Изготовление плазменного резака из инвертора своими руками

Технология плазменной резки листового металла и различных металлических изделий с одинаковым успехом применяется в быту и на крупных промышленных производствах. С помощью специального оборудования можно с легкостью разрезать цветные металлы, а также качественно работать с нержавеющей сталью, алюминием и другими сплавами. Разрезание цветных металлов осуществляется при помощи специальных плазморезов, которые одновременно просты в использовании, функциональны и надёжны. Расскажем поподробнее об этом оборудовании и поговорим о том, как изготовить плазменный резак своими руками из инвертора.

Промышленные плазменные резаки — это производительное оборудование, которое позволяет осуществлять максимально точный раскрой различных по показателям тугоплавкости металлов. Такие промышленные плазморезы предназначены в первую очередь для эксплуатации в условиях повышенных нагрузок и оснащаются ЧПУ, что обеспечивает возможность изготовления деталей серийным способом.

Описание самодельного плазмореза

Если вам необходим плазморез для бытового использования, а также для применения такого оборудования в строительстве, то такой резак можно изготовить своими руками из простейшего сварочного инвертора. В последующем выполненное своими руками оборудование будет отличаться универсальностью в использовании, позволит эффективно разрезать цветные металлы и толстую листовую сталь.

Выполнить такой резак своими руками из инвертора не составит какой-либо особой сложности. Схемы выполнения подобных устройств вы можете с легкостью найти в сети Интернет и по полученным расчетам выполнить такое простое в использовании устройство. Можем порекомендовать вам делать резаки для плазмы на базе компактных сварочных инверторов, что позволит обеспечить существенное упрощение конструкции и гарантирует необходимую эффективность таких устройств.

Самодельные аппараты для плазменной резки не оснащаются ЧПУ, поэтому использовать такое оборудование для работы, которая полностью контролируется автоматикой, будет невозможно. Вы должны понимать, что с использованием таких самодельных плазморезов выполнить две идеально точные детали будет нельзя.

Самодельный плазморез будет состоять из следующих элементов:

  • Плазмотрона.
  • Источника постоянного тока.
  • Компрессора или же баллона с газом.
  • Осциллятора.
  • Кабелей питания.
  • Шлангов подключения.

Принцип работы

Принцип работы такого оборудования чрезвычайно прост:

  1. Используемый источник тока, а в нашем случае это инвертор, вырабатывает напряжение и по кабелям подаёт его в плазмотрон.
  2. В плазмотроне находятся два электрода, между которыми и возбуждается высокотемпературная дуга.
  3. По специально закрученным каналам под высоким давлением в рабочую область с зажженной дугой подается поток воздуха или газ.
  4. К разрезаемому изделию предварительно подключается кабель массы, который замыкается на разрезаемую поверхность и обеспечивает возможность работы с металлом.

Источники постоянного тока

Технология плазменной резки неизменно потребует высокой мощности рабочего тока, показатели которого должны находиться на уровне полупрофессиональных и профессиональных инверторных сварочных аппаратов. Использовать в качестве источника тока трансформаторные сварочные аппараты не рекомендуется, так как подобные устройства отличаются громоздкими габаритами и неудобны в работе. А вот инвертор станет отличным выбором, так как такие устройства сочетают компактные габариты и обеспечивают качественный электроток.

Схемы и чертежи плазмореза своими руками отличаются простотой, при этом существенно сокращаются затраты на изготовление такого оборудования. Сделанный ручной компактный плазморез из сварочного инвертора сможет справиться с резкой металла, толщина листа которого будет достигать 30 мм. Если говорить о преимуществах таких домашних плазморезов, выполненных с использованием инвертора, то отметим следующее:

  • Отсутствие искр металла.
  • Гладкость кромок.
  • Точность линий.
  • Решены проблемы с перегревом.

Важно: выполнить самодельный плазморез на базе инвертора не составит труда. Необходимо лишь, чтобы аппарат генерировал электроток с силой не менее 30 Ампер.

Используемый источник тока должен соответствовать следующим требованиям:

  • Питание от сети с напряжением 220 Вольт.
  • Возможность работать с мощностью в 4 кВт.
  • Показатель холостого хода должен составлять 220 Вольт.
  • Диапазон регулировки силы тока находится в диапазоне 20−40 Ампер.

Конструкция плазмотрона

Плазмотрон является вторым по важности элементом резака для металла. Рассмотрим поподробнее конструкцию плазмотрона и принцип его работы. Состоит он из основного и вспомогательного электрода. Основной электрод выполняется из тугоплавких металлов, а вспомогательный, который имеет форму сопла, обычно делается из меди.

В плазмотроне катодом является основной электрод из тугоплавкого металла, а медный электрод-сопло используется в качестве анода, что и позволяет обеспечить качественный электроток и высокотемпературную дугу для разрезания металла.

Выполненный плазмотрон отвечает за создание и поддержание дуги, которая располагается между обрабатываемой деталью и резаком. От формы и конструкции сопла будет зависеть толщина реза, а также температура, которая создается таким резаком. Используемое сопло может выполняться с полусферической или конической формой, обеспечивая рабочую температуру на уровне 30 000 градусов по Цельсию.

В процессе эксплуатации плазмотрона основной электрод и сопло могут изнашиваться, что приводит к ухудшению качества резки металла. При таком износе этих элементов их следует заменить на новые, что позволит гарантировать отличное качество работы с металлом.

К плазмотрону подается рабочий газ из баллона, при этом используются специальные сверхпрочные газовые шланги, способные выдерживать повышенное давление. В каждом конкретном случае в зависимости от материала, с которым проводится работа, используемый газ, который необходим для разрезания металла, может отличаться.

Рабочий газ подается по специальным каналам, причём наличие у трубки подачи многочисленных витков позволяет обеспечить нужные завихрения воздуха, что, в свою очередь, гарантирует качественную разрезающую плазменную дугу, которая будет иметь правильную форму. Тем самым улучшается качество резки и сварки металла и минимизируется толщина шва.

Осциллятор

Особенностью плазморезов является тот факт, что для начала работы необходим предварительный поджиг дуги, лишь после этого в плазмотрон подается газ, создаётся необходимой температуры дуга и осуществляется разрезание металла. В качестве такого своеобразного стартера используется осциллятор, который и служит для предварительного поджига дуги. Схема выполнения осциллятора не представляет сложности.

В Интернете вы сможете найти функциональные и электрические схемы осцилляторов, выполнить которые не составит труда. Необходимо лишь использовать качественные электросхемы и конденсаторы, которые будут по своим параметрам подходить к генерируемому инвертором электротоку. В зависимости от своего типа такая горелка может включаться в схему питания плазмотрона последовательно или параллельно.

Рабочий газ

Ещё перед тем как выбирать конкретную схему изготовления плазменного резака, следует определиться со сферой использования такого оборудования. В том случае, если вы планируете использовать аппарат исключительно для работы с черными металлами, можно исключить из схемы баллоны с газом, а использовать один лишь компрессор со сжатым воздухом. Если же планируется применять такое оборудование для латуни, титана и меди, то необходимо выбирать схему плазменного резака с баллоном с азотом. Резка алюминия выполняется при помощи специальной смеси газа с водородом и азотом.

Особенности использования плазмореза

Разберемся с тем, как осуществляется плазменная резка металла своими руками. После включения инвертора сгенерированный электрический ток поступает в плазменный резак на электрод, осциллятор поджигает электрическую дугу. Ее температура изначально может составлять 6−8 тысяч градусов. Сразу же после поджигания дуги в сопло под высоким давлением подается воздух или газ, через который проходит электрический заряд. Воздушный поток нагревается и ионизируется электрической дугой, после чего его объём может увеличиваться в сотни раз, а сам газ и воздух начинает проводить электрический ток.

Плазморезка формирует тонкую струю плазмы, температура которой может достигать 30 000 градусов. В последующем такая высокотемпературная струя плазмы подаётся на обрабатываемый металл, что позволяет осуществлять разрезание сверхпрочных металлических элементов.

Одной из особенностей использования плазменной резки является тот факт, что обрабатываемый металл режется и плавится исключительно в месте воздействия на него плазменного потока. Крайне важно правильно позиционировать пятно воздействия плазмы, которое должно находиться строго в центре рабочего электрода. В том случае, если пренебрегать этим требованием, нарушается воздушно-плазменный поток, что ухудшает качество разрезания металла.

Качество работы с таким плазменным резаком будет также зависеть от скорости подачи воздушного потока. Рекомендуется все работы выполнять с силой тока в 250 Ампер, при этом скорость воздушной струи будет составлять 800 метров в секунду. Это позволит с легкостью работать с различными по своим характеристикам тугоплавкости металлам, обеспечивая качественное разрезание без термического воздействия на структуру сплава.

Плазморез представляет собой специальное устройство, которое позволяет быстро, качественно и эффективно разрезать различный по своей структуре металл. Можно как приобрести уже изготовленные в заводских условиях плазморезы, так и выполнить их самостоятельно. Вы с легкостью сможете найти подходящие для вас схемы выполнения плазменных резаков из инвертора или трансформаторного сварочного аппарата, что и позволит самостоятельно выполнить такое оборудование, сэкономив на его покупке в магазине.

В организациях, работа которых связана с цветными видами металлов, не обойтись без такого приспособления как плазменный резак. В бытовых условиях этот инструмент тоже часто применим, причем необязательно покупать готовое орудие, ведь можно сделать плазморез своими руками из инвертора.

О работе плазмореза

Сделать сварочное приспособление с высокой эффективностью получится только в том случае, если человек разбирается в процессе сварки и правилах эксплуатации всех механизмов. Действие инструмента основано на следующем:

Общая схема работы плазменной резки

  • по кабелям в плазмотрон поступает напряжение, которое создает источник тока;
  • между катодом и анодом, находящимися в горелке, наэлектризовывается дуга;
  • сквозь завинченные каналы проходит поток воздуха под определенным нажимом, который повышает температуру электродуги, направляя ее наружу;
  • в некоторых случаях для этого используется жидкость, при испарении образующая выпускное давление, а плазмой выступает пламя высокой температуры;
  • плазморез переходит в действующую фазу за счет поставки массы электропроводом, который способствует замыканию дуги на разрезаемом участке;
  • во время сварки используют аргон или другие инертные смеси.

Струя воздуха может повышать температуру дуги свыше 7 тыс. градусов, и сварщик может точечным образом быстро прогреть нужный участок металла.

Принцип работы плазмореза

Источник питания

Самодельный плазморез стоит начинать проектировать с поиска генератора тока. В качестве такового может служить привычный инвертор, стоимость которого будет намного меньше обыкновенного оборудования для резки. Большим плюсом его работы является высокочастотное стабильное напряжение, за счет чего дуга будет гореть постоянно, обеспечивая первоклассный рез.

Удобство сварочного инвертора — и в его габаритах, что позволяет осуществлять выездные манипуляции плазморезом. Обязательными условиями работы сварочного плазмореза являются:

Преимущества сварочных инверторов

  • питание от сети в 220 B;
  • производительность работы — 4 кВт;
  • холостой ход — 220 B;
  • при 10-минутном цикле работы расчетный режим работы — 60%;
  • широта стабилизации силы тока — от 20 до 40 A.

А также можно использовать и сварочный трансформатор с переменным током, но лучше инверторный аппарат применять с аргонной сваркой.

Особенности схемы плазмореза

Существуют разнообразные чертежи и видеоуроки изготовления сварочных плазморезов. Для получения правильного, а, главное, работающего агрегата, необходимы навыки и умение разбираться в схематическом материале и чертежах. Для переделки в самодельный плазморез уже имеющегося сварочного инвертора нужно в электросхему аппарата добавить осциллятор.

Электрическая схема осциллятора

Схема работает следующим образом:

Схема плазмореза

  • На резаке расположена кнопка пуска, нажимая на которую, на секцию управления подводится напряжение.
  • Реле обеспечивает подачу воздуха для прочистки плазмотрона, за пару секунд освобождая его камеру от конденсата.
  • Осциллятор ионизирует область между соплом и электродом, вследствие чего загорается дуга.
  • К изделию направляют плазмотрон и зажигается рабочая дуга.
  • Реле геркона отключает сопло и поджиг.

Сборка плазмотрона своими руками

Чтобы сконструировать плазморез из инвертора, понадобится приобрести все сопутствующие детали и подготовить инструменты. Основными комплектующими являются:

  • компрессор;
  • плазмотрон;
  • электроды;
  • сопло;
  • завихритель потоков;
  • изолятор;
  • кнопка спуска;
  • рукоятка с отверстиями для кабелей;
  • кабель-шланг;
  • дистанционная пружина для обеспечения одинакового промежутка между соплом и металлом.

Для начала к сварочному инвертору нужно присоединить шланг, являющийся проводником воздуха от компрессора. Кабель массы и шланг-пакет монтируются с лицевой стороны, и к шланг-пакету присоединяется плазмотрон. Сопло горелки надо присоединить прижимной гайкой. За плазморезом находится электрод и изоляционная втулка, препятствующая возникновению дуги на нежелательном участке.

Завихритель потока направляет его к цели, а вся конструкция укладывается в корпус из металла или фторопласта. После сборки сварочного плазмореза нужно проверить агрегат на работоспособность. При включенном состоянии инвертор подает высокочастотный ток на плазмотрон.

Плазмотрон своими руками — схема

Применяемые электроды

Электроды занимают значимое место в сборке инверторного плазмореза. В плазмотрон нужно подобрать специальный электрод из соответствующего материала. В этих целях применяют детали из следующих тугоплавких веществ:

  • Бериллий.
  • Цирконий.
  • Торий.
  • Гафний.

Эти электроды отличаются способностью создания тугоплавкой пленки оксида во время нагрева, что защищает инструменты от повреждений и повышает уровень предохранения. Если выбирать между этими материалами, то для сварки в бытовых условиях оптимально остановиться на гафниевых и циркониевых электродах, потому что два других элемента вырабатывают токсичные испарения.

О кабель-шлангах и компрессоре

Элементы плазмореза

Важной частью сварочного плазмореза из инвертора является компрессор, позволяющий электродуге прогреваться до 8 тыс. градусов и отвечающий за сам процесс резки. В функции компрессора также входит продувание плазмотрона и каналов агрегата, за счет чего удаляется мусор и конденсат. Проходящий по горелке сжатый воздух охлаждает работающие узлы.

Шланг к плазмотрону

Для сварочного плазмореза подойдет обыкновенный компрессор, используемый во время покраски пульверизатором. К оборудованию он подсоединяется с помощью тонкого шланга с соответственным разъемом. На входе нужно прикрепить электроклапан, отвечающий за регулирование подачи воздуха. Компрессор на выходе должен иметь редуктор для получения нормированного давления на плазмотроне.

Шланг от компрессора к горелке и кабель от инвертора прокладывается в одном гофрированном шланге, за счет чего кабель сможет охлаждаться во время перегревания, а также делать работу более удобно. Медный провод должен иметь сечение 5–6 мм2, а зажим на выходе должен гарантировать безопасный контакт с деталью инвертора.

Плазморез из сварочного инвертора, сделанный своими руками – вполне достижимая цель. Достигнуть ее получится быстрее с помощью технических рекомендаций и запаса необходимых деталей и инструментов.

Видео по теме: Плазморез своими руками

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.