким причинам:

Трансформатор по самому принципу своей работы ограничивает ток во вторичной обмотке. При питании плазмотрона прямо от сети аппарат будет работать в режиме КЗ, поэтому ток реза и потребляемая мощность превысят любые допустимые величины.
Сварочный аппарат при работе выполняет роль разделительного трансформатора. При подключении плазмотрона без него горелка и деталь окажутся под напряжением, что опасно для жизни людей.

Технические характеристики

При плазменной резке металлов обеспечиваются следующие технические характеристики:

Толщина листа и заготовок. Для обработки заготовок разной толщины регулируется сила тока, скорость подачи газа и расстояние между электродами. Этот параметр существенно зависит от теплопроводности металла: при ее повышении уменьшается толщина и наоборот. Небольшие переносные станки способны резать металлы толщиной до 10–12 мм, а мощное оборудование — до 100 мм

Важно учитывать, что плазменная резка оказывается эффективной при резке стальных заготовок толщиной не более 50–60 мм, алюминиевых листов — до 120 мм, медных изделий — до 80–85 мм, а чугуна — до 90 мм. На специальном комбинированном оборудование обеспечивается резка металлов толщиной до 200 мм. Сложная, фигурная резка производится при толщине заготовок до 100 мм.
Размеры листов

Они зависят от габаритов рабочего стола станка. Используемое современное оборудование позволяет обрабатывать листы шириной 2,5–3 м (портальные станки — до 4 м) и длиной 4–5 м (крупногабаритные станки — до 6-7 м).
Скорость перемещения листов. Она зависит от формы заготовки и толщины листов. Скорость перемещения листов обычно регулируется в пределах 50–800 мм/мин. Современное оборудование с ЧПУ способно обеспечить раскрой тонких листов со скоростью до 20000 мм/мин. Чаще всего, устанавливаются такие режимы: для листов до 100 мм — до 5000 мм/мин, при фасонной резке — порядка 200–250 мм/мин.
Угол реза. Чаще всего, плазменная резка используется для перпендикулярного реза. Без увеличения качества граней угол может иметь отклонение от перпендикуляра на 20–50 °.
Шероховатость. В зоне реза она нормируется ГОСТом и может соответствовать 1,2 или 3 классу.

Сложная, фигурная резка производится при толщине заготовок до 100 мм.
Размеры листов. Они зависят от габаритов рабочего стола станка. Используемое современное оборудование позволяет обрабатывать листы шириной 2,5–3 м (портальные станки — до 4 м) и длиной 4–5 м (крупногабаритные станки — до 6-7 м).
Скорость перемещения листов. Она зависит от формы заготовки и толщины листов. Скорость перемещения листов обычно регулируется в пределах 50–800 мм/мин. Современное оборудование с ЧПУ способно обеспечить раскрой тонких листов со скоростью до 20000 мм/мин. Чаще всего, устанавливаются такие режимы: для листов до 100 мм — до 5000 мм/мин, при фасонной резке — порядка 200–250 мм/мин.
Угол реза. Чаще всего, плазменная резка используется для перпендикулярного реза. Без увеличения качества граней угол может иметь отклонение от перпендикуляра на 20–50 °.
Шероховатость. В зоне реза она нормируется ГОСТом и может соответствовать 1,2 или 3 классу.

Применяемые станки обеспечивают высокую точность и качественную резку независимо от толщины за счет регулировки параметров плазменного потока. Не влияет на качество и наличие красочных и иных защитных покрытий (например, оцинковка), а также грязи и пыли.

Выбор плазменного сварочного аппарата

По большому счету плазменный сварочный аппарат состоит из двух основных модулей – это источник электропитания с интегрированным инвертором и сварочная горелка, а все остальное можно назвать дополнениями. При помощи такого агрегата можно варить, резать или даже паять самые разные металлы, невзирая на их повышенную толщину, так как плазменный поток разогревает материал гораздо лучше, нежели обычная газовая или электрическая сварка.

