Як зробити своїми руками гарний плазморіз із інвертора. Як самостійно зробити плазморіз з інвертора Плазмовий різак своїми руками з інвертора ресанта

Заводський апарат для плазмового різання. Наше завдання: зробити аналог своїми руками

Зробити функціональний плазморіз своїми руками із серійного зварювального інвертора не так уже й складно, як це може здатися на перший погляд. Для того, щоб вирішити це завдання, необхідно підготувати всі конструктивні елементи такого пристрою:

плазмовий різак (його також називають плазмотроном);
зварювальний інвертор або трансформатор, який виступатиме в ролі джерела електричного струму;
компресор, за допомогою якого буде створюватися струмінь повітря, необхідний для формування та охолодження потоку плазми;
кабелі та шланги для об'єднання в одну систему всіх конструктивних елементів апарату.

Плазморіз, у тому числі саморобний, успішно використовується для виконання різних робіт як у виробничих, так і в домашніх умовах. