С каждым годом темпы развития промышленности увеличиваются. Это приводит к внедрению новых технологии и способов изготовления тех или иных изделий. При этом нововведения должны быть не только эффективнее морально устаревших методов, но и не уступать по экономической целесообразности и безопасности работы. Давайте поговорим о том, что такое сварка плазменная. Появилась она относительно недавно, но уже очень активно применяется во многих
О плазменной сварке
Такой метод соединения используется для металлических труб, нержавейки и некоторых других материалов. Суть метода заключается в локальном плавлении при направлении плазменного потока на нужный участок. Плазма же представляет собой ионизированный поток газа, который содержит множество заряженных частиц, активно проводящих электрический ток. При нагреве происходит ионизация газа, что достигается при использовании высокоскоростной дуги, выходящей непосредственно из плазмотрона. Естественно, что с повышением температуры газа увеличивается степень ионизации. Температурная амлитуда дуги - не менее 5 и не выше 30 тысяч градусов по Цельсию. Конечно, сегодня сварка плазменная используется повсеместно, но оборудование, в частности плазмотрон, очень дорогостоящее. Таким способом можно соединять детали без разделки кромок, что очень удобно.
Принцип работы
Сварка плазменная возможна только в том случае, если из обычной дуги удастся получить плазменную. Достигается это обычно сжатием и с помощью системы принудительной подачи специального газа в дугу. В качестве плазмообразующего газа используется аргон с небольшим количеством гелия или же водорода. Крайне важно создать защитную оболочку вокруг электрода, для этих целей лучше всего подходит все тот же аргон. Кстати, электроды выполняются из вольфрама, активированного торием или иттрием. Стоит отметить, что стенки плазмотрона сильно нагреваются из-за высокого давления, поэтому их требуется постоянно охлаждать. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что сварка плазменная примечательна высокой температурой в сочетании с небольшим диаметром дуги. Последний параметр позволяет увеличить давление на металл в несколько раз. Кроме того, процесс поддерживается при небольшом токе в 0,2-3,0 Ампер.
Плазменная сварка своими руками
В первое время такой не использовался среди домашних умельцев, так как требовал высокой квалификации. Сегодня ситуация не изменилась кардинально. Тем не менее есть , которые подходят для использования в бытовых условиях. Технология в этом случае достаточно простая. Вам понадобится обзавестись специальным электродами и присадочной проволокой.
Перед началом работ электрод затачивается до получения конусообразной формы с углом не более 30 градусов. Крайне важно правильно установить электрод. Главное - следить за совпадением оси электрода с осью газообразующих насадок. Сварочный стык обрабатывается точно так же, как и при аргоновой сварке. Кромки зачищаются и обезжириваются, только после этого можно приступать к выполнению работ. Кстати, обратите внимание на отсутствие зазоров более 1,5 мм. Участки прихватки нужно дополнительно зачистить и следить за тем, чтобы прихваточные точки и сварочный шов были аналогичными по качеству.
Продолжаем выполнение работ
Плазменная сварка своими руками выполняется при величина которого не должна выходить из рекомендуемого диапазона. Кроме того, за 5-20 секунд до начала сварки подается защитный газ, который отключается примерно через 10-15 секунд после обрыва дуги. Во время работы плазмотрон должен находиться на расстоянии не более 1 см от изделия, а дугу желательно не обрывать до окончания шва. При сварке нельзя допускать перегрева металла. По достижении критической отметки сварка плазменная приостанавливается. Металл охлаждается сжатым воздухом, и только после этого работы возобновляются. Обратите внимание на то, что горелка должна перемещаться плавно и равномерно, как на автоматическом устройстве. В этом случае вы можете рассчитывать на действительно качественный и надежный шов.
Плазменная сварка «Горыныч»: цена и особенности
Многофункциональный сварочный аппарат «Горыныч» является одним из самых известных среди отечественных аппаратов. Можно говорить о том, что это действительно качественное изделие, благодаря которому можно самостоятельно осуществлять сварочные работы. Стоит отметить, что модельный ряд «Горынычей» отличается по мощности. Есть модели на 8, 10 и 12 Ампер. Первый вариант отлично подойдет для бытовых нужд, средний имеет отличное соотношение цена/производительность, а наиболее мощный «Горыныч» используется только профессионалами. Так, модель на 8 Ампер обойдется в 29 тысяч, на 10 А - в 30 тысяч, а на 12 А - в 33 000 рублей. В принципе, плазменная сварка «Горыныч», цена которой ниже, чем у зарубежных аналогов, очень популярна на территории России, Украины, Беларуси и др. государств.