История развития плазменной сварки

Сварка «Горыныч» является генератором электродуговой низкотемпературной плазмы, получаемой посредством разогрева паров рабочей жидкости к состоянию ионизации Источник plazmen.ru

Плазменную сварку можно отнести к разряду новых технологий, хотя ее стали применять еще в прошлом столетии, но давайте сделаем короткий экскурс в историю. В конце 50-х годов XX века инженеры-конструкторы американской компании Union Carbide Corp сделали первый аппарат плазменной резки, хотя при этом питались идеями физика из Соединенных Штатов И. Ленгмура. Несмотря на то, что данный метод начали применять 70 лет назад, его можно назвать всего лишь прообразом современной технологии. Все методы защиты сварочной ванны с применением инертных газов, а также разработку портативных аппаратов придумали в период с 1963 по 2006 годы.

Резаки предназначены для комплектации аппаратов ручной плазменной резки – плазморезов с контактным и бесконтактным способом зажигания дуги, имеющих разъемы ЭА и ZA Источник prompostavka.in.ua

Безусловно, плазменная резка, которая увидела свет в 1963 году, значительно увеличила скорость производства, но при этом была одна существенная проблема – на металлическую поверхность сильно воздействовало окисление. В 1965 году начали впрыскивать воду, и это снизило процент окалины, но инженеры-конструкторы на этом не собирались останавливаться. В результате исследований в 1987 году появляется резак с контактным пуском, а в 1990 с плазмой начали работать под водой на глубине до 5 (пяти!) метров. В 1999 мир услышал о создании коаксиальной технологии (газ поступает по общей оси), а в 2006 году начали использовать портативные полуавтоматы.

Как устроен плазморез

Этот аппарат состоит из следующих элементов:

источник питания;
воздушный компрессор;
плазменный резак или плазмотрон;
кабель-шланговый пакет.

Источник питания для аппарата плазменной резки осуществляет подачу на плазмотрон определенной силы тока. Представляет собой инвертор или трансформатор.

Компрессор требуется для подачи воздуха.

Кабель-шланговый пакет используется для соединения компрессора, источника питания и плазмотрона. По электрическому кабелю от инвертора или трансформатора начинает поступать ток для возбуждения электрической дуги, а по шлангу осуществляется подача сжатого воздуха, который требуется для возникновения внутри плазмотрона плазмы.

Как сделать плазморез?

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

Кроме этого, инвертор должен соответствовать еще нескольким требованиям:

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

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

Как устроен аппарат плазменной резки?

Главные элементы аппаратов плазменной резки металла – плазмотрон, источник электропитания и так называемый кабель-шланговый пакет для соединения с компрессором. В качестве источника питания могут быть использованы инвертор или трансформатор.

Плазмотрон

Это главная часть аппарата плазменной резки. В свою очередь, он состоит из сопла, электрода и изолятора. По своей форме это корпус с камерой цилиндрической формы и малым выходным каналом, в котором формируется дуга. Электрод находится с тыла камеры, его функция – возбуждение дуги.

Электроды

Это специальные расходники, сделанные именно для резки металла. Чаще их производят из циркония, тория или гафния. Самые распространенные – из гафния.

Все эти элементы отличаются тем, что на их поверхности формируются оксиды с тугоплавкими свойствами. Эти оксиды как раз и защищают электрод от разрушения.

Розжиг или возбуждение дуги напрямую между электродом и металлической заготовкой произвести сразу трудно. Поэтому первым делом разжигается промежуточная дуга между электродом и плазмотроном. Затем воздух под давлением проходит чрез дугу, ионизируясь и нагреваясь.

Схема устройства плазменного резака.

В итоге объем этого воздуха повышается в объеме во много раз, он превращается в поток плазмы. Плазма вырывается из суженого конца сопла с огромной скоростью и высочайшей температурой вплоть до 30000°С.

Такому потоку все по силам, в дополнение ко всему он обладает очень высокой теплопроводностью – практически такой же, как у металла заготовки, которую нужно резать.

Настоящая дуга – та самая, которая нужна, формируется при выходе плазмы из сопла плазмотрона. Теперь именно эта рабочая дуга является главным режущим фактором.

Сопло плазмотрона

Различается по диаметру, от которого будут зависеть функциональные возможности всего аппарата. Прежде всего эта зависимость касается объема ионизированного воздуха, выходящего из сопла: именно им обусловлены главные характеристики резака – скорости работы и охлаждения, ширина шага реза.

