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

Особенности и назначение плазменного резака

Инвертор плазменной резки используется для выполнения работ как в домашних, так и в промышленных условиях. Существует несколько видов плазморезов для работы с различными типами металлов.

Различают:

1. Плазморезы, работающие в среде инертных газов, например, аргона, гелия или азота.
2. Инструменты, работающие в среде окислителей, например, кислорода.
3. Аппаратура, предназначенная для работы со смешанными атмосферами.
4. Резаки, работающие в газожидкостных стабилизаторах.
5. Устройства, работающие с водной или магнитной стабилизацией. Это самый редкий вид резаков, который практически невозможно найти в свободной продаже.

Плазменный резак или плазматрон – это основная часть плазменной резки, отвечающая за непосредственную нарезку металла.

Плазменный резак в разборе.

Большинство инверторных плазменных резаков состоят из:

• форсунки;
• электрода;
• защитного колпачка;
• сопла;
• шланга;
• головки резака;
• ручки;
• роликового упора.

Затем, ток, идущий через ионизированный газ, разрезает металл путем локального плавления. После этого струя плазмы снимает остатки расплавленного металла и получается аккуратный срез.

По виду воздействия на металл различают такие виды плазматронов:

1. Аппараты косвенного действия. Данный вид плазматронов не пропускает через себя ток и пригоден лишь в одном случае – для резки неметаллических изделий.
2. Плазменная резка прямого действия. Применяется для разрезки металлов путем образования плазменной струи.

Конструкция плазменного резака и рекомендации по работе с ним серьезно разнятся в зависимости от типа устройства.

Как изготовить сварочный трансформатор

Источником питания плазмы является сварочный трансформатор. Как и некоторые другие элементы его можно изготовить самостоятельно.

Необходимые параметры

Трансформатор для плазменной резки отличается от обычного сварочника напряжением холостого хода и составляет 220-250В. Это необходимо для создания и поддержания дуги между электродом и разрезаемой деталью. Мощность и ток вторичной обмотки зависят от предполагаемой толщины металла:

• 20А, 2,5кВт – 6 мм;
• 50А, 6кВт – 12 мм;
• 80А, 10кВт – 18-25 мм.

Источник питания необходим с “мягкой” характеристикой, напряжение при работе составляет 70В. Для работы вспомогательной дуги достаточен ток 5А. Он ограничивается сопротивлением 30-50Ом, изготовленным из толстой нихромовой проволоки.

Как рассчитать

Расчет питающего трансформатора сводится к определению необходимых сечений магнитопровода, первичной и вторичной обмотки и числа витков.

Для аппарата, предназначенного для разрезания металла до 12 мм при токе 50А, напряжении холостого хода 200В и напряжении сети 220В эти параметры составляют:

• сечение магнитопровода – 107 мм²
• первичная обмотка – 225 витков медным проводом Ø4,7 мм;
• вторичная обмотка – 205 витков медной проводом Ø5,04 мм².

Изготовление трансформатора

В связи с тем, что трансформатор должен иметь “мягкую” характеристику, катушки располагаются отдельно друг от друга. При использовании О-образного сердечника они находятся на разных стержнях, на Ш-образном магнитопроводе обмотки располагаются вдоль средней части.

Намотка катушек производится по расчетным параметрам на каркасах их электротехнического картона. Готовые обмотки обматываются стеклолентой или киперной лентой и покрываются краской.

После намотки обмоток и сборки магнитопровода на трансформатор крепится и подключается диодный мост из 4 диодов с радиаторами, собранный на текстолитовой площадке. Собранный трансформатор помещается в корпус, а вывода обмоток и диодного моста подключаются к клеммам на передней панели. Подключение выполняется согласно принципиальной схеме, учитывая наличие амперметров, вольтметров, пускателей и других деталей.

Осциллятор, подключенный последовательно со сварочником, имеет высокое выходное напряжение высокой частоты. Поэтому диоды в выпрямителе необходимо использовать высокочастотные или установить отдельный диодный мост, специально для вспомогательной дуги.

Схема работы плазмореза

Плазморез из сварочного инвертора позволяет данному виду техники выполнять свое основное предназначение, а именно, подавать сильно разогретый воздух на металлические изделия. Температура может достигать более тысячи градусов, что приводит к нагреву кислорода. В результате нагрева он поступает на поверхность металлического изделия под давлением. Это приводит к разрезанию металла. Чтобы ускорить данную процедуру, следует обеспечить дополнительную ионизацию среды электрическим током.