Плазменный сварочный аппарат
Если раньше найти подходящую модель было весьма сложно, то сегодня с этим проблем не возникает. Как правило, аппарат плазменной сварки можно найти в любом специализированном магазине. Вы будете приятно удивлены большим выбором предлагаемых агрегатов. Но все они намного дороже электросварки и инверторов. Плазменный аппарат на фоне остальных вариантов смотрится очень выгодно. Во-первых, скорость выполняемых работ в разы выше, а во-вторых, практически не остается никаких отходов. Для работы плазмосваркой необходимы электричество и сжатый воздух, а при наличии специального компрессора - только подключение к сети. Периодической замене подлежит сопло горелки и электрод. Кроме того, плазматрон должен регулярно заправляться. Для этого применяют специальные баллоны. Интересно, что и сварка считаются самыми безопасными. Тем не менее работы желательно проводить на открытом воздухе или в хорошо вентилируемом помещении.
О сварке на среднем токе
Мы уже немного знаем о том, что такое плазменная сварка. Цена на оборудование, как вы видите, зависит от его мощности. Но стоит обратить внимание на то, что есть несколько видов сварки. Один из них - работа на среднем токе (50-150 Ампер). Такую сварку можно сравнивать с аргоновой, но она считается несколько эффективней, так как мощность дуги выше, а площадь нагрева ограничена. Такой вариант, по сравнению с традиционной дугой, позволяет увеличить глубину проплавки обрабатываемого металла и улучшить передачу теплоты вглубь слоев. В принципе, это обусловлено не только энергетической характеристикой, но и высоким давлением на сварочные ванны. Сварка на среднем токе выполняется с помощью присадочной проволоки. На сегодняшний день это очень востребованное и эффективное решение. Если вы собираетесь работать в домашних условиях, вам подойдет такого рода плазменная сварка. Цена на оборудование отличаться не будет, так как там предусмотрена возможность регулировки.
Сварка на большом токе
В этом случае работы протекают под током свыше 150 Ампер. Это необходимо для получения большего воздействия на металл. По сути, сварка при 150 А аналогична сварке при такой же температуре неплавящимся электродом. Отличительная особенность такого решения заключается в том, что во время выполнения работ образуется сквозное отверстие в ванной, что гарантирует полное проплавление обрабатываемой поверхности. Но тут крайне важно соблюдать технологию, так как при небрежном отношении можно с легкостью получить прожоги. Кроме того, должны соблюдаться и другие важные параметры: охлаждение плазмотрона и условия его хранения, периодическая замена сопла горелки, дозаправка и многое другое. В принципе, инструкцию пишут не просто так, и предъявляемые требования необходимо соблюдать. Обычно аппарат плазменной сварки и резки, работающий на большом токе, необходим для соединения легированных и низкоуглеродистых сталей, меди, титана и др. материалов.
Резка листового металла плазмой обычно применяется на крупных производствах для изготовления сложных по конфигурации деталей. Резать на промышленных станках можно любые металлы - сталь обычную и нержавеющую, алюминий, медь, латунь, сверхтвердые сплавы. Плазморез своими руками сделать тоже можно, причем вполне работоспособную конструкцию, правда с несколько ограниченными возможностями.
Для крупносерийного производства она будет непригодна, но вырезать несколько деталей в слесарной мастерской, металлообрабатывающем цехе или в домашних условиях, в гараже, например, всегда получится. При этом по сложности конфигурации и твердости обрабатываемого металла ограничений практически нет. Ограничения касаются толщины металла, размеров листа и скорости резания.
Проще всего построить плазменный аппарат для резки на базе инверторного сварочного аппарата. Плазморез своими руками из инвертора отличается относительно простой конструкцией, работоспособностью, доступностью основных узлов и деталей. Которые нет возможности купить, можно сделать самостоятельно в условиях мастерской средней оснащенности оборудованием.
Самодельный аппарат плазменной резки не оборудуется ЧПУ - в этом его недостаток и преимущество. Недостаток состоит в том, что сложно изготовить две абсолютно точные детали при управлении вручную. Даже мелкие серии заготовок будут в чем-то отличаться.