Чаще встречаются сопла с малым диаметром, не превышающим 3-х мм. Зато длина сопла больше – около 10-ти мм.

Защитные газы

Прежде всего эти газы образуют плазму, их даже называют плазмообразующими. Такие газы используются только в мощных промышленных аппаратах для резки толстых металлов. Чаще это гелий, аргон, азот и их различные смеси. Кстати, кислород сам по себе также является защитным и плазмообразующим газом. Он используется в резаках небольшой мощности для резки металлов не толще 50-ти мм.

В плазмотроне расходными материалами являются сопло и электроды. Их нужно менять в положенных сроки.

https://www.youtube.com/watch?v=grj5WCpW9c8

Физика процесса плазменной резки

Чтобы аппарат плазменной резки работал, нужны всего лишь воздух и электрическая энергия. На режущую часть аппарата подается ток с высокой частотой. В результате в плазмотроне формируется дуга с очень высокой температурой: около 8000°С.

Разновидности плазменных резаков.

Туда же, в плазмотрон, поступает и проходит через раскаленную дугу воздух в сжатом состоянии, который впоследствии ионизируется. В результате этот воздух становится отличным проводником тока, он становится той самой плазмой.

Плазма под большим давлением выходит из сопла и разогревает металлическую деталь до начала плавления. Расплавленный металл частицами выдувается воздухом, выходящим из сопла под большим давлением. Это и есть та самая резка металла.

Скорость потока плазмы зависит от расхода воздуха: если его увеличить, скорость потока плазмы повысится. При силе переменного тока в 250 А скорость плазменного потока составляет примерно 800 м/сек.

Разрезание профлиста и металлочерепицы

Довольно часто на практике приходится сталкиваться с необходимостью обрезать профильный лист или металлическую черепицу. Эти материалы изготавливают из стали, которую покрывают цинковым и полимерным защитными слоями, окрашивают.

По поводу возможности применения болгарки для их резки высказываются разные мнения. В указаниях по монтажу написано, что профлист нельзя распиливать с помощью углошлифовальной машинки. Для этого нужно использовать другие инструменты. Но их требуется приобретать, что не всегда оправдано объемами предстоящих работ, а также требует дополнительных финансовых вложений. Когда никакого инструмента, кроме УШМ, нет, прежде чем пилить болгаркой, следует знать возможные негативные последствия.

Если резать металлочерепицу либо профнастил угловой шлифовальной машиной, то защитное покрытие в зоне спила и немного возле него будет разрушено, а обрезанный край начнет ржаветь.
Материал снимается с гарантии.
Разлетающиеся искры могут испортить не только внешний вид остальной части листа (пропалить краску), но и повредить полимерное покрытие.
Край среза может получиться рваным.

Все рассмотренные негативные последствия можно свести к минимуму, если резать профнастил или металлочерепицу болгаркой, соблюдая следующие рекомендации:

выполнять всю работу непосредственно перед монтажом;
обрабатывать срезы антикоррозийными составами;
покрывать подрезанные края грунтовкой и окрашивать;
использовать диски по металлу минимальной толщины (до 1 мм);
чтобы края остались аккуратными, нужно резать довольно быстро;
аккуратно шлифовать рваные края.

Перед распиливанием, как обычно, проводят разметку листов.

Если нужно вырезать квадрат, то поступают так:

вычерчивают его на поверхности листа;
прорезают материал по отмеченному контуру болгаркой;
в конце аккуратно вырезают каждый уголок.

Круги или другие фигуры вырезают, работая по такой же схеме.

Применение болгарки для резки металлической черепицы и профлиста облегчает работу. Выполнять ее становится удобнее, потому что можно подгонять по размеру листы непосредственно на крыше.

Резка металла болгаркой – это дешевый, практически доступный и достаточно эффективный способ его распиливания. При этом следует использовать для каждого материала соответствующие диски без дефектов. От этого будет зависеть не только качество получаемого результата, но и собственное здоровье. Обязательно, распиливая металл, требуется соблюдать правила безопасности и пользоваться средствами индивидуальной защиты. Следует постоянно помнить, что при работе с угловой шлифовальной машиной любые недочеты и невнимательность могут обернуться травмой

Поэтому работать нужно сосредоточенно и осторожно

Стоит ли покупать плазморез

Использование плазмореза востребовано не всегда. Агрегат способен резать листовой металл толщиной до 3 см, облегчает работы в гараже и в собственной мастерской. При помощи устройства можно выполнять петли и скважины, раскраивать сталь полотнами, изготавливать калитки и мангалы.

