Плазмотрон своими руками

Самодельный плазмотрон — вариант газовой сварки

Принцип действия большинства плазматронов мощностью от нескольких кВт до нескольких мегаватт, практически один и тот же. Между катодом, выполненным из тугоплавкого материала, и интенсивно охлаждаемым анодом, горит электрическая дуга.

Через эту дугу продувается рабочее тело (РТ) — плазмообразующий газ, которым может быть воздух, водяной пар, или что другое. Происходит ионизация РТ, и в результате на выходе получаем четвертое агрегатное состояние вещества, называемое плазмой.

В мощных аппаратах вдоль сопла ставится катушка эл.магнита, он служит для стабилизации потока плазмы по оси и уменьшения износа анода.

В этой статье описывается уже вторая по счету конструкция, т.к. первая попытка получить устойчивую плазму не увенчалась особым успехом. Изучив устройство «Алплаза», мы пришли к выводу что повторять его один в один пожалуй не стоит. Если кому интересно — все очень хорошо описано в прилагаемой к нему инструкции.

Наша первая модель не имела активного охлаждения анода. В качестве рабочего тела использовался водяной пар из специально сооруженного электрического парогенератора — герметичный котел с двумя титановыми пластинками, погруженными в воду и включенными в сеть 220V.

Катодом плазматрона служил вольфрамовый электрод диаметром 2 мм который быстро отгорал. Диаметр отверстия сопла анода был 1.2 мм, и оно постоянно засорялось.

Получить стабильную плазму не удалось, но проблески все же были, и это стимулировало к продолжению экспериментов.

В данном плазмогенераторе в качестве рабочего тела испытывались пароводяная смесь и воздух. Выход плазмы получился интенсивнее с водяным паром, но для устойчивой работы его необходимо перегревать до температуры в не одну сотню градусов, чтобы не конденсировался на охлажденных узлах плазматрона.

Такой нагреватель еще не сделан, поэтому эксперименты пока что продолжаются только с воздухом.

Фотографии внутренностей плазматрона:

Анод выполнен из меди, диаметр отверстия сопла от 1.8 до 2 мм. Анодный блок сделан из бронзы, и состоит из двух герметично спаянных деталей, между которыми существует полость для прокачки охлаждающей жидкости — воды или тосола.

Катодом служит слегка заостренный вольфрамовый стержень диаметром 4 мм, полученный из сварочного электрода. Он дополнительно охлаждается потоком рабочего тела, подаваемого под давлением от 0.5 до 1.5 атм.

А вот полностью разобранный плазматрон:

Электропитание подводится к аноду через трубки системы охлаждения, а к катоду — через провод, прицепленный его держателю.

Запуск, т.е. зажигание дуги, производится закручиванием ручки подачи катода до момента соприкосновения с анодом. Затем катод надо сразу же отвести на расстояние 2..4 мм от анода (пара оборотов ручки), и между ними продолжает гореть дуга.

Электропитание, подключение шлангов подачи воздуха от компрессора и системы охлаждения — на следующей схеме:

В качестве балластного резистора можно использовать любой подходящий электронагревательный прибор мощностью от 3 до 5 кВт, например подобрать несколько кипятильников, соединенных параллельно.

Дроссель выпрямителя должен быть рассчитан на ток до 20 A, наш экземпляр содержит около сотни витков толстой медной проволоки.

Диоды подойдут любые, рассчитанные на ток от 50 А и выше, и напряжение от 500 V.

Воздушный компрессор для подачи рабочего тела взят автомобильный, а для прокачки охлаждающей жидкости по замкнутому контуру используется автомобильный омыватель стекол. Электропитание к ним подводится от отдельного 12-вольтового трансформатора с выпрямителем.

Немного о планах на будущее

Как показала практика, и эта конструкция тоже оказалась экспериментальная. Наконец-то получена стабильная работа в течение 5 — 10 минут. Но до полного совершенства еще далеко.

Сменные аноды постепенно выгорают, а делать их из меди, да еще с резьбой, затруднительно, уж лучше бы без резьбы. Система охлаждения не имеет прямого контакта жидкости со сменным анодом, и из-за этого теплообмен оставляет желать лучшего. Более удачным был бы вариант с прямым охлаждением.

Детали выточены из имевшихся под рукой полуфабрикатов, конструкция в целом слишком сложна для повторения.

Также необходимо найти мощный развязывающий трансформатор, без него пользоваться плазматроном опасно.