Преимущество же состоит в том, что один из самых дорогостоящих узлов не придется покупать. Сделать его под силу не каждому инженеру высшей квалификации, а собирать из готовых узлов - то же, что покупать новое устройство. Для мобильного резака ЧПУ не нужно, в силу других задач, которые он выполняет.
Главными составными частями самодельного плазмореза являются:
- источник постоянного тока;
- плазмотрон;
- осциллятор
- компрессор или баллон со сжатым газом;
- шланги подключения;
- кабеля питания.
Как видно, ничего особо сложного в состав аппарата не входит. Но сложности начинаются при ближайшем рассмотрении характеристик того или иного узла.
Источник тока
Особенности плазменной резки требуют, чтобы сила тока находилась по меньшей мере на уровне сварочного аппарата средней мощности. Такой ток вырабатывается обычным сварочным трансформатором и инверторным аппаратом. В первом случае установка получится условно мобильной - большой вес и габариты трансформатора затруднит ее перемещение. В сочетании с баллоном для сжатого газа или компрессором система получится довольно громоздкой.
Кроме того, трансформаторы отличаются невысоким КПД, что приведет к повышенному расходу электроэнергии при резке металла. Схема с использованием инвертора несколько проще и удобнее в эксплуатации, как и выгоднее по затратам энергии. Из сварочного инвертора получится довольно компактный плазморез, который без труда справиться с резкой металла толщиной до 25-30 мм. Именно для таких толщин применяются и промышленные установки. на трансформаторе сможет обрабатывать более толстые заготовки, но это требуется реже. Все преимущества плазменной резки проявляются именно на тонких и сверхтонких листах. Это:
- точность линии;
- гладкость кромок;
- отсутствие брызг металла;
- нет перегретых зон вблизи места взаимодействия дуги и металла.
Самодельный плазморез собирается на базе любого инверторного аппарата для сварки. Количество режимов работы не имеет значения - нужен только постоянный ток силой более 30А.
Плазмотрон
Второй по важности элемент плазмореза. Рассмотрим коротко принцип его работы. Плазменный резак состоит из двух электродов, один из которых, основной, сделан из тугоплавкого металла, вторым является сопло. Обычно его делают из меди. Катодом служит основной электрод, анодом сопло, а при работе - обрабатываемая токопроводящая деталь.
В данном случае мы рассматриваем плазмотрон прямого действия для резки металлов. Дуга возникает между резаком и обрабатываемой деталью. Существуют еще плазмотроны косвенного действия, которые режут плазменной струей, но о них будет сказано ниже. Плазморез из инвертора рассчитан на прямое действие.
Кроме электрода и сопла, которые являются расходными материалами и могут заменяться по мере износа, в корпусе плазмотрона есть изолятор, разделяющий катодный и анодный узлы и небольшая камера, в которой подаваемый газ завихрятся. В сопле конической или полусферической сделано тонкое отверстие, сквозь которое вырывается раскаленный до температуры 5000-3000 0 С газ.
Подается в камеру газ из баллона или от компрессора по шлангу, совмещенному с кабелями питания, которые образуют шлангово-кабельный пакет. Они соединены в одном изоляционном рукаве, или соединены в виде жгута. Газ поступает в камеру через прямой патрубок, расположенный сверху или сбоку вихревой камеры, которая нужна, чтобы рабочая среда перемещалась только в одну сторону.
Как работает плазмотрон
Газ, поступая под давлением в пространство между соплом (анодом) и электродом (катодом) спокойно проходит в рабочее отверстие и уходит в атмосферу. При включении осциллятора, устройства вырабатывающего импульсный высокочастотный ток, между электродами возникает дуга, которая называется предварительной и нагревает газ, находящийся в ограниченном пространстве камеры сгорания. Температура нагрева столь высока, что он переходит в другой вид физического состояния - плазму.
Этот вид материального состояния отличается тем, что практически все атомы ионизированы, то есть электрически заряженные. Кроме того, давление в камере резко возрастает и газ вырывается наружу в виде раскаленной струи. При поднесении плазмотрона к детали, возникает вторая дуга, более мощная. Если сила тока от осциллятора равна 30-60 А, то рабочая дуга возникает при 180-200 А.
Эта дуга дополнительно разогревает газ, которые разгоняется под действием электрических сил до чрезвычайно высокой скорости - до 1500 м/с. Комбинированное действие высокой температуры плазмы и скорости движения разрезает металл по очень тонкой линии. Толщина разреза зависит от свойств сопла.