Схема плазменного инвертора, его силовой части выглядит следующим образом:

Схема силовой части плазмореза

Схема плазменного инвертора (управления аппаратом) имеет следующий вид:

Схема плазменного инвертора

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.

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.

Какие бывают горелки для плазменной сварки

Различают два основных вида изделий:

• Пистолет плазменно-водяной сварки с разрядной камерой и специальным парообразующим устройством, соединенными вместе.
• Резак, состоящий из ручки, головки, мундштука и клапанов, через которые подается вода, водород и т. д. Имеет более вытянутую форму.

Горелка для ручной плазменной сварки

Для ручной плазменной сварки обычно используется устройство в виде пистолета, которое удобно держать в руках. В чем его отличия от автоматического типа изделия:

• возможна работа в труднодоступных местах;
• защитное сопло горелки изолировано, что увеличивает удобство и безопасность — нет замыкания плазмотрона на изделии;
• более объемные по сравнению с автоматическими аналогами.

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.

Универсальный аппарат для сварки

Лазерное оборудование очень дорогое, плазморез тоже стоит недешево. небольшой толщины имеет прекрасные характеристики, недостижимые при использовании электросварки. При этом силовой блок у плазмореза и во многом имеют одинаковые характеристики.

Возникает желание сэкономить, и при небольшой доработке использовать его и для плазменной резки. Оказалось, что это возможно, и можно встретить много способов переделки сварочных аппаратов, в том числе инверторных, в плазморезы.

Аппарат плазменной резки представляет собой тот же сварочный инвертор с осциллятором и плазмотроном, кабелем массы с зажимом и внешним или внутренним компрессором. Часто компрессор используется внешний и в комплект поставки не входит.

Если у владельца сварочного инвертора имеется еще и компрессор, то можно получить самодельный плазморез, приобретя плазмотрон и сделав осциллятор. В итоге получится универсальный сварочный аппарат.

Проверка

Как закалить металл в домашних условиях

Инвертор

Данный узел можно взять из готового сварочного аппарата. Его стоимость относительно невелика, хотя это можно считать самым дорогим вложением в этот проект. Обычно специалисты при выборе этого устройства ориентируются на определенную мощность. Ее определяют, ориентируясь на объем работы и ее специфику.

Некоторые специалисты предпочитают создавать инвертор самостоятельно, подбирая детали под конкретные нужды или используя уже имеющиеся материалы. Однако, как показывает практика, намного проще использовать уже готовый агрегат, поскольку он более надежный, а при его изготовлении использовались определенные стандарты.

Виды и характеристики покрытия

Особенности зарядки гелевых аккумуляторов

Конструктивные особенности

Собирая плазморез из инвертора своими руками, необходимо знать его устройство и комплектацию. Однако сразу стоит отметить тот факт, что некоторые детали намного проще приобрести в готовом виде, чем создавать самостоятельно.

Типовой аппарат состоит из источника питания, плазмотрона, который также очень часто называют “резак”, воздушного компрессора и шланго–кабельного пакета.

• Источник питания необходим для того, чтобы подавать на устройство ток определенной силы. Фактически он является сердцем аппарата, и от него зависят его технические характеристики.
• Не менее важным является и сам резак или плазмотрон. Он имеет определенную конструкцию, которая значительно отличается от подобных изделий на сварочных агрегатах. Сразу стоит отметить, что создавая плазморез из инвертора своими руками, именно эту деталь лучше приобретать в магазине. Это значительно облегчит эксплуатацию и решит массу проблем с заменой некоторых элементов.
• Компрессор в аппарате, работающем с использованием тока силой не более 200 А, необходим для подачи воздуха, который выполняет функции охлаждения и позволяет создать плотный пучок плазмы. Для более мощных установок применяют аргон, гелий, водород, азот, кислород и их смеси.
• Кабель–шланговый пакет выполняет функции соединительного элемента, через который поступает электрический ток от источника питания и воздух с компрессора на плазматрон.

Как обойти круглую трубу профнастилом?

Достоинства и недостатки плазменной резки

Резка металла плазмой имеет преимущества перед другими способами:

• возможность реза любых металлов и сплавов;
• высокая скорость обработки;
• чистая линия разреза без наплывов и потеков материала;
• обработка производится без прогрева разрезаемых деталей;
• не используются огнеопасные материалы, такие, как баллоны с кислородом и природным газом.

Недостатками плазменной резки являются:

• сложность и высокая цена установки;
• для каждого оператора с плазмотроном необходим отдельный трансформатор и пульт управления;
• угол реза не более 50°;
• большой шум при работе.

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!

