Изготовление плазменного резака из инвертора своими руками

До недавнего времени, когда в домашних условиях возникала необходимость в резке металлических заготовок для различных нужд, у домашнего мастера выбор был не очень большим. Либо УШМ (угловая шлифовальная машина, в простонародье «болгарка»), либо газовый резак.

Но прогресс не стоит на месте, и относительно недавно для широких масс стало доступно принципиально иное средство для резки металла, более эффективное и удобное в эксплуатации. Речь идёт о плазменном резаке или, как его ещё иногда называют, плазморезе. Учитывая высокую стоимость бытовых плазменных резаков заводского изготовления вполне рациональной выглядит идея попытаться собрать этот прибор в домашних условиях. А для того чтобы убедиться в целесообразности этой идеи, можно сравнить технологические особенности производимых работ с помощью вышеперечисленных приспособлений.

  • УШМ (угловая шлифовальная машина). Обеспечивает очень хороший уровень реза, но только в том случае, когда речь идёт о прямолинейной резке металла. Выполнить с помощью «болгарки» фигурный рез практически невозможно.
  • Газовый резак. Обеспечивает возможность фигурного реза, но с очень низким качеством. Края реза получаются неровные, рваные, с кусочками расплавленного металла. Как правило, при толщине металла более 5−7 мм резать становится очень тяжело или практически невозможно.
  • Плазморез. Обеспечивает высококачественный, идеально чистый шов практически любой конфигурации и толщины. Положительным моментом применения плазмореза является полное отсутствие остаточной деформации металла после окончания процесса резки, чего нельзя сказать о двух первых способах.

Самодельный плазморез

Сборка плазмореза в домашних условиях очень напоминает собирание конструктора. Дело в том, что все без исключения составные элементы плазмореза относятся к достаточно сложным технологическим изделиям. Изготовление этих элементов в домашних условиях с нуля не только требует очень глубоких познаний в данном предмете и соответствующего дорогостоящего оборудования, но и является небезопасным в плане здоровья домашнего мастера.

Например, температура внутри камеры сгорания плазмотрона составляет порядка 20000−30000 градусов. Поэтому лучше купить элементы, из которых состоит плазморез, уже готовыми, с гарантией высокой надёжности, чем пытаться сделать дома из подручных средств и тем самым подвергать опасности не только свою жизнь, но и жизнь своих близких.

Совсем ничего не понимающим в металлообработке необходимо знать хотя бы элементарные вещи, например, то, что лазерный резак по металлу и плазменный резак по металлу — это не одно и то же.

Составляющие элементы

Любой плазморез состоит из следующих элементов:

  • Источник постоянного тока. Для этих целей можно использовать либо сварочный трансформатор, либо сварочный инвертор. О преимуществах и недостатках того и другого поговорим ниже.
  • Осциллятор. Выполняет роль стартера, который запускает предварительную дугу. Оптимальный вариант — осциллятор заводского изготовления марки ВСД-02. Как самостоятельно изготовить осциллятор читайте здесь.
  • Источник сжатого воздуха. Компрессор мощностью 2.00−3.00 атм и выше, в зависимости от мощности аппарата.
  • Резак, он же плазмотрон. Приобретается в готовом виде в соответствующем магазине. В крайнем случае можно взять резак для аргонной сварки и путём незначительных доработок переделать его в плазмотрон.
  • Комплект соответствующих шлангов для подвода газовой смеси к камере сгорания.
  • Комплект электрических кабелей для подвода электричества к трансформатору.

Инвертор или трансформатор

И у того, и у другого есть как положительные стороны, так и отрицательные. В конечном итоге выбор происходит в пользу конкретного устройства исходя из технических задач, которые ставятся перед будущим плазморезом.

Сварочный инвертор-полуавтомат

Наиболее оптимальное решение для личного гаража или небольшой мастерской.