И под завершение еще снимки плазматрона при разрезании проволоки и стальных пластинок. Искры летят почти на метр 🙂

Изготовление плазмореза из инвертора своими руками: инструкция, схемы, видео

Заводской аппарат для плазменной резки. Наша задача: сделать аналог своими руками

Сделать функциональный плазморез своими руками из серийного сварочного инвертора не так уж сложно, как это может показаться на первый взгляд. Для того чтобы решить эту задачу, необходимо подготовить все конструктивные элементы такого устройства:

• плазменный резак (его также называют плазмотроном);
• сварочный инвертор или трансформатор, который будет выступать в роли источника электрического тока;
• компрессор, при помощи которого будет создаваться струя воздуха, необходимая для формирования и охлаждения потока плазмы;
• кабели и шланги для объединения в одну систему всех конструктивных элементов аппарата.

Общая схема работы плазменной резки

Плазморез, в том числе и самодельный, успешно используется для выполнения различных работ как в производственных, так и в домашних условиях. Незаменим такой аппарат в тех ситуациях, когда необходимо выполнить точный, тонкий и высококачественный рез заготовок из металла. Отдельные модели плазморезов по своим функциональным возможностям позволяют использовать их в качестве сварочного аппарата. Такая сварка выполняется в среде защитного газа аргона.

Газовый шланг и обратный кабель для плазменной резки

При выборе для комплектации самодельного плазмотрона источника питания важно обращать внимание на силу тока, которую такой источник сможет вырабатывать. Чаще всего для этого выбирают инвертор, обеспечивающий высокую стабильность процессу плазменной резки и позволяющий более экономно расходовать электроэнергию. Отличаясь от сварочного трансформатора компактными габаритами и легким весом, инвертор более удобен в использовании. Единственным минусом применения инверторных плазморезов является трудность раскроя с их помощью слишком толстых заготовок.

Горелка плазменного резака ABIPLAS и ее составные части

При сборке самодельного аппарата для выполнения плазменной резки можно использовать готовые схемы, которые несложно найти в интернете. В Сети, кроме того, есть видео по изготовлению плазмореза своими руками. Используя при сборке такого устройства готовую схему, очень важно строго ее придерживаться, а также обращать особенное внимание на соответствие конструктивных элементов друг другу.

Схемы плазмореза на примере аппарата АПР-91

В качестве донора при рассмотрении принципиальной электрической схемы мы будем использовать аппарат плазменной резки АПР-91.

Схема силовой части (нажмите для увеличения)

Схема управления плазмореза (нажмите для увеличения)

Схема осциллятора (нажмите для увеличения)

Элементы самодельного аппарата для плазменной резки

Первое, что необходимо найти для изготовления самодельного плазмореза, – это источник питания, в котором будет формироваться электрический ток с требуемыми характеристиками. Чаще всего в этом качестве используются инверторные сварочные аппараты, что объясняется рядом их преимуществ. Благодаря своим техническим характеристикам такое оборудование обеспечивает высокую стабильность формируемого напряжения, что положительно сказывается на качестве выполнения резки. Работать с инверторами значительно удобнее, что объясняется не только их компактными габаритами и незначительным весом, но и простотой настройки и эксплуатации.

Принцип работы плазмореза

Благодаря компактности и небольшому весу плазморезы на основе инверторов можно использовать при выполнении работ даже в самых труднодоступных местах, что исключено для громоздких и тяжелых сварочных трансформаторов. Огромным преимуществом инверторных источников питания является и то, что они обладают высоким КПД. Это делает их очень экономичными в плане потребления электроэнергии устройствами.

В отдельных случаях источником питания для плазмореза может служить сварочный трансформатор, но его использование чревато значительным потреблением электроэнергии. Следует также учитывать и то, что любой сварочный трансформатор отличается большими габаритами и значительной массой.

Основным элементом аппарата, предназначенного для раскроя металла при помощи струи плазмы, является плазменный резак. Именно данный элемент оборудования обеспечивает качество резки, а также эффективность ее выполнения.

Форма и размер плазменной струи зависит от диаметра сопла

Для формирования воздушного потока, который будет преобразовываться в высокотемпературную струю плазмы, в конструкции плазмореза используется специальный компрессор. Электрический ток от инвертора и воздушный поток от компрессора подаются к плазменному резаку при помощи кабель-шлангового пакета.

Центральным рабочим элементом плазмореза является плазмотрон, конструкция которого состоит из следующих элементов:

• сопла;
• канала, по которому подается воздушная струя;
• электрода;
• изолятора, который одновременно выполняет функцию охлаждения.

Конструкция плазменного резака и рекомендации по его изготовлению

Первое, что необходимо сделать перед изготовлением плазмотрона, – это подобрать для него соответствующий электрод. Наиболее распространенными материалами, из которых делают электроды для выполнения плазменной резки, являются бериллий, торий, цирконий и гафний. На поверхности данных материалов при нагревании формируются тугоплавкие оксидные пленки, которые препятствуют активному разрушению электродов.