По-другому работает плазмотрон косвенного действия, в нем в качестве основного анода выступает сопло. Из резака вырывается не дуга, а поток плазмы - струя, которая и режет не токопроводящие вещества. Оборудование-самоделка с такими плазмотронами работает очень редко.
Из–за сложности устройства плазмотрона и тончайших настроек изготовить его практически невозможно самостоятельно, несмотря на простые чертежи, которые есть в интернете. Он работает под высокими давлениями и температурами и становится попросту опасным, если что-то сделать не так. Плазморез по чертежам своими руками можно собрать из готовых деталей, которые продаются в магазинах сварочного оборудования. Но, как и большинство машин и механизмов, сборка из комплектующих стоит дороже, чем готовый резак в сборе.
Осциллятор
Это своеобразный стартер, служащий для запуска предварительной дуги. Для разбирающихся в электронике схема его несложна. Функциональная схема выглядит так:
А электрическая примерно так (один из вариантов):
Как выглядит и работает самодельный осциллятор видно на видео. Если сборкой электросхем и поиском деталей нет времени заниматься, воспользуйтесь осцилляторами заводского изготовления, например ВСД-02. Его характеристики лучше всего подходят для работы с инвертором. Подсоединяется осциллятор в схему питания плазмотрона параллельно или последовательно, в зависимости от требований инструкции конкретного прибора.
Рабочий газ
Перед тем, как сделать плазморез, следует очертить предварительную сферу его применения. Если вы собираетесь работать только с черными металлами, то обойтись можно только компрессором. Для меди, титана и латуни потребуется азот, а происходит в смеси азота с водородом. Высоколегированные стали режутся в аргоновой атмосфере. В этом случае аппарат рассчитывается еще и под сжатый газ.
Сборка устройства
Ввиду достаточной сложности и многочисленности компонентов аппарата плазменной резки, его трудно разместить в переносном корпусе или ящике. Лучше всего использовать складскую тележку для перевозки товаров. На ней можно компактно расположить инвертор, баллоны или компрессор, кабельно-шланговую группу. В пределах цеха или мастерской перемещать их очень легко. Если потребуется выезд на другой объект, то все можно загрузить в прицеп легкового автомобиля.
На промышленных предприятиях, небольших мастерских, при проведении строительных и ремонтных работ используются ручной плазморез, когда необходимо сделать сварку или резку изделий из металла, а также специальное оборудование оснащенное системами ЧПУ. Для выполнения небольших по объему работ, может использоваться плазморез собранный своими руками из инвертора, который способен обеспечить высокое качество реза или шва с учетом выполняемых операций.
Принцип действия плазмореза
При включении источника питания ток начинает поступать в рабочую зону во внутреннюю камеру плазмореза, где активируется электрическая дежурная дуга между наконечником сопла и электродом. Образующая дуга заполняет канал сопла, куда под большим давлением начинает подаваться воздушная смесь, которая за счет высокой температуры 6000-8000 °C сильно нагревается и увеличивается в объеме от 50 до 100 раз. За счет внутренней формы сужающегося сопла, которое имеет форму конуса поток воздуха, сжимается, разогреваясь до температуры на выходе равной 25000 — 30000 °C, с образованием плазменной струи производящей резку обрабатываемой болванки. Причем первоначально активированная дежурная дуга гаснет и активируется рабочая между электродом и изделием из металла. Образующиеся продукты от воздействия плазменного горения и плавки металла удаляются за счет силы струи.
Рис 1 Проведение операций по разделке металла, где необходим раскрой или сварка изделия, используя ручной самодельный изготовленный своими руками или профессиональный плазморез.
Оптимальными показателями для рабочего процесса являются:
- подача газа со скоростью до 800 м/сек;
- показатель тока может составлять до 250 — 400 А.
Схема 1. Чертеж процесса плазменной разделки обрабатываемого изделия.
Ручной плазморез собранный с использованием инвертора в основном применяется для обработки заготовок и отличается небольшим весом и экономным расходом электроэнергии.
Подбор составных частей плазмореза
Для сборки плазменного резака, используя чертежи (на базе инвертора), своими руками необходимы агрегаты:
- устройство подачи газа под давлением – компрессор;
- плазменный резак;
- электротехническое устройство – инвертор, обеспечивающий силу тока для образования электрической дуги;
- рабочие шланги высокого давления для подачи воздуха и защищенный электрический кабель.