  • Относительно малый вес, некрупные габариты и минимальное количество потребляемой электроэнергии.
  • Качество реза у инверторного плазмореза выше за счёт более высококачественной дуги.
  • Крайняя чувствительность к качеству подаваемой на него электроэнергии. Частые перепады напряжения в сети способны просто убить ваш инвертор за очень короткий промежуток времени, и никакая система защиты в этом случае не поможет.
  • Небольшая мощность, что не позволяет резать толстые листы металла.

Сварочный трансформатор

Более подходит для стационарных условий крупных мастерских или заводов.

  • Никогда не выходят из строя в случае даже сильного падения напряжения в сети. В этом плане они более надёжны.
  • Более длительный рабочий цикл (период работы без перерыва).
  • Не имеют ограничения по мощности, поэтому можно резать металл практически любой толщины.
  • Очень высокая масса, большие габариты и высокое энергопотребление.

Исходя из этих сравнительных характеристик домашние мастера чаще всего склоняются в сторону плазмореза из инвертора, собранного своими руками на базе сварочного инвертора.

Плазмотрон или резак

Основными компонентами плазморезки являются: два электрода, изолятор, разделяющий катодный и анодный узлы, и камера завихрения газовой смеси.

  • Один из электродов является основным и изготавливается из тугоплавкого металла типа тория, циркония или бериллия. Но все эти металлы, точнее, продукты их взаимодействия с высокими температурами, являются крайне вредными для здоровья. Поэтому оптимальным вариантом будет изготовление электрода из другого тугоплавкого метала — гафния, который абсолютно безвреден.
  • Вторым электродом является сопло. Оно, как правило, изготавливается из меди. В сопле имеется очень тонкое отверстие, через которое раскалённый газ вырывается наружу. Периодически этот элемент требует своей замены в силу того, что постоянно находится в зоне запредельно высоких температур. Поэтому оптимальным является иметь не одно сопло, чтобы в случае необходимости можно было быстро заменить вышедшее из строя.
  • Газ под давлением подаётся в камеру завихрения через прямой патрубок, расположенный сверху или сбоку от камеры. Предварительно нагнетается необходимое давление с помощью компрессора.

Принцип работы плазмотрона

Под давлением газ поступает в пространство между соплом и электродом. В момент включения осциллятора, в результате возникновения высокочастотного импульсного тока, между двумя электродами возникает электрическая дуга. Эта дуга носит название предварительной, и её задача — разогреть газ, находящийся в камере сгорания. Температура разогретого газа в камере относительно невысокая — порядка 5000−7000 градусов.

После того как предварительная дуга заполнит собой всё сопло, с помощью компрессора увеличивают давление подаваемого сжатого воздуха, в результате начинает происходить ионизация газа. Как следствие этого, газ расширяется в объёме, становится сверхпроводимым и разогревается до запредельно высоких температур порядка 20000−30000 градусов. Иными словами, газ превращается с плазму.

Под большим давлением плазма вырывается через узкое отверстие сопла наружу. В момент соприкосновения потока плазмы с поверхностью металла возникает вторая дуга — основная, или классическая. Роль второго электрода в этом случае берёт на себя сама плазма. Плазменная дуга мгновенно расплавляет металл в точке контакта. Под сильным напором сжатого воздуха расплавленный металл мгновенно выдувается, и в результате остаётся чистый рез.

Существуют два базовых условия, при соблюдении которых получается качественная резка с помощью плазмы:

  • Ток, подаваемый на электрод, должен обладать силой не менее 250 А.
  • Сжатый воздух подаётся в камеру сгорания со скоростью не менее 800−900 м/с.

Сложность изготовления плазмотрона

Схемы, чертежи для изготовления плазмореза своими руками очень легко найти в Интернете. Но плазменный резак очень сложно устроен и, кроме того, требует очень тонких настроек перед непосредственной эксплуатацией. Несмотря на обилие в Интернете соответствующих рекомендаций, чертежей и видеороликов, сделать плазмотрон дома технически крайне сложно. А если учесть, что затея эта ещё и крайне опасная для здоровья, то лучше от неё совсем отказаться и воспользоваться услугами «Али Экспресса» или ближайшего специализированного магазина.

Сборка из готовых комплектуюущих

Необходимо подключить сопло плазмореза к инвертору и компрессору. Осуществляется это посредством так называемого кабель-шлангового пакета. Оптимальным будет использовать для этих целей специальные зажимы и клемы, которые легко фиксируются и также легко снимаются.

Перед тем как начинается сборка, необходимо окончательно убедиться в совместимости всех комплектующих.

Порядок сборки достаточно прост:

  • Инвертор посредством электрического кабеля соединяется с электродом плазмореза.
  • Компрессор с помощью специального шланга присоединяется к рабочей камере плазмореза.

Практические рекомендации

Даже при сборке из уже готовых комплектующих цена конечного продукта будет на несколько порядков меньше, чем если покупать готовый плазменный резак. После того как аппарат будет собран и станок будет готов к работе, нужно позаботиться о расходных материалах и некоторых аспектах эксплуатации устройства.

  • Необходимо приобрести заранее несколько комплектов резиновых прокладок, которые используются при подключении шланга подачи сжатого воздуха.
  • Самой быстроразрушающейся деталью в плазменном резаке является медное сопло. Кроме того, толщина реза напрямую зависит от диаметра отверстия в сопле. Поэтому комплект медных сопел с разным диаметром выходного отверстия должен обязательно быть в запасе.
  • Необходимо достаточно точно определиться с задачами, которые стоят перед будущим плазморезом, и исходя из этого заранее подобрать соответствующую мощность инвертора. Учитывая высокую цену на инверторы, будет очень накладно эксплуатировать плазморез, обладающий излишней мощностью.
  • Необходимо всегда помнить, что температура рабочего участка плазмы составляет 20000−30000 градусов. Это крайне опасно и может привести к ЧП, если работающий плазморез окажется в руках несмышлёного ребёнка или психически невменяемого человека.
  • Крайне важно в процессе работы правильное образование вихревого потока. В противном случае во время работы плазменной горелки может образоваться так называемая двойная дуга, что может привести к разрушению устройства. Поэтому очень важно использовать плазменные резаки, изготовленные в заводских условиях, с соблюдением всех необходимых технических стандартов.

О том, как выбрать плазморез можно прочитать здесь.
О том, как выбрать плазморез можно прочитать здесь.
О том, как выбрать плазморез можно прочитать здесь.

Изготовить рабочий плазморез из сварочного инвертора своими руками не такая уж и сложная задача, как на первый взгляд может показаться. Для того чтобы реализовать данную идею, нужно приготовить все необходимые детали такого устройства:

  • Резак плазменный (или по другому — плазмотрон)
  • Инвертор сварочный или трансформатор
  • Компрессор, с помощью которого будет создаваться воздушная струя, необходимая для формирования и охлаждения потока плазмы.
  • Кабели и шланги для объединения всех конструктивных элементов устройства в одну систему.

Плазморез, в том числе и самодельный, успешно применяется для выполнения всевозможный работ как на производстве, так и дома. Это устройство незаменимо в тех ситуациях, когда необходимо выполнить точный, тонкий и качественный разрез металлических заготовок. Отдельные модели плазменных резаков с точки зрения их функциональности позволяют применять их в качестве сварочного аппарата. Такая сварка выполняется в защитном газе аргона.

Обратный кабель и газовый шланг для плазменной резки!

При выборе источника питания для самодельного плазмотрона важно обратить внимание на величину тока, который может генерировать такой источник. Чаще всего для этого выбирают инвертор, который обеспечивает высокую стабильность процесса плазменной резки и позволяет более экономно использовать энергию. В отличие от сварочного трансформатора, обладает компактными размерами и небольшим весом, инвертор удобнее в использовании. Единственным недостатком использования инверторных плазменных резаков является сложность резки слишком толстых заготовок с их помощью.

На фото горелка от плазменного резака ABIPLAS и ее составные части!

При сборке самодельного агрегата для выполнения плазменной резки вы можете использовать готовые схемы, которые легко найти в Интернете. Кроме того, в Интернете есть видео о том, как изготовить плазморез своими руками. Используя готовую схему при сборке такого устройства, очень важно строго её придерживаться, а также обратить особое внимание на соответствие конструктивных элементов друг другу.

Схемы плазмореза на примере аппарата АПР-91

В качестве примера при изучении принципиальной электрической схемы, мы будем использовать устройство для плазменной резки APR-91.

Принципиальная схема силовой части плазмореза!
Принципиальная схема управления плазмореза

Принципиальная схема осциллятора!

Детали самодельного устройства для плазменной резки

Первое, что вам нужно найти для изготовления самодельного плазменного резака, это источник питания, в котором будет генерировать электрический ток с необходимыми характеристиками. Обычно для этого используют сварочные инверторные аппараты, что объясняется рядом их преимуществ. Благодаря своим техническим характеристикам, подобное оборудование способно обеспечить высокую стабильность генерируемого напряжения, что положительно сказывается на качестве резки. Работать с инверторами гораздо удобнее, что объясняется не только их компактными размерами и небольшим весом, но и простотой настройки и эксплуатации.

Принцип работы устройства для плазменной резки!

Благодаря своей компактности и малому весу плазменные резаки на основе инверторов могут использоваться при работе даже в самых трудных местах, что исключено для громоздких и тяжелых сварочных трансформаторов. Большим преимуществом инверторных источников питания является их высокая эффективность. Это делает их очень экономичными с точки зрения энергопотребления устройств.

В некоторых случаях источником питания для плазменного резака может быть сварочный трансформатор, но его использование чревато значительным энергопотреблением. Следует также учитывать, что любой сварочный трансформатор характеризуется большими габаритами и значительным весом.

Основным элементом аппарата, предназначенного для резки металла плазменной струей, является плазменный резак. Этот элемент оборудования обеспечивает качество резки, а также эффективность ее выполнения.

Размер и форма плазменной струи полностью зависит от диаметра сопла!

Для формирования воздушного потока, который будет преобразован в высокотемпературную плазменную струю, в конструкции плазменного резака используется специальный компрессор. Электрический ток от инвертора и поток воздуха от компрессора поступают в плазменный резак с помощью пакета кабельных шлангов.

Центральным рабочим элементом плазменного резака является плазменная горелка, конструкция которой состоит из следующих элементов:

  • Сопла
  • Канала, по которому подается струя воздуха
  • Электрода
  • Изолятора, который параллельно выполняет функцию охлаждения

Конструкция плазменного резака и советы по его изготовлению

Сменные насадки для плазмотрона

Некоторые из вышеперечисленных материалов при нагревании могут выделять соединения, опасные для здоровья человека, этот момент следует учитывать при выборе типа электрода. Таким образом, при использовании бериллия образуются радиоактивные оксиды, и при испарении тория в сочетании с кислородом образуются опасные токсичные вещества. Совершенно безопасным материалом для изготовления электродов для плазменной горелки является гафний.

За формирование плазменной струи, с помощью которой и производится резка, отвечает сопло. Его производству следует уделить серьезное внимание, так как качество рабочего процесса зависит от характеристик этого элемента.

Устройство сопла плазменной горелки

Самым оптимальным является сопло, диаметр которого равен 30 мм. От длины этой детали, зависит аккуратность и качество исполнения реза. Однако слишком длинное сопло также не следует делать, так как в данном случае оно быстро разрушается.

Как было упомянуто выше, в конструкцию плазмореза обязательно входит компрессор, который формирует и подает воздух в сопло. Последнее необходимо не только для формирования струи высокотемпературной плазмы, но и для того что бы охлаждать элементов аппарата. Применение сжатого воздуха в качестве рабочей и охлаждающей среды, а также инвертора, который формирует рабочий ток 200 А, позволяет эффективно резать металлические детали, толщина которых не превышает 50 мм.

Таблица выбора газа для плазменной резки металлов!

Для подготовки аппарата плазменной резки к работе, нужно соединить плазмотрон с инвертором и компрессором. Для решения этой задачи применяются пакеты кабельных шлангов, который используют следующим образом.

  • Кабель, через который будет подаваться электрический ток, соединяет инвертор и электрод плазменной резки.
  • Шланг подачи сжатого воздуха соединяет выход компрессора и плазменную горелку, в которой из входящего воздушного потока будет образовываться плазменная струя.

Основные особенности работы плазмореза

Чтобы сделать плазменный резак, используя инвертор для его изготовления, необходимо понять, как работает такое устройство.

После включения инвертора электрический ток от него начинает течь к электроду, что приводит к воспламенению электрической дуги. Температура дуги, горящей между рабочим электродом и металлическим наконечником сопла, составляет около 6000–8000 градусов. После зажигания дуги сжатый воздух подается в камеру сопла, которая проходит строго через электрический разряд. Электрическая дуга нагревает и ионизирует воздушный поток, проходящий через нее. В результате его объем увеличивается в сотни раз, и он становится способным проводить электрический ток.

С помощью сопла плазменного резака из проводящего воздушного потока формируется плазменная струя, температура которой активно поднимается и может достигать 25-30 тысяч градусов. Скорость потока плазмы, благодаря которой осуществляется резка металлических деталей, на выходе из сопла составляет около 2-3 метров в секунду. В тот момент, когда плазменная струя контактирует с поверхностью металлической детали, электрический ток от электрода начинает протекать через нее, и начальная дуга гаснет. Новая дуга, которая горит между электродом и заготовкой, называется резкой.

Характерной особенностью плазменной резки является то, что обрабатываемый металл плавится только в том месте, где на него влияет поток плазмы. Вот почему очень важно, чтобы место плазменного воздействия было строго в центре рабочего электрода. Если мы пренебрегаем этим требованием, то можем столкнуться с тем фактом, что воздушно-плазменный поток будет нарушен, в следствии чего, качество резки значительно ухудшится. Чтобы удовлетворить эти важные требования, используйте специальный (тангенциальный) принцип подачи воздуха к соплу.

Также необходимо следить, что бы два плазменных потока не образовывались одновременно, за места одного. Возникновение такой ситуации, которая приводит к несоблюдению режимов и правил технологического процесса, может привести к выходу из строя инвертора.

Основные параметры плазменной резки разных металлов.

Важным параметром плазменной резки является скорость воздушного потока, которая не должна быть слишком большой. Хорошее качество реза и скорость его выполнения обеспечиваются скоростью воздушной струи, равной 800 м/с. В этом случае ток, протекающий от инверторного блока, не должен превышать 250 А. При выполнении работ на таких режимах следует учитывать тот факт, что в этом случае поток воздуха, используемого для формирования потока плазмы, будет увеличиваться.

Самостоятельно изготовить плазменный резак не так уж и сложно, для этого нужно изучить нужный теоретический материал, просмотреть обучающее видео и правильно подобрать все необходимые детали. При наличии в домашнем пользовании подобного аппарата, изготовленного на основе заводского инвертора, может выполнять не только качественную резку металла, но и плазменную сварку!

В том случае если у вас в пользовании нет инвертора, можно изготовить плазморез, взяв за основу сварочный трансформатор, в таком случае вам придется смириться с его большими габаритами и не малым весом. Так же, плазморез, сделанный на основе трансформатора, будет иметь не очень хорошую мобильностью и переносить его с места на место будет проблематично!

Источник