Сменные насадки для плазмотрона

Некоторые из вышеперечисленных материалов при нагревании могут выделять опасные для здоровья человека соединения, что следует обязательно учитывать, выбирая тип электрода. Так, при использовании бериллия формируются радиоактивные оксиды, а испарения тория при их соединении с кислородом образуют опасные токсичные вещества. Совершенно безопасным материалом, из которого делают электроды для плазмотрона, является гафний.

За формирование струи плазмы, благодаря которой и выполняется резка, отвечает сопло. Его изготовлению следует уделить серьезное внимание, так как от характеристик данного элемента зависит качество рабочего потока.

Строение сопла плазменной горелки

Наиболее оптимальным является сопло, диаметр которого составляет 30 мм. От длины данного элемента зависит аккуратность и качество исполнения реза. Однако слишком длинным сопло также не стоит делать, поскольку это способствует слишком быстрому его разрушению.

Как уже говорилось выше, в конструкции плазмореза обязательно присутствует компрессор, формирующий и подающий к соплу воздушный поток. Последний необходим не только для формирования струи высокотемпературной плазмы, но и для охлаждения элементов аппарата. Использование сжатого воздуха в качестве рабочей и охлаждающей среды, а также инвертора, формирующего рабочий ток силой 200 А, позволяет эффективно разрезать металлические детали, толщина которых не превышает 50 мм.

Выбор газа для плазменной резки металла

Для того чтобы приготовить аппарат для плазменной резки к работе, необходимо соединить плазмотрон с инвертором и воздушным компрессором. Для решения такой задачи используется кабель-шланговый пакет, который применяют следующим образом.

• Кабелем, по которому будет подаваться электрический ток, соединяются инвертор и электрод плазмореза.
• Шлангом для подачи сжатого воздуха соединяют выход компрессора и плазмотрон, в котором из поступающего воздушного потока будет формироваться струя плазмы.

Особенности работы плазмореза

Чтобы сделать плазморез, используя для его изготовления инвертор, необходимо разобраться в том, как такой аппарат работает.

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

При помощи сопла плазмореза из токопроводящего воздушного потока формируется уже струя плазмы, температура которой активно повышается и может доходить до 25–30 тысяч градусов. Скорость плазменного потока, за счет которого и осуществляется резка деталей из металла, на выходе из сопла составляет порядка 2–3 метров в секунду. В тот момент, когда струя плазмы соприкасается с поверхностью металлической детали, электрический ток от электрода начинает поступать по ней, а первоначальная дуга гаснет. Новая дуга, которая горит между электродом и обрабатываемой деталью, называется режущей.

Характерной особенностью плазменной резки является то, что обрабатываемый металл плавится только в том месте, где на него воздействует плазменный поток. Именно поэтому очень важно сделать так, чтобы пятно воздействия плазмы находилось строго по центру рабочего электрода. Если пренебречь этим требованием, то можно столкнуться с тем, что будет нарушен воздушно-плазменный поток, а значит, ухудшится качество выполнения реза. Для того чтобы соблюсти эти важные требования, используют специальный (тангенциальный) принцип подачи воздуха в сопло.

Необходимо также следить за тем, чтобы не образовалось сразу два плазменных потока вместо одного. Возникновение такой ситуации, к которой приводит несоблюдение режимов и правил выполнения технологического процесса, может спровоцировать выход инвертора из строя.

Параметры плазменной резки различных металлов (нажмите для увеличения)

Важным параметром плазменной резки является скорость воздушного потока, которая не должна быть слишком большой. Хорошее качество реза и быстроту его выполнения обеспечивает скорость воздушной струи, равная 800 м/сек. При этом сила тока, поступающего от инверторного аппарата, не должна превышать 250 А. Выполняя работу на таких режимах, следует учитывать тот факт, что в этом случае увеличится расход воздуха, используемого для формирования плазменного потока.

Самостоятельно сделать плазморез несложно, если изучить необходимый теоретический материал, просмотреть обучающее видео и правильно подобрать все необходимые элементы. При наличии в домашней мастерской такого аппарата, собранного на основе серийного инвертора, может качественно выполняться не только резка, но и плазменная сварка своими руками.

Если в вашем распоряжении нет инвертора, можно собрать плазморез и на основе сварочного трансформатора, но тогда придется смириться с его большими габаритами. Кроме того, плазморез, изготовленный на основе трансформатора, будет обладать не очень хорошей мобильностью, так как переносить его с места на место затруднительно.

Плазмотрон своими руками

Автор: pnp_machinist, pnp_mechanic@mail.ru
Опубликовано 30.10.2016
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2016!»

Простой аппарат плазменной резки.

Значение аппарата плазменной резки для народного хозяйства трудно переоценить. Так например одна только экономия металла при раскрое составляет 10-15%. Не говоря уже о возможности вырезать отверстия и детали различной формы в листовом металле. Появление на рынке сварочных инверторов и расходных материалов для плазмотронов сделало этот способ обработки металла доступным для широких масс населения.
В нашем случае в качестве рабочей среды плазмы используется осушенный атмосферный воздух давлением 3.5 – 4 Атм. Плазматрон CUT-40 как один из самых доступных . И инвертор сварочного тока выходным напряжением 100-140 вольт, 10-40 А. Этого вполне хватает для резки металла толщиной 0,5 – 6 мм. Исходя из данных — сила тока для реза 1 мм. толщины металла должна быть примерно 6 А

Теория.

Как видно на условном изображения горелки, атмосферный воздух одновременно является рабочей средой для образования плазмы и охлаждает элементы горелки.
В первый момент дуга разжигается высоковольтным разрядом между электродом и соплом при условии контакта последнего с анодом т.е. металлом. Далее образовавшаяся плазма выдувается потоком воздуха. Для поддержания стабильной дуги необходимо выдерживать зазор между соплом горелки и металлом около 1 мм. , что весьма трудно. Для этого предлагаются специальные насадки. Но как утверждают специалисты они только мешают. Я полностью разделяю их мнение и поэтому просто веду без нажима соплом горелки по заготовке. Замечено при недостаточном токе сопло «прилипает» к металлу. О успешном процессе резки можно судить по видимым искрам с обратной стороны металла. По окончании резки не следует отводить горелку, лучше прервать процесс снятием напряжения. Так продлевается срок службы электрода со вставкой из гафния .

Инвертор

Для силовой части хорошо подходит схема инвертора AVT-200. Данный инвертор уже неоднократно повторялся и хорошо известен в сети Интернет. Оригинал статьи автора доступен в архиве AVT-200.rar. Изменения коснулись узла формирования пилообразного напряжения на токовом входе компаратора и цепей задания тока. Изменена печатная плата.
Узел задания тока питается стабильным напряжением 15 В, что улучшает повторяемость. Для снижения уровня помех в цепях токового компаратора установлен резистор R90. Большая индуктивность выходного дросселя позволяет упростить схему формирования «пилы». В остальном схема мало отличается от оригинала. Для токового шунта необходимо использовать манганиновую проволоку. В моём случае при диаметре 0.9 мм длинна шунта 20 мм.
Отдельно отмечу в схеме отсутствует узел защиты от превышения тока и К.З. в нагрузке. Разумеется такие узлы необходимы. Но короткое замыкание в правильно собранной горелке CUT-40 не возможно. Если конечно сопло совсем расплавится и останется только электрод.

В большинстве случаев для успешного розжига плазмы хватает высоковольтного разряда напряжением 20-22 кВ. постоянного тока. Схема с искровым разрядником самая простая в реализации . Для снижения требований к повышающему трансформатору используется умножитель напряжения . Разрядник изготовлен из контактов реле , зазор 1 – 1.5 мм. Высоковольтный трансформатор намотан на ферритовом сердечнике диаметром 8 мм. длинной 80 мм Первичная обмотка 7-8 витков проводом МГТФ-0,35. Вторичная медным проводом ПЭВ- 2 диаметром 1,5 мм. Пропитан эпоксидной смолой. Между обмоточками изоляция обязательна. Накопительный конденсатора взят из стартёра времён СССР для лампы дневного света мощностью 80 Вт. Как оказалось другие конденсаторы — 10n 6,3 kV. сгорают после 3-й попытки розжига.

Схема управления.

Для работы реализована простая последовательность управления.
При нажатии кнопки оператора S3 последовательно происходит
1- Подача воздуха.
2- Пауза 0.5-1 сек. (это время необходимо для продувки плазмотрона)
3- Включение инвертора.
4- Включение осциллятора на 2 сек.
При размыкании кнопки выключается инвертор и с задержкой 3-4 сек. снимается напряжение с воздушного клапана. Этого времени достаточно для остывания горелки.

В исходном состоянии все реле обесточены и копка оператора S3 отжата. При замыкании S3 сработает реле REL 2 и своими контактами замкнёт базовые цепи транзисторов Т1, Т3, Т4, Т6. к общему проводу. Причём напряжение на базе транзисторе Т1 появится с небольшой задержкой обусловленной RC цепочкой R4,C1. Стабилитрон в цепи коллектора Т1 определяет пороговое напряжение при открытии транзистора, что также является своеобразной защитой от помех в цепях управления.
Далее открывается транзистор Т2 и срабатывает реле включения инвертора. При нажатой кнопке S3 транзистор Т3 закрыт и на работу схемы не влияет.
Одновременно с этим подаётся напряжение на схему включения осциллятора.
Положительное напряжение с коллектора транзистора Т1 через стабилитрон ZD4 попадает на базу Т8 , открывшийся транзистор включает реле подачи напряжения на осциллятор. По истечении времени заряда конденсатора С5 транзистор Т7 закрывает транзистор Т8. Так время работы осциллятора ограничено 1-2 секундами. Что вполне достаточно для уверенного розжига дуги в плазмотроне.
Реализация временных задержек для осциллятора и воздушного клапана реализованы по сходным схемам.
При размыкании кнопки S3 снимается напряжение с обмотки реле REL 2 . Далее положительное напряжение через резистор R16 открывает транзистор Т3 который блокирует транзистор Т2 и реле управления инвертором обесточится. Одновременно с этим конденсатор С4 разряжается через резистор R23 и переход база эмиттер. Таким образом воздушный клапан выключается с необходимой задержкой. При повторном нажатии кнопки S3 процесс повторяется.

Детали.

Как оказалось самая большая проблема — это перекрыть поток воздуха. Для этих целей установлен клапан КИПиА времён СССР . Не смотря на надпись 1 атм. ДУ 2.5мм. Он с честью перекрывает 4 атм. Фильтр для очистки воздуха 1/4″ Intrtool PT1412 выбран как самый доступный.
Трансформатор инвертора на кольце CF138-T6325-C первичная и вторичная обмотки намотаны в два провода диаметром 1.2 мм. Выходной дроссель на кольце из альсифера 46х25х18 проводом 1.5 мм до заполнения в один слой. Выбран именно этот дроссель т.к. в моём случае нет необходимости использовать токи более 20 А. Высоковольтный трансформатор намотан проводом 1.5мм из этих же соображений. Трансформатор осциллятора намотан на сердечнике ETD-39 проводом ПЭВ-2 -0.45 послойная и между обмотками изоляция обязательна.

Проверка инвертора.

На время проверки силовой части осциллятор и схема управления должны быть отключены. Разумеется контакты реле блокировки инвертора нужно замкнуть.
Перед включением необходимо проверить правильность монтажа. Первым проверяется источник питания , предусмотрена возможность его отдельного подключения через разъём JMP2. Затем необходимо убедится в наличии и правильности формы импульсов частотой 50 кГц. на затворах силовых транзисторов инвертора. Время «спада» не должно превышать 0,25us. Следующим шагом проверяется работа инвертора на эквивалент нагрузки. Я использовал два водяных ТЭНа по 5 кВт. соединённых параллельно. Максимальный ток устанавливается резистором R78. Минимальный ток при данной схеме не нуждается в регулировке. Его значение близко к 10 А. В конце статьи в файлах SDS00003 и SDS00004 приведены формы напряжения на коллекторе транзистора T8 инвертора при отсутствии тока и нагрузке 10 А.

Во время проверки ток в цепи нагрузки контролируется стрелочным амперметром с измерительным шунтом. Розжиг дуги и работа осциллятора проверяется импровизированным имитатором. Две медные проволоки диаметром 0.8 -1 мм. подключаются к аноду и катоду при этом обеспечивается зазор 2-3 мм. Электрическая дуга должна надёжно разжигаться с первого включения осциллятора. При этом медь естественно сгорает, а дуга тухнет.

Далее — пробный рез не толстого металла. Окрашенный желательно не использовать. Регулятором расположенном на фильтре установить давление воздуха 4 атм. Продуть резак воздухом 3-4 сек. для этого принудительно открыть воздушный клапан нажатием кнопки S2. Прикоснувшись соплом к заготовке нажать кнопку на ручке резака. При этом на 2 сек. включается осциллятор. И образовавшимся факелом плазмы резать, без особого нажима ведя по намеченной линии соплом.

Не стоит пренебрегать элементарными правилами ТБ. Величина выходного напряжения и тока могут быть опасны для жизни! Защита органов зрения обязательна!

Традиционно обсуждается на форуме все не написанное здесь.

Как сделать плазморез своими руками

Раскрой металла – это одна из основных операций на всех металлообрабатывающих предприятиях. Статистика показывает, что почти 90% всего разрезаемого металла имеют толщину ≤ 25 мм. Именно для такого материала учёные и инженеры разработали плазменный метод резки.

На предприятиях, в зависимости от объёмов и уровня производства, применяется самое разнообразное оборудование: от мобильного ручного до портальных станков плазменной резки. Но, даже самые маломощные, аппараты имеют высокую стоимость и будут «не по карману» многим домашним умельцам. И они задаются вопросом: как сделать плазморез своим руками? Для них мы и расскажем, как изготовить такой плазморез.

1. Принцип действия плазмореза
2. Из чего состоит плазморез
3. Плазмотрон
4. Блок электропитания
5. Осциллятор
6. Компрессор
7. Делаем плазморез своими руками по шагам
8. 1 шаг. Самодельный осциллятор
9. 2 шаг. Самодельный кабель-шланговый пакет
10. 3 шаг. Делаем плазморез из сварочного трансформатора
11. 4 шаг. Трансформатор для плазмореза
12. Подготовка
13. Использование самодельного трансформатора — видео
14. Эксплуатация самодельного трансформатора для плазмореза

Принцип действия плазмореза

Что бы было всё понятно, начнём с описания плазменной резки .