Для подачи воздуха подбираем компрессор с учетом выходного объема в течение 1 мин. Производственные компании выпускают 2 вида компрессоров:
- аппарат поршневой;
- аппарат винтовой (который обладает меньшим расходом электроэнергии, легче, но 40-50% дороже).
Рис. 2 Плазморез (аппарат) с комплектом кабеля для резака и соединения с заготовкой (в качестве анода).
Поршневые компрессоры подразделяются на масляные и без применения масла, по принципу привода — с ременным или прямым соединением элементов.
При эксплуатации компрессоров необходимо соблюдать ряд правил:
- при отрицательной температуре окружающей среды необходимо предварительно прогревать масло, содержащееся в картере;
- необходимо регулярно менять воздушный (входной) фильтр;
- строго контролировать уровень масла в картере;
- не реже 1 раз полгода необходимо осуществлять полную очистку агрегатов от посторонних примесей;
- по окончании работ необходимо сделать сброс давления (с помощью регулятора) в системе.
При ремонтных работах часто используется продукция компании ORLIK KOMRESSOR (Чехия). Аппарат ORL 11 позволяет производить резку заготовки с использованием силы тока 200-440 А и воздушно-газового потока поступающего под давлением.
В комплект оборудования входит:
- компрессор;
- блок фильтров магистральных для воздушно-газовой смеси;
- осушители газа;
- ресивер.
На выходе из агрегата поступает очищенный воздух от масла, пыли и влаги. Примером винтовых компрессоров является продукция фирмы Atlas Copco (Швеция) серии СА. Устройство оснащено для очищения воздуха автоматической системой удаления конденсата.
Плазматрон — специальный аппарат, в котором с помощью электрического тока образуется электродуга разогревающая в камере подаваемый под давлением воздух с образованием режущего потока плазмы.
Резак состоит из элементов:
- специального держателя с электродом;
- изолирующей прокладки разделяющей сопло и электродный узел;
- камеры образования плазмы;
- сопла выходного для образования плазменной струи (см. чертежи);
- снабжающих систем;
- элементов тангенциальной подачи плазмы (на некоторых моделях) для стабилизации дугового разряда.
По способу выполнения работ (сварка или резка) резаки подразделяются:
- Двухпоточные, используемые в восстановительных, окислительных и инертных средах.
- Газовые инертные (с использованием гелия, аргона), восстановительные (водорода, азота).
- Газовые окислительные (в состав воздушно-газовой смеси входит кислород).
- Газовые с применением стабилизационной (газожидкостной) дуги.
Катод плазматрона изготавливается в виде стержня или вставок из вольфрама, гафния, циркония. Широкое распространение получили плазматроны с гильзовым катодом, применяемым при резке с использованием воздушно-газовой потока под давлением.
Для проведения резки изделий в окислительной среде используется пустотный катод, изготовленный из меди с принудительной системой охлаждения с помощью воды.
Рис. 3 Переносной аппарат (инвертор) для осуществления плазменной резки.
Плазморез двухпоточный (инверторный) оснащаются 2-мя соосными соплами наружным и внутренним. Поступающий газ во внутреннее сопло считается первичным, а наружное – дополнительным, причем газы могут иметь различный состав и объем.
Плазморез со стабилизацией дуги за счет подачи газожидкостного потока имеет отличие, которое заключается в подаче воды в факельную камеру для стабилизации состояния дугового разряда.
Для активации рабочей дуги в качестве анода используется заготовка, которая с помощью зажимов и кабеля подсоединяется к инвертору.
В качестве энергетической установки для осуществления процесса плазменной резки используется устройство (инвертор), обеспечивающее необходимую силу тока, которое обладает более высоким КПД, чем трансформатор, но возможности по обработке металла у трансформатора значительно выше.
Схема 2. Чертеж источника питания плазматрона своими руками.
Преимущества инвертора:
- возможность равномерно изменять параметры;
- небольшой вес;
- устойчивое состояние рабочей дуги;
- высокое качество реза или сварки.
В комплект оборудования также входит набор шлангов высокого давления для подсоединения стационарного компрессора и соединительный электрический кабель.
Для сборки плазмореза своими руками разрабатывается схема устройства с указанием необходимых агрегатов отвечающих требуемым характеристикам, которая должна включать все дополнения и изменения, используемые при сборке с приведением необходимых расчетов наиболее важных показателей. Самодельный плазморез своими руками можно собрать, используя готовые блоки и агрегаты, производимые специализированными компаниями при этом необходимо сделать точные расчеты и согласование выходных параметров протекающих процессов.
