Как сделать плазморез своими руками

Деталировка агрегата

Рабочий орган аппарата имеет сложное внутреннее устройство. В отличие от кислородно-ацетиленового резака, в случае плазменной сварки, он получил особое название – плазмотрон.

Устройство плазматрона

В его корпусе находятся следующие узлы:

• сопло;
• электрод;
• изолятор;
• узел приема сжатого воздуха.

Возбудителем электрической дуги является электрод. Материалами его изготовления, чаще всего, являются гафний, цирконий и бериллий. Эти редкие металлы имеют свойство образовывать тугоплавкие оксидные пленки, которые защищают электрод от разрушения под воздействием высоких температур. Однако, по своим экологическим характеристикам, гафний превосходит другие металлы, ввиду меньшей радиоактивности и применяется чаще остальных.

Сопло плазменного резака выполняет функцию создания высокоскоростного потока плазмы. Геометрическая конфигурация сопла определяет скорость работы и мощность плазмореза, а также качество получаемой кромки реза. Последний параметр зависит от длины сопла.

Воздушный компрессор нужен для получения сжатого воздуха требуемого давления.

Устройство воздушного компрессора

Помимо этого, он применяется еще и для охлаждения рабочих элементов плазмореза.

Источник питания, плазмотрон, и воздушный компрессор соединяет между собой комплекс кабелей и шлангов.

В зависимости от типа контакта с разрезаемым материалом, плазморезы подразделяются на следующие виды: контактные и бесконтактные. Настроенный плазморез контактного типа дает возможность разрезать материалы толщиной до 18 мм.

Ручные плазморезы обладают малой мощностью. Они работают от сети переменного тока с напряжением 220 вольт. Мощные промышленные установки плазменной резки работают от трехфазной сети постоянного тока.

Плазменная резка металла

Другие комплектующие

Кроме плазмотрона и трансформатора в агрегате плазменной резки есть и другие элементы.

Компрессор

Самый распространенный рабочий газ – это сжатый воздух. Его можно использовать при резке почти всех металлов и сплавов. Источником сжатого воздуха является компрессор. Его можно использовать любой конструкции, минимальная производительность зависит от толщины металла:

• 16 мм – 140л/мин;
• 20 мм – 170л/мин
• 30 мм – 190л/мин.

Для более стабильной работы необходим ресивер емкостью от 50 литров, давление создаваемое компрессором должно быть более 4,5Бар.

Кабели и шланги

Для работы плазмореза с воздушным охлаждением кабель-шланговый пакет состоит из следующих элементов:

• Силовой кабель. Его сечение зависит от номинальной мощности устройства. При токе 50А, достаточным для резки металла толщиной 10 мм и проводе в виниловой изоляции оно составляет 6мм². При использовании кабеля в жаропрочной изоляци сечение соответственно уменьшается. Этих кабелей необходимо 2 – один в кабель-шланговом пакете для электрода и второй для массы.
• Провод для вспомогательной дуги. Сечение достаточно 1,5 мм². По допустимому нагреву кабель допускается более тонкий, но он имеет недостаточную механическую прочность.
• Шланг для подачи воздуха. Внутренний диаметр 10 мм.
• Провода для подключения микровыключателя.

Осциллятор

Это прибор, увеличивающий напряжение ХХ сварочного трансформатора до величины, обеспечивающий появление электрической дуги без предварительного контакта электрода и массы.

Осцилляторы, используемые в агрегатах плазменной резки, подключаются последовательно с трансформатором и добавляют к постоянному напряжению 220В переменное, частотой до 250кГц и напряжением до 6кВ.

Сам по себе этот прибор не выдает ток, опасный для здоровья людей и, тем более, не способен создать дугу для сварки или резки металла. Основное предназначение этого устройства в создании искры между электродами. Эта искра является проводником и “прокладывает путь” для сварочного выпрямителя.

Совет! Вместо осциллятора допускается использование электронного зажигания автомобиля.