Несколько слов посвятим терминологии. Аппарат для плазменной резки называется плазморез, а главный инструмент в нём – плазмотрон. Именно он создаёт поток ионизированного воздуха, в среде которого образуется плазма.

Плазмотрон КЕДР CUT-120 PRO. Цена 11 700 руб.

Плазменная резка заключается в следующем. Формируется поток ионизированного воздуха. Кардинальное отличие этого воздуха от обычного заключается в том, что он не является электроизолятором, и его электропроводность равна аналогичному параметру разрезаемой заготовки. В плазмотроне от импульса тока происходит поджиг этого потока. Образуется электродуга в плотном потоке плазмы, температура последней достигает 5000…30000°С. Эта дуга осуществляет рез заготовки, если она элктропроводна. Если заготовка не пропускает электроток, то рез осуществляется потоком плазмы. Образующиеся на поверхности разрезаемой заготовки металлические капли сдуваются потоком воздуха из сопла.

Из чего состоит плазморез

Плазморез состоит из нескольких узлов:

• плазмотрон (в его составе сопло (анод) и электрод (катод));
• блок электропитания;
• осциллятор;
• компрессор;
• комплект кабель-шлангов (отдельного рассмотрения может заслуживать шланг).

Схема сборки плазмореза для ручной резки.

Плазмотрон

Есть два пути изготовления плазмотрона:

• собрать из набора покупных комплектующих;
• руководствуясь чертежами и инструкциями из интернета, собрать самостоятельно.

В обоих случаях, следует обратить особое внимание на соблюдение принципа плазменного резания металла.

Состав плазмотрона — схема в разрезе

Блок электропитания

Источником электропитания плазмореза может быть:

• трансформатор. Он не чувствителен к перепадам напряжения и позволяет резать толстый металл, но у него низкий КПД; Сварочный трансформатор «ТДМ-303 У2 (Al)»
• инвертор. Единственный недостаток — он не даёт возможность резать толстые заготовки. Достоинства: высокий КПД, дешевле, легче и экономичнее трансформатора. Инверторный многофункциональны сварочный аппарат «Brima CT-416».

Таким образом, можно самостоятельно намотать трансформатор необходимой мощности и его использовать.

Осциллятор

Плазмотрон в плазморезе образует и формирует горящий поток ионизированного воздуха. Поджиг этого потока осуществляется устройством, которое называется осциллятор.

Компрессор

Компрессор, как следует из названия, подает воздух. Но не просто воздух. Он должен обеспечивать вихревую подачу воздуха, которая заставит катодное пятно плазменной дуги располагаться точно по центру электрода. Если этого не будет, то возможны проблемы с дугой.

Компрессор лучше купить специализированный, иначе в стандартном придётся монтировать систему очистки воздуха.

Компрессор

Таким образом, можно построить самодельный плазморез. При тщательной настройке вы добьётесь хорошего качества реза при существенной экономии материальных средств.

Самодельный плазморез.

Делаем плазморез своими руками по шагам

1 шаг. Самодельный осциллятор

Осциллятор для плазмореза — это устройство для бесконтактного возбуждения дуги и стабилизации её горения. Эти опции он получает благодаря преобразованию параметров электроэнергии. Подробнее в статье: «Осциллятор для плазмореза своими руками».

2 шаг. Самодельный кабель-шланговый пакет

Посмотрите полезный видеоролик, где умелец показывает, как сделать кабель-шланговый пакет своими руками:

3 шаг. Делаем плазморез из сварочного трансформатора

4 шаг. Трансформатор для плазмореза

Один из возможных источников питания аппарата плазменной резки — это самодельный трансформатор для плазмореза. Он обладает рядом достоинств:

• не чувствителен к перепадам напряжения;
• позволяет резать толстый металл.

Но, вместе с тем, у него имеется несколько минусов: низкий КПД и большая масса.

Подготовка

Подберите для самоделки сварочный трансформатор, который сможет обеспечить работу вашего плазмореза в удобных для вас условиях. Бытовая однофазная электропроводка может выдерживать нагрузку до 25А, соответственно трёхфазная – до 60А. Удобнее всего использовать трёхфазную с плавной регулировкой исполнительных параметров:

• изменением размеров воздушного промежутка между первичной и вторичной обмотками;
• согласованным изменением числа витков первичной и вторичной обмоток;
• применением подмагничиваемого шунта и т. п.

Необходимо проверить и отрегулировать все органы настройки. Если демонтировалась вторичная обмотка, то, будет не лишним, намотать дополнительную первичную обмотку и предусмотреть возможность её подключения при необходимости настройки режима реза. Это позволит получать ровные и гладкие стенки. Кроме того следует предусмотреть несколько ответвлений во вторичной обмотке по той же причине.