Источник

Проверка плазмореза

Итак, шланги соединяют резак и компрессор, кабель резак и инвертор. Теперь необходимо проверить, а работает ли собранная конструкция. Включаются все агрегаты, на резаке нажимается кнопка подачи электроэнергии на электрод. При этом образуется дуга с температурой 6000-8000С. Она проскакивает между металлом электрода и сопла.

После этого начинает подаваться в резак сжатый воздух. Проходя через сопло и нагреваясь от электрической дуги, он резко расширяется в десять раз и при этом приобретает токопроводящие свойства. То есть, получается ионизированный газ.

Он проходит через суженное сопло, при этом приобретая скорость в пределах 2-3 м/сек. А вот температура плазмы повышается до 25000-30000С

Самое важное, что дуга, с помощью которой был разогрет сжатый воздух и превращен в плазму, гаснет, как только плазма начинает воздействовать на металлическую заготовку, подготовленную к резке. Но тут же включается вторая, так называемая рабочая дуга, которая на металл действует локально

Именно в зону реза. Поэтому металл режется только в этой зоне.

Если при проверке работы плазменного резака у вас получилось разрезать металл толщиною не меньше 20 мм, то все элементы новой конструкции, собранной своими руками, были подобраны правильно

Необходимо обратить внимание, что заготовки толщиною более 20 мм плазморез из инвертора не режет. У него просто не хватает мощности

Чтобы резать металл большей толщины, придется использовать трансформатор.

Внимание! Любые работы, связанные с использование плазменной резки, должны проводиться в защитной одежде и перчатках.

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
Важно! Единственным недостатком инвертора при переделке в плазменный резак считается ограниченная функциональность. С очень толстыми и плотными заготовками агрегат не справится.

Внешний вид

Установка плазменной резки состоит из следующих частей:

• плазменный резак или плазмотрон, создающий поток плазмы;
• сварочный трансформатор, питающий плазмотрон;
• осциллятор или блок поджига дуги, подающий высокое напряжение в момент начала реза для формирования потока плазмы;
• компрессор для создания потока воздуха через плазмотрон;
• кабеля, соединяющие сварочный аппарат, плазменную горелку и разрезаемую деталь;
• шланги, по которым подается воздух или другой газ и, при необходимости, охлаждающая жидкость.

Плазменная головка внешне напоминает горелку для сварочного полуавтомата. К ней также подключаются кабеля и шланги, но из сопла вместо проволоки выходит поток плазмы, разогретой до 8000°С.

Типовая конструкция плазмореза

Чтобы собрать аппарат, благодаря которому будет возможна воздушно-плазменная резка металлов, потребуется иметь в наличии следующие составляющие.

Источник питания. Требуется для подачи на электрод горелки электрического тока. В качестве источника питания может выступать либо трансформатор (сварочный), выдающий переменный ток, либо сварочный агрегат инверторного типа, на выходе которого наблюдается постоянный ток. Исходя из вышесказанного, предпочтительнее использовать инвертор, причем с функцией аргонной сварки. В таком случае он будет иметь разъем для подключения шлангопакета и место для подсоединения газового шланга, что упростит переделку аппарата.

Плазмотрон (резак)

Является очень важной деталью оборудования, которая имеет сложную конструкцию. В плазмотроне происходит образование струи плазмы под воздействием электрического тока и направленного потока воздуха

Если вы решились собрать плазморез своими руками, то данный элемент лучше приобрести в готовом виде, на китайских сайтах.

Осциллятор. Требуется для эффективного розжига дуги и ее стабилизации. Как уже говорилось выше, паяется по несложной схеме. Но если вы не сильны в радиоделе, то данный модуль можно купить в Китае за 1400 руб.

Компрессор. Предназначен для создания воздушного потока, поступающего в горелку. Благодаря ему охлаждается плазмотрон, повышается температура плазмы и сдувается расплавленный металл с места реза на заготовке. Для самоделки подойдет любой компрессор, к которому обычно подключают краскопульт. Но чтобы убрать водяные пары из воздуха, нагнетаемого компрессором, потребуется установка фильтра-осушителя.

Кабель-шланг. Через него в горелку поступает ток, способствующий розжигу электрической дуги и ионизации газов. Также через данный шланг подается сжатый воздух в горелку. Кабель-шланг можно изготовить самостоятельно, разместив электрический кабель и кислородный шланг внутри, например, водопроводного шланга подходящего диаметра. Но все же лучше купить готовый шлангопакет, который будет иметь все элементы для подсоединения к плазмотрону и к агрегату.

Кабель массы. Имеет на конце зажим для прикрепления к обрабатываемому металлу.