Как изготовить плазморез

Для того чтобы изготовить плазмотрон своими руками, схемы, чертежи и описание которого можно найти в мировой сети, необходимо подобрать сменные плазменные резаки, позволяющие получить режущую струю нужной толщины, повысить качество и эффективность резки. Рабочий процесс требует соблюдения личной техники безопасности оператором.

Формирование потока сжатого воздуха, переходящего в струю плазмы высокой температуры, осуществляется компрессором специальной конструкции. Для подачи питания от электрической сети и воздуха от компрессора в самодельном плазморезе из сварочного инвертора используется кабельно шланговый пакет. Шланг подает газ аргон через патрубок в вихревую камеру с выходом в одну сторону.

Устройство для резки металла, изготовленное в домашней мастерской, может выполнять другие виды работ. Для изготовления высокопроизводительного аппарата из бытового инвертора прямого действия понадобится:

1. стол;
2. шаговые элементы;
3. направляющие детали;
4. блок управления;
5. ременная передача.

Резак плазменный прямого действия представляет собой элемент, состоящий из двух электродов: основного и медного сопла, или анода. Основной электрод, или катод, изготавливается из тугоплавкого металла, токопроводящим элементом является обрабатываемый материал. Резка металла осуществляется плазменной дугой, возникающей между соплом и металлом.

Кроме расходных элементов в плазморезе из инвертора имеется изолятор и камеры сгорания для аргона. При включении осциллятора газ, вырываясь из отверстия сопла с керамическим корпусом под большим давлением, разогревается до температуры + 5000С, превращается в плазму и воздействует на узкую полосу металла. При отделении элементов на месте разреза образуется гладкая поверхность, процесс не образует брызг и рваных краев.

Если нет возможности сделать самостоятельно осциллятор из деталей, его можно заменить прибором ВДС-02 заводского изготовления. Технические характеристики прибора позволяют параллельно или последовательно подключать устройство к инвертору.

Как выбирать оборудование для раскроя металла

Чтобы не сделать ошибку и не потратить деньги впустую, до оформления заказа на плазморез необходимо ответить на ряд вопросов:

• требуется стандартная резка типовых деталей или речь идет о производстве сложных 3D-изделий;
• как планируется управлять оборудованием — при помощи программного обеспечения, фотокопирования и т. д.;
• сколько одинаковых деталей требуется в час/минуту? Нужно ли одновременное изготовление нескольких однотипных изделий;
• листы какой толщины предстоит обрабатывать? От этого показателя зависит мощность установки.

Наиболее важные показатели — поддерживаемые напряжение и сила тока

Если требуется быстрое изготовление партий деталей, важно учитывать длительность разового реза без перегрева оборудования. При выборе сопел предпочтение лучше отдавать образцам из меди. Тогда их придется реже менять

Изготовление деталей из металла большой толщины возможно, если в зону резки подавать азот. Резка деталей небольшой толщины
Предполагает применение воздуха

Тогда их придется реже менять. Изготовление деталей из металла большой толщины возможно, если в зону резки подавать азот. Резка деталей небольшой толщины
Предполагает применение воздуха.

Производители поставщики, уважающие своих клиентов, предлагают приобрести не просто стандартные установки для резки металла, а предлагают ответить предварительно на ряд вопросов, характеризующих деятельность. На основании полученных данных подбирается оптимальная модель, соответствующая потребностям заказчика.

Причины выхода оборудования из строя Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что чаще всего станки выходят из строя по следующим причинам:

• напряжение в сети нестабильно, наблюдаются скачки, превышающие диапазон, установленный производителем;
• выработан ресурс, детали изношены и подлежат замене;
• в электросети фиксируются короткие замыкания.

Основные узлы, требующие замены — трансформаторы или инверторы, диоды и резисторы. Дополнительно приходится регулярно проверять мундштуки  и их работоспособность.