Особенности маркировки плазморезов
Выпускаемые промышленными предприятиями плазморезы можно разделить на 2 категории:
- агрегаты машинной резки;
- ручные.
Ручные резаки более доступны по цене при необходимости сборки своими руками. Производимые модели имеют специальную маркировку:
- ММА – аппарат предназначен для дуговой сварки с помощью индивидуального электрода;
- CUT – аппарат (плазморез) используется для разделки металла;
- TIQ — аппарат применяется для работ, где необходима аргонная сварка.
Производственные предприятия выпускают оборудование для резки металла:
- Профи CUT 40 (горелка РТ-31, допустимая толщина реза – 16 мм, расход воздушно-газовой смеси– 140 л/мин, ресивер объемом 50 л);
- Профи CUT 60 (горелка Р-80, допустимая толщина реза заготовки — 20 мм, расход воздушно-газовой смеси – 170 л/мин.);
- Профи CUT 80 (горелка Р. – 80, допустимая толщина реза заготовки – 30 мм, расход воздушно-газовой смеси – 190 л/мин.);
- Профи CUT 100 (горелка А-101, допустимая толщина реза заготовки – 40 мм, расход воздушно-газовой смеси — 200 л/мин.), ресивер объемом 100 л.
Изготовление плазмореза с ЧПУ своими руками
Плазморез оснащенный ЧПУ должен иметь унифицированную сборку, используя чертежи, выполненные на основе подготовленного технического задания изделия, куда входят:
- стол рабочий;
- передача ременная;
- блок управления функциями;
- элементы шаговые;
- направляющие линейные;
- система регулировки высоты реза;
- блок управления ЧПУ;
Схема 3. Чертеж устройства инвертора для плазменной резки.
Чертежи всех блоков плазмореза можно приобрести с учетом требуемой мощности и характеристик установки и финансовых возможностей или сделать своими руками при наличии опыта и знаний.
Для комплектования и сборки станка с ЧПУ необходимо, используя чертежи, изготовить ряд элементов:
- основание для сварки стола;
- собирается прочная рама с последующей окраской;
- крепятся опорные стойки;
- собирается водяной стол;
- устанавливаются крепления и сами рейки;
- монтируются направляющие линейные;
- монтируется облицовка стола;
- устанавливаются направляющие совместно с порталом;
- портал оснащается двигателем и сигнальными датчиками;
- монтируются направляющие, двигатель направляющей Y и зубчатая рейка регулирования позиционирования;
- монтируется направляющая с оснащением двигателем;
- монтируется сигнальный датчик поверхности металла;
- монтируется кран для удаления воды со стола;
- прокладываются соединительные кабели-каналы X.Z.Y;
- провода изолируются и закрываются с помощью облицовки;
- монтируется рабочий резак;
- собирается и монтируется устройство с ЧПУ.
Проведение операций по изготовлению и сборке плазмотрона с ЧПУ, должны выполняться только при наличии квалифицированных специалистов. Схема устройства (чертежи) должна включать все необходимые элементы, обеспечивающие высокое качество работы и безопасность выполнения резки металла. Оснащение предприятий оборудованием с ЧПУ позволяет повысить производительность труда и сложность выполнения операций. Сделать производственные процессы, выполняемые с помощью оборудования с ЧПУ более экономичными за счет повышения производительности труда и сокращения скорости обработки изделий.
Аппарат плазменной резки является довольно востребованным оборудованием, позволяющим производить резку любых металлов во многих областях производства. Плазморезы используются не только на предприятиях. В последнее время они начали появляться и в домашних мастерских. Но, поскольку почти в каждой мастерской уже имеются сварочные аппараты, то будет разумнее не покупать готовый плазморез, а изготовить его из инвертора своими руками.
Плазменный резак в некоторых случаях является незаменимым инструментом для обработки металлических изделий, поскольку температура плазмы, выходящей из его горелки, достигает 25-30 тыс. градусов. Благодаря таким характеристикам сфера применения плазморезов довольно обширная:
- изготовление разного рода конструкций из металла;
- прокладка трубопроводов;
- быстрая резка любых металлов, в том числе и высоколегированных жаропрочных сталей , имеющих в составе титан, никель и молибден, температура плавления которых выше 3000°С;
- фигурный раскрой тонколистовых материалов (токопроводящих) благодаря высокой точности реза.