Схема

Как любая электроустановка, агрегат плазменной резки собирается согласно электросхемам.

Принципиальная

На этой схеме указаны все элементы установки независимо от их расположения. Основной целью этого чертежа является показать связи между деталями и упростить понимание работы установки.

На принципиальной схеме аппарата изображены следующие элементы:

• питающий трансформатор с выпрямителем;
• осциллятор;
• токовое реле;
• резистор, ограничивающий ток вспомогательной дуги;
• контактор, отключающий эту дугу;
• пускатель, включающий аппарат;
• кнопка включения реза;
• компрессор с аппаратурой управления.

Управления

В схеме управления показаны все кнопки и регуляторы, которые находятся на пульту или непосредственно на плазмотроне:

• кнопки включения компрессора;
• регулятор давления воздуха;
• при наличии охлаждающей жидкости кнопки и регуляторы ее потоком;
• амперметр;
• вольтметр;
• датчики протока воды и воздуха;
• кнопка управления резом (может находиться на рукоятке плазмотрона).

Информация! Все эти элементы изображены так же на принципиальной схеме.

Отличительные особенности меди

Медь способна проводить тепло в шесть раз больше по сравнению с обычным железом. Из-за этого сварку необходимо производить с увеличенной тепловой энергией, а в некоторых случаях возможен даже предварительный подогрев основного металла.

В обычных условиях медь инертна, но в процессе нагревания она вступает в реакцию с кислородом, водородом, фосфором и серой. Кислород способен окислять медь при высокой температуре, а выше 900 оС скорость окисления значительно увеличивается. Это происходит из-за того, что в первоначальном составе меди содержится кислород в связанном состоянии. Закись меди образует эвтектику с меньшей температурой плавления (1065 оС). Температура плавления меди 1085 оС. Поэтому кислород, что содержится в ней, ухудшает ее положительные показатели.

Сталь ХВГ характеристики и применение

Распространенная благодаря характеристикам и хорошей обрабатываемости ковкой и резанием (после отжига), невысокой стоимости, сталь ХВГ применяется во многих агрегатах, конструкциях и промышленности. По структуре относиться она к заэвтектоидным сталям перлитного класса, по назначению к инструментальным легированным.

Применение ХВГ

Само название «инструментальная» определяет использование этой марки. Но какие свойства обеспечивают ей такое назначение? В первую очередь ее стойкость к короблению при закалке, которой она обязательно подвергается, и коррозионная стойкость.

• Так как сталь ХВГ не деформируется, из нее изготавливают мерительный инструмент высокой точности и любой длины.
• Устойчивость к образованию окалины позволяет подвергать изделия из этой стали термическим операциям в уже шлифованном виде, что также позволяет изготовить инструмент без припусков на окончательную механическую обработку (т. е. шлифование).
• Износостойкость поверхности и вязкая середина определяют, как сталь для изготовления деталей, подвергающихся динамическим нагрузкам, например, кольцам пружинных амортизаторов.
• Коррозионная стойкость ХВГ обеспечена содержанием хрома, актуальна при изготовлении практически любого инструмента и запчасти.
• Высокая прочность используется для изготовления деталей для прокатных станов, холодного волочения. Это пуансоны, валки, резьбовых калибров и т. д.
• Износостойкость и прочность — основные используемые характеристики для всех деталей, в том числе и замочных шайб.

Чем не обладает марка стали ХВГ, так это теплостойкостью, способностью сохранять свои свойства, в частности твердость, при высоких температурах.

Это условие необходимо для режущего и быстрорежущего инструмента, где температура кромок может достигать 650 ºC.

Разупрочнение ХВГ происходит при температуре 200 ºC, поэтому ее используют только для деталей, работающих в диапазоне низких температур. 

Поставляется сталь ХВГ в:

• прутках калиброванных и шлифованных;
• серебрянке;
• листах толстых;
• полосах;
• поковках;
• болванках;
• слябах. 

Органы управления

Плюсы и минусы

К преимуществам использования плазменного оборудования перед другими методами резки относят:

• возможность работы со всеми металлами и сплавами;
• высокую производительность аппарата;
• увеличенную точность воздействия, помогающую получить ровный срез без наплывов и потеков;
• отсутствие необходимости предварительного нагрева деталей;
• отказ от использования взрывоопасных газов — метана или кислорода.

Отрицательными сторонами плазменной резки считают:

• сложность сборки самодельного аппарата, высокую стоимость готовых установок;
• необходимость организации отдельного блока управления для каждого оператора;
• угол среза не более 50°;
• повышенный уровень шума от работающего оборудования.