Строение стола для плазменной резки

Все столы для резки металла с помощью плазмы имеют похожее строение, и состоят из следующих частей:

• Рабочая поверхность для обработки металла
• Поддон для охлаждения плазмы (или защитный короб в случае отсутствия поддона)
• Наводящие оси для шаговых моторов по периметру
• Ножки
• Усиления для рамы в случае работы с высокой нагрузкой

Стол — одновременно самая простая и в то же время сложная часть ЧПУ-станка для резки. К этой, на первый взгляд, простой конструкции есть ряд требований. Их мы рассмотрим ниже

Размеры столов для плазменной резки

Размеры стола варьируются в зависимости от требований к изделиям, изготовляемым на столе. Промышленные столы часто имеют размер рабочей поверхности в 1500 на 3000 миллиметров. Столы, используемые в декоративной резке, бывают меньше, вплоть до 200 на 400 миллиметров. Зачастую, соотношение сторон учитывается как 2 к 1. Реже — 4 к 3.

Требования к рабочей поверхности

Во время резки, плазма должна проходить сквозь заготовку, при этом раскаленные отходы не должны оседать на основании рабочей поверхности. Поэтому для изготовления поверхности используют следующие конструкции:

• Параллельно расположенные ламели
• Решетчатая основа
• Ламели из металлического профиля
• Ячейки с зубчатой фактурой

Параллельные ламели — дешевле всего. Это отрезки металла толщиной в 4-8 миллиметров и шириной в 30-60 миллиметров. Их легко монтировать в стол, и они не требуют много сил в изготовлении. Проблема такой конструкции — надежность.

Рабочая поверхность стола — прямые параллельные ламели

Ламели плохо держат форму, изгибаются при высоком давлении, а за счет слабого соединения, может возникать вибрация. При работе с заготовками толще 30 миллиметров лучше избегать таких решений. В то же время, параллельные ламели, в случае повреждения, можно изготовить и заменить самостоятельно, не обращаясь к специалисту.

Ламели могут быть прямыми, а также можно использовать изогнутые заготовки. Жесткость изогнутой ламели выше, но и изготовить ее сложнее.

Ламели могут быть изогнутыми для большей жесткости

Решетчатая основа дороже. Т.к. на ее изготовление, монтаж и калибровку в плоскости уходит больше времени. В то же время, такая конструкция надежнее, т.к. давление металла во время резки выдерживает на порядок лучше, за счет большого количество углов, перпендикулярных источнику давления.

Ячейки с зубчатой фактурой

Ламели из металлического профиля ценятся выше. Но имеют ряд недостатков. Кроме высокой цены, такая основа хуже пропускает плазму. Тем менее, в случаях, когда есть необходимость закреплять заготовку на столе, этот вариант подходит лучше других. На профиль легко ложится зажим, и заготовка держится крепко.

Ячейки с зубчатой фактурой лучше выбирать при работе с большими заготовками. Зубцы имеют наименьшую площадь соприкосновения с заготовкой, а значит, и с горячей плазмой. Для малых заготовок это минус, ведь расположить заготовку на нескольких точках сложнее, чем на ровной поверхности. С большими заготовками такой проблемы нет. Но цена на стол возрастает, ведь на изготовление зубцов уходит больше затрат.

Виды плазморезов

Плазмотроны для плазменной резки металлов выпускаются разных модификаций по типу резки, поджига дуги, с различными рабочими параметрами.

Плазморезы по типу резки

По виду резки различают ручные аппараты и автоматические машины с ЧПУ. Здесь все зависит от выполняемых работ, максимальной толщины разрезаемого металла.

Плазморезы для ручной резки

Плазмотроны для ручной резки применяются в разных отраслях деятельности – от небольших автомастерских до промышленных предприятий. Процесс раскроя предполагает ведение резака вручную – т.е. резчик самостоятельно регулирует скорость реза.

Фото 10. Ручная плазменная резка

Ручной процесс резания не обеспечивает такой высокой точности и производительности, как автоматический. Однако аппараты более компакты, что обеспечивает возможность их транспортировки. Инверторные устройства можно переносить даже вручную, так как их вес не превышает 15-20 кг.

Плазморезы для автоматической резки

Плазматроны для автоматической резки отличаются конструкцией – она зависит от типа оборудования, на которое будет устанавливаться устройство. Автоматический процесс раскроя отличается повышенной производительностью, обычно выполняется на специальном столе, на который укладываются листы разрезаемого металла. Также машины бывают портативного типа для резания небольших заготовок. Управляются ЧПУ (числовым программным управлением), что минимизирует человеческий фактор.