Кроме всего, плазморезы (в качестве альтернативы лазерным резакам) применяются в составе автоматических линий на крупных предприятиях для вырезания деталей различной конфигурации из листовых материалов.
Следует различать такие понятия, как плазменная резка и плазменная сварка. Последняя доступна только на дорогом, профессиональном оборудовании, стоимость которого начинается от 100 тыс. рублей.
Инвертор или трансформатор
Существуют различные способы, а также чертежи и схемы, по которым можно сделать плазменный резак. Например, если его делать на основе трансформаторного сварочника, то подойдет схема плазмореза, предоставленная ниже, на которой подробно расписано, какие детали нужны для изготовления данного модуля.
Если у вас уже есть инвертор, то чтобы его переделать в плазменный резак, потребуется небольшая доработка, а именно добавить в электрическую схему аппарата осциллятор . Он подключается между инвертором и плазмотроном двумя способами, как показано на следующем рисунке.
Осциллятор можно спаять самостоятельно по схеме, предоставленной ниже.
Если делать плазменный резак самостоятельно, то выбирать трансформатор в качестве источника тока не рекомендуется по нескольким причинам:
- агрегат потребляет много электроэнергии;
- трансформатор имеет большой вес и неудобен в транспортировке.
Несмотря на это, сварочный трансформатор имеет и положительные качества, например, нечувствительность к перепадам напряжения. Также им можно резать металл большой толщины.
Но преимущества аппарата для плазменной резки на инверторе перед трансформаторным агрегатом налицо:
- малый вес;
- высокий показатель КПД (выше на 30%, чем у трансформатора);
- малое потребление электричества;
- качественная резка благодаря более стабильной дуге.
Поэтому предпочтительнее сделать плазморез из сварочного инвертора, чем из трансформатора.
Типовая конструкция плазмореза
Чтобы собрать аппарат, благодаря которому будет возможна воздушно-плазменная резка металлов, потребуется иметь в наличии следующие составляющие.
Сборка аппарата
После того, как все нужные элементы будут подготовлены, можно приступать к сборке плазмореза:
- подсоедините к инвертору шланг, через который будет осуществляться подача воздуха от компрессора;
- подсоедините к лицевой стороне инвертора шлангопакет и кабель массы;
- к шлангопакету подсоедините горелку (плазмотрон).
После сборки всех элементов можно приступать к испытаниям оборудования . Для этого подсоедините кабель массы к детали или металлическому столу, на котором она размещена. Включите компрессор и дождитесь, пока он накачает в ресивер необходимое количество воздуха. После автоматического отключения компрессора включите инвертор. Поднесите горелку вплотную к металлу и нажмите кнопку пуска, чтобы между электродом горелки и заготовкой возникла электрическая дуга. Она под воздействием кислорода превратится в поток плазмы, и начнется резка металла.
Для того чтобы самодельный плазморез из сварочного инвертора мог работать эффективно и продолжительное время, следует прислушаться к советам специалистов, относящихся к эксплуатации аппарата.
- Рекомендуется иметь определенное количество прокладок , которые применяются для подключения шлангов. Особенно их наличие следует проверять, когда приходится часто перевозить агрегат. В некоторых случаях отсутствие необходимой прокладки сделает использование аппарата невозможным.
- Поскольку сопло резака подвергается воздействию высоких температур, то оно со временем изнашивается и выходит из строя. Поэтому следует заранее побеспокоиться о приобретении запасных сопел.
- Подбирая комплектующие для плазмореза, следует учитывать, какой мощности агрегат вы хотите получить. В первую очередь это касается выбора подходящего инвертора.
- При выборе электрода для горелки, если вы ее изготавливаете самостоятельно, нужно отдать предпочтение такому материалу, как гафний . Этот материал в процессе нагрева не выделяет вредных веществ. Но все же настоятельно рекомендуется использовать готовые резаки, изготовленные на заводе, в которых соблюдаются все параметры по завихрению воздушного потока. Самодельный плазматрон не гарантирует качественной резки и быстро выходит из строя.
Что относится к правилам безопасности, то работу следует проводить в специальной одежде, защищающей от брызг раскаленного металла. Также для защиты глаз следует одевать сварочные очки “хамелеоны”.
В отличие от , 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.
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.
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:
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.