Но для личного применения имеет смысл покупать только плазморез ручного типа. Он стоит достаточно дешево, прост в обращении и не занимает много места. А вот промышленный станок с электронным управлением приобретать не стоит. Такие модели востребованы на производстве, но в домашних условиях обрабатывать детали с габаритами 1-30 м обычно просто не нужно.

Параметры выбора

Нужно правильно выбирать тип расходников, учитывая их возможности, чтобы они служили долго и надёжно. Рациональное использование расходников возможно при учёте их возможностей. Так, например сопло и электрод выдерживают разное количество пробивок в зависимости от следующих трёх факторов:

тип металла;
толщина листа;
величина тока.

Вид металла, особенно цветного (или сплава), играет очень важную роль, так как влияет на тип требуемых расходников. Разрезаться может нержавеющая или углеродистая сталь, а также алюминий. А для резки нержавеющей стали под углом используется ещё одна отдельная категория расходников. Также есть шланг-пакет плазмотрона и целый перечень запасных частей для него, к которым относятся комплекты резака, смазка, соединительные муфты и другое.

Наиболее частые поломки машин

На практике при эксплуатации плазменного оборудования чаще сталкиваются с такими проблемами:

Перепады напряжения, превышающие установленный производителем диапазон.
Физический износ узлов и механизмов, большое превышение установленного ресурса деталей.
Короткие замыкания в электросети, что ведет к выходу из строя основных управляющих плат.

Однако все эти поломки устраняются, после чего станки могут работать дальше в стандартном режиме. Единственное – нужно своевременно менять расходные материалы (катод, сопло), что обеспечит стабильную работу оборудования и высокое качество плазменной резки.

← Плазматроны для резки металла: конструкция, виды, правила выбора Ручной плазмотрон: устройство, принцип работы и особенности →

Принцип работы устройства

Установка плазменной резки представляет из себя своего рода гибрид электросварки и газового резака – металл плавится электричеством, а расплав выдувается потоком газа.

Основной частью этого аппарата является плазмотрон. Внутри него находится медный электрод со стержнем из тугоплавкого металла – бериллия, тория, циркония или гафния. На конце головки находится сопло, формирующее поток плазмы. Сопло отделено от электрода изолятором. Рез производится обратной полярностью – электрод является анодом, а сопло и разрезаемый металл катодом.

Работает установка следующим образом:

при включении агрегата на электрод и сопло подается напряжение от сварочного трансформатора;
при помощи осциллятора между этими элементами возникает вспомогательная электрическая дуга, ограниченная добавочным сопротивлением;
эта дуга разогревает газ, подаваемый в плазмотрон до 8000°С, что превращает его в плазму и увеличивает давление внутри головки;
потоком воздуха или другого газа поток плазмы выдувается из сопла;
при выходе из него плазма сжимается в узкий пучок, скорость которого может достигать 1500м/с, а температура 30000°С;
при соприкосновении плазмы и разрезаемой детали ток начинает идти через массу трансформатора;
токовое реле, установленное последовательно с деталью, отключает осциллятор и вспомогательную дугу.

Толщина разрезаемого металла зависит от силы тока сварочного трансформатора.

Информация! При токе более 100А плазмотрон и подходящий к нему кабель нуждаются в охлаждении проточной водой или другой охлаждающей жидкостью.

Заключение

Аппаратура для плазменной резки – это незаменимый инструмент для аккуратной нарезки металлических изделий. Благодаря продуманной конструкции плазмотроны обеспечивают быстрый, ровный и качественный порез металлических листов без необходимости последующей обработки поверхностей.

Большинство рукоделов из небольших мастерских предпочитают своими руками собирать мини резаки для работы с не толстым металлом. Как правило, самостоятельно сделанный плазморез по характеристикам и качеству работы не отличается от заводских моделей.