Фото 11. Автоматическая плазменная резка

Основные преимущества:

• высокая скорость резания;
• повышенная точность и качество реза;
• автоматизированная настройка рабочих параметров (силы тока, давления газа, расстояния между соплом и заготовкой) с учетом толщины и марки металла.

Плазморезы по типу используемого газа

Плазмотроны работают с разными газами – инертными, восстановительными, химически активными и их смесями. Выбираются они в зависимости от марки обрабатываемого металла:

• Сжатый воздух – черные металлы и медь толщиной до 60 мм, алюминий до 70 мм.
• Азот – алюминий и медь толщиной до 20 мм, малоуглеродистые низколегированные стали до 30 мм, с высоким содержанием легирующих элементов до 75 мм, латуни до 90 мм, титан неограниченной толщины.
• Азотоводород – медь, алюминий и их сплавы толщиной до 100 мм.
• Смесь на основе азота и аргона – высоколегированные материалы толщиной до 50 мм.
• Аргон и водород – высоколегированные стали, алюминиевые и медные сплавы толщиной до 100 мм.

Плазморезы по типу поджига дуги

Производятся с дугой прямого и косвенного действия. Дуга прямого действия возбуждается в результате протекания электрического тока между катодом (неплавящимся электродом) и анодом, в качестве которого выступает металлическая заготовка. Дуга косвенного действия поджигается между катодом и соплом, но такие устройства применяются гораздо реже.

Рисунок 12. Схемы плазмотронов прямого и косвенного действия

• Водяное – оборудуются в основном профессиональные модификации, непрерывно работающие на протяжении длительного времени. Циркуляция жидкости в них обеспечивается специальным насосом.
• Воздушное – оснащаются полупрофессиональные и бытовые модели. Внутренние элементы горелок охлаждаются за счет прохождения сжатого воздуха или газа по каналам. Такие устройства отличаются меньшим ПВ, в процессе работы требуются перерывы.

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.

Рекомендации по работе с аппаратами новичкам

Подобранный правильным образом аппарат и необходимый для сварки режим помогут осуществить работу без трещин и образования раковин даже с таким металлом как алюминий, являющимся достаточно капризным для проведения такого рода работ.

Сварка плазменная. Видео. Неопытные сварщики могут столкнуться в процессе сварки с чрезмерным разбрызгиванием металла из-за сильного давления пара. Начинающим сварщикам лучше подбирать такое оборудование, чтобы оно было с большим соплом и самым большим диаметром отверстия для работы.

Благодаря этому, давление пара будет не столь высоким, а факел одновременно сможет охватить и одну и другую кромки деталей, что увеличит вероятность получения качественного шва.

Резак на основе трансформатора

Как и другие компоненты системы, источник питания собирают или дорабатывают своими руками. Подробная инструкция помогает легко справиться с этой задачей.

Схема устройства

В электрическую цепь аппарата входят такие узлы:

• сварочный трансформатор с выпрямителем;
• пусковое реле;
• осциллятор;
• резистор, понижающий напряжение вспомогательной дуги;
• кнопка запуска;
• контактор, деактивирующий изначальную дугу;
• компрессор с элементами управления.

На правильно составленной схеме должны отображаться все элементы вне зависимости от мест их расположения.

Какие детали будут необходимы

Помимо сварочного инвертора, для создания аппарата потребуются:

1. Держатель со сменным стержнем. При силе тока до 100 А и толщине обрабатываемой детали до 5 см элемент изготавливают из меди. Держатель более мощного агрегата снабжают каналами для жидкостного охлаждения. Для розжига дуги оставляют расстояние в 2 мм между соплом и электродом. Главный стержень делают подвижным.
2. Изолятор из фторопласта. По причине быстрого износа деталь является сменной.
3. Корпус с соплом.
4. Кабели: силовой и для розжига дежурной дуги.
5. Шланги. В аппаратах с жидкостным охлаждением неизолированный провод находится в трубке, подающей воду к горелке. Также потребуется отдельный шланг для вывода газа в сопло.

Рекомендуем к прочтению Как самому сделать сварочный стол

Сборка плазменного резака

Работу начинают с переделки сварочного трансформатора. Количество витков обмотки выбирают с учетом будущих характеристик оборудования и разрезаемых деталей.

При толщине листа до 1,2 см, силе тока 50 А и напряжении холостого хода 20 В устанавливают такие значения:

• сечение сердечника – 107 мм²;
• число витков первичной обмотки – 225, вторичной – 205.

После переделки трансформатора подсоединяют другие элементы:

1. Компрессор производительностью 140-190 л в минуту. Давление, создаваемое агрегатом, должно составлять более 4,5 бара.
2. Кабели и шланги для объединения компонентов. Сечение питающего провода зависит от мощности плазмореза. При силе тока 50 А оно составляет 6 мм². Сечение провода для дежурной дуги – 1,5 мм². Рекомендованный диаметр воздушного шланга – 1 см.
3. Осциллятор. При создании плазмореза из трансформатора в качестве этого блока можно использовать автомобильную систему электронного зажигания.

Воздушный шланг соединяют с отводом компрессора. Провод клавиши пуска подключают к управляющему блоку.

Особенности использования

При работе с резаком из трансформатора от сварочного полуавтомата тщательно соблюдают правила безопасности, что объясняется воздействием следующих вредных факторов:

1. Брызг расплава. Под влиянием плазмы металл нагревается до экстремальной температуры. Воздушный поток выдувает его из линии разреза. Попадание брызг на некоторые материалы приводит к их возгоранию. Контакт расплава с кожей человека приводит к глубоким ожогам. Поэтому плазменную струю направляют в противоположную от сварщика и легковоспламеняющихся материалов сторону.
2. Запыленности и загрязненности воздуха вредными газами. Металл при плазменной резке начинает гореть. Дым опасен для органов дыхания человека. Поэтому над рабочим столом устанавливают вытяжку. Мастер надевает респиратор.
3. Яркого света. Плазмотрон является мощным генератором ультрафиолетового излучения, вызывающего ожог сетчатки глаза. Поэтому резчик надевает защитную маску, оборудует рабочую зону передвижным щитом.
4. Температуры. Края полученных заготовок длительное время сохраняют тепло. Прикасаться к ним можно только в рукавицах после остывания деталей.

Устройство плазмореза, как выбрать, разновидности

Устройство плазмореза

4 главные компоненты плазмореза – это: • воздушный компрессор,

• плазмотрон с кабель-шланговым пакетом(или плазменный резак),

• источник питания и

• массовый зажим.

Источник питания, подающий на плазмотрон ток определенных параметров, может быть трансформаторного или инверторного типа. Естественно, что трансформаторы – более громоздки и менее экономичны в потреблении электроэнергии. Однако именно они имеют низкий порог чувствительности к перепадам напряжения в сети. И именно трансформаторы могут легко справляться с толстостенными заготовками.

Источники питания инверторного типа имеют меньший вес, более экономичную стоимость, порог их энергопотребления значительно ниже, чем у трансформаторов, КПД на 30 % выше и дуга стабильнее, но при этом они могут разрезать только тонкостенные заготовки. Такие источники питания подходят более всего для небольших мастерских и производств. Также небольшие источники питания будут незаменимы при работе в труднодоступных местах.

Резак для плазмы/плазмотрон – главный рабочий элемент плазмореза. Именно на его плечи ложиться основная работа по нарезке заготовок. Его главными комплектующими являются электрод, сопло и изолятор/охладитель (между соплом и электродом) и канал для подачи воздуха в зону резки.

Электрод, служащий для возбуждения электродуги, находится внутри корпуса плазмотрона. Электрод может быть циркониевый, гафниевый, бериллиевый или ториевый. Указанные металлы пригодны для работы плазмореза, поскольку на их поверхности в процессе работы образуются тугоплавкие оксиды, блокирующие разрушение электрода. Самыми популярными электродами являются гафниевые, так как они на 100 % безвредны для организма оператора плазмореза.

Сопло в плазморезе предназначено для обжима и формировки струи плазмы, разрезающей заготовки. Размер сопла непосредственно влияет на возможности и характеристики аппарата. Также от параметров сопла зависит технология работы с плазмотроном. Диаметр сопла – это показатель объема воздуха, который может пройти через него за единицу времени. От показателей объема же зависит ширина реза, скорость работы аппарата и скорость его охлаждения. Самый распространенный диаметр сопла – 3 мм. Если же говорить о длине сопла, то тут существует следующая закономерность: самый аккуратный и качественный рез получается при использовании самого длинного сопла. Однако стоит помнить, что слишком большая длина быстрее разрушает упомянутый расходник.

Компрессор при работе плазмотрона необходим для подачи воздуха, поскольку сама технология плазменной резки требует обязательного использования плазмообразующих и защитных газов. Плазморез промышленного типа потребует наличия гелия, аргона, кислорода, азота, водорода и их смесей. Небольшие же аппараты (сила тока которых не превышает 200 А) довольствуются сжатым воздухом, при этом, максимум их рабочих возможностей – разрезание заготовок толщиной 50 мм.

Кабель-шланговый пакет необходим для соединения компрессора, источника питания и плазмотрона. Кабель служит для передачи тока, шланг – для передачи сжатого воздуха.

Особенности самодельного устройства

Самодельным плазменным резаком достаточно легко выполнять различные работы. Его можно использовать не только для производственных, но и для бытовых задач, к примеру, для обработки изделий из металла, где рез должен быть максимально точным, тонким и высококачественным.

При изготовлении оборудования важно предусмотреть соответствующую силу тока. Этот показатель определяется источником питания, в данном случае инвертором. Благодаря ему обеспечивается относительно стабильная работа, по сравнению с трансформатором энергия потребляется более экономно, при том, что размер толщины изделий, с которыми он может работать, в разы меньше

Благодаря ему обеспечивается относительно стабильная работа, по сравнению с трансформатором энергия потребляется более экономно, при том, что размер толщины изделий, с которыми он может работать, в разы меньше.

Также особенностью инвертора является удобство при эксплуатации. Он компактный, обладает небольшим весом. Кроме этого, при низком энергопотреблении его КПД практически на десять процентов больше, чем у трансформатора. Все эти нюансы положительно влияют на качество его работы. Единственный минус использования инверторного плазмореза — это затрудненный раскрой заготовок значительной толщины.

Для сборки конструкции самодельных аппаратов можно воспользоваться готовыми схемами, которые представлены в сети

Также важно заранее подготовить все комплектующие

В процессе сборки следует максимально точно выполнять последовательность указанных в схеме действий, обращая внимание на то, соответствуют ли конструктивные элементы друг другу

Классификация конструкций

В стационарных станках, выполняющих плазменную резку металлов, предусматриваются координатные столы двух конструктивных исполнений – портального или крестового типа.

Портальный вариант более подходит для плазменного раскроя плоских поверхностей, в то время, как эксплуатационным преимуществом стола крестовой конструкции является возможность установки дополнительных приспособлений, в частности, сверлильной головки. Портальные варианты обладают заметно большей жёсткостью, а потому устанавливаются на более мощных плазморезах. В то же время при необходимости вести плазменную резку пространственных заготовок необходимо использовать рассматриваемые узлы только крестового типа.

Поскольку при работе агрегата для плазменной резки металла не возникает больших нагрузок, то часто опорную раму изготавливают с применением профилей из высокопрочных алюминиевых сплавов. Это уменьшает общую массу станка, и облегчает процесс его монтажа.

Функциональные преимущества получают конструкции, где предусмотрена возможность зонирования рабочей поверхности. Каждая зона снабжается своим газораспределительным клапаном и системой газопроводов, чем облегчается переналадка станка на новую толщину или габаритные размеры листа.

Все виды рассматриваемых узлов оснащаются элементами, обеспечивающими безопасную работу станка: узлами смазки направляющих, устройствами отсоса выделяющихся газов, системами охлаждения и т.д.