Использование самодельного трансформатора — видео

Эксплуатация самодельного трансформатора для плазмореза

Эксплуатация такого трансформатора не вызывает каких-либо трудностей. Положительная особенность таких гаджетов – они легко переносят токовые перегрузки. Недостатком (кроме неподъёмного веса) является необходимость частого применения осциллятора. Но, и этот «недостаток» очень быстро, с приобретением опыта, проходит.

Как самостоятельно сделать плазморез из инвертора

В отличие от сварочного трансформатора, 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.

Универсальный аппарат для сварки

Лазерное оборудование очень дорогое, плазморез тоже стоит недешево. Плазменная резка и сварка металла небольшой толщины имеет прекрасные характеристики, недостижимые при использовании электросварки. При этом силовой блок у плазмореза и сварочного аппарата для электродуговой сварки 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:

• рукоятка, в которой должны поместиться кабель и трубка для подачи воздуха;
• пусковая кнопка горелки плазмореза;
• изолирующая втулка;
• электрод горелки плазмореза;
• устройство завихрения воздушного потока;
• набор сопел различного диаметра для резки металлов различного вида и толщины;
• защитный наконечник от брызг жидкого металла;
• ограничительная пружина для поддержания одинакового зазора между соплом горелки плазмореза и разрезаемым металлом;
• насадки для снятия фасок.

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.

Как сделать плазморез из сварочного инвертора своими руками

Плазморез из инвертора своими руками — не самая простая, но осуществимая задача. Собрать резак по металлу в домашних условиях дешевле, чем покупать готовый аппарат.

Можно ли из инвертора сделать плазморез

Чтобы сделать плазморез из сварочного инвертора, в любом случае понадобится докупить некоторые комплектующие. Но аппарат сможет взять на себя роль источника питания. Он будет преобразовывать переменный ток в постоянный и поддержит работоспособность плазмореза.

Во многих случаях идеальным вариантом для конструирования резака считают сварочный трансформатор. Но у него есть свои минусы — агрегат слишком большой, потребляет много энергии и требует подключения к сети 380 В. Сварочный инвертор, в отличие от него, работает от бытовой розетки, экономно расходует электричество и показывает неплохой КПД.

Использовать плазморез из инвертора для сварки можно в гараже без переоборудования электросети

Как устроен плазморез

Любой плазменный резак состоит из нескольких частей:

• плазмотрона, отвечающего непосредственно за создание потока ионизированного газа;
• сварочного трансформатора, выполняющего функции источника питания;
• компрессора для нагнетания воздуха, проходящего через плазмотрон;
• осциллятора, подающего напряжение для формирования раскаленного потока при включении в работу.

Также в комплект устройства обязательно входят кабели, соединяющие сварочный аппарат и горелку, и шланги для подачи воздуха или другого газа из компрессора.

Принцип работы плазмореза состоит в том, что при включении агрегата трансформатор подает напряжение на электрод и сопло. Осциллятор формирует электрическую дугу, а под действием последней разогревается до 8000 °С подаваемый в резак газ. Раскаленный поток с высокой скоростью выходит из сопла и касается разрезаемой детали, а ток идет через трансформатор, после чего специальное реле отключает осциллятор и вспомогательную дугу.

Схемы самодельного плазмореза из сварочного инвертора

Перед сборкой самодельного агрегата необходимо ознакомиться с чертежами. Прежде всего, нужно изучить принципиальную схему устройства плазмореза, которая показывает, как соединены между собой детали.

Принципиальная схема дает представление о сути установки

Также понадобится изучить схему управления плазморезом, сделанным из сварочного инвертора своими руками, подробно и внимательно. Она показывает расположение важнейших регуляторов и кнопок на резаке и блоке управления, а также отображает вольтметр, амперметр, датчики воздуха и давления.

При использовании плазмореза важно контролировать температуру и электрические показатели установки

В последнюю очередь нужно изучить схему подключения элементов установки. На ней указано, как именно требуется соединить части агрегата шлангами и кабелями.

Схема подключения отмечает длину и сечение проводов

Как переделать сварочный инвертор в плазморез своими руками

Переделка сварочного инвертора в плазморез заключается в подготовке нескольких принципиально важных частей аппарата. Их собирают и приобретают по отдельности, после чего соединяют в конечное устройство согласно существующей схеме. Сам инвертор, в отличие от сварочного трансформатора, в усовершенствовании не нуждается, при подключении осциллятора он сможет работать в неизменном виде.

Как сделать плазмотрон

Плазмотрон является одной из важнейших деталей агрегата. Проще всего купить готовый резак, обладающий всеми необходимыми характеристиками. Но также его можно сделать самостоятельно из горелки для аргонодуговой сварки. В этом устройстве присутствует большинство нужных компонентов, в том числе:

• клеммы и кабель для подключения тока;
• рукав и направляющие для подачи газа на сопло;
• вольфрамовый электрод 4 мм с возможностью регулировки положения.

В резаке при включении под воздействием воздуха и электротока формируется струя ионизированного газ

При сборке плазмореза из инвертора резак требуется только немного доработать. Для этого нужно:

• удалить тонкое латунное сопло и поставить прокладку из фторопласта для изоляции;
• поверх нее установить латунный фиксатор для сопла из меди;
• припаять или закрепить на корпусе хомутом кабель для вспомогательной электродуги.

Также на рукоять устанавливают выключатель, отвечающий за перевод самодельного плазмотрона в режим реза.

Как сделать осциллятор

Осциллятор в плазморезе из инвертора необходим для розжига дуги и поддержания ее в стабильном состоянии. Собрать компонент можно самостоятельно, к примеру, из трансформатора микроволновки. Сначала на нем заменяют первичную и вторичную обмотку и комплектуют сердечник кабелем нужного сечения, а затем размещают на плате разрядник для проведения искры и колебательный контур с высокочастотным конденсатором.

Подключение осциллятора в одной цепи с инвертором должно быть параллельным

Сделать деталь можно даже из старой катушки зажигания автомобиля. Но требуется учитывать, что сборка осциллятора может потребовать больших познаний в радиотехнике, чем создание самого плазмореза из инвертора. Поэтому проще всего купить готовый блок.

Как подобрать компрессор

Для формирования потока плазмы необходим не только ток, но и направленный поток сжатого воздуха. За него отвечает компрессор, этот элемент подбирают в соответствии с толщиной металла для реза. В частности, производительность 190 л в минуту позволит обрабатывать заготовки до 30 мм, 170 л в минуту — до 20 мм и так далее.

Компрессор лучше всего использовать заводской, но при желании можно взять деталь от холодильника

Важно обратить внимание также на параметры ресивера. Требуется объем больше 50 л, иначе работа плазмореза из инвертора будет неустойчивой.

Как выбрать или сделать кабель массы и кабель-шланг

Кабель массы отвечает за замыкание электродуги сварочного инвертора, выступающего в роли плазмореза, на детали. Его необходимо приобрести в специализированном магазине.

Кабель массы для инверторного плазмореза должен оканчиваться зажимом для металла

Важный элемент самодельного плазмореза — это шланг, объединяющий в себе несколько проводов и трубок. В его конструкцию входят:

• электропроводка для соединения устройства с выключателем;
• шланг компрессора с диаметром 10 мм;
• два электрических кабеля — для массы и для электрода;
• провод для вспомогательной дуги с сечением от 1,5 мм.

Особенное внимание нужно уделить параметрам электрокабеля. Сечение элемента подбирают в соответствии с производительностью инвертора и сделанного на его основе плазмореза. При токе 50 А и тонких металлических заготовках будет достаточно сечения 6 мм, если изоляция на кабеле не ПВХ, а жаростойкая, показатель можно взять еще меньше.

Широкий шланг позволяет компактно закрыть всю кабельную систему инверторного плазмореза

Кабель-шланг можно купить готовый, а можно сделать своими руками из шланга для подводки воды. Внутрь него помещают проводку, гибкую кислородную трубку и электрокабель.

Финальная сборка

После того, как все части плазмореза будут подготовлены, их останется только соединить. Делают это так:

• воздушный шланг закрепляют на ресивере компрессора;
• кабели для электродуги, резака и массы подключают к соответствующим клеммам на инверторе сварки;
• соединяют электропроводкой выключатель на блоке управления и плазмотрон.

Перед первым включением аппарата рекомендуется проверить по схеме правильность подключения и убедиться в надежности креплений.

Проверка работоспособности

Полностью собранный плазморез из инвертора необходимо испытать, прежде чем пробовать выполнить с его помощью конкретные работы. Для этого:

• на инвертор сварки подают питание на десять минут;
• по истечении срока выключают и проверяют, нагрелся ли аппарат;
• при положительном результате включают компрессор;
• при заполненном ресивере открывают клапан подачи воздуха и посылают поток через плазмотрон;
• нажимают на кнопку выключателя на ручке резака и возбуждают вспомогательную электродугу;
• при подаче плазмы через сопло выполняют тестовый рез металлической заготовки.

В первый раз деталь для разрезания нужно брать тонкую и с минимальной плотностью. Но в целом видео о плазморезе своими руками из инвертора показывает, что правильно сконструированный аппарат сможет справляться с заготовками до 10 мм.

В первый раз нельзя использовать плазморез долго, после запуска его выключают и проверяют степень нагрева

Заключение

Плазморез из инвертора своими руками позволяет не тратиться на приобретение дорогого заводского аппарата. Мощность у самодельного устройства не самая высокая, но его возможностей хватает для обработки тонких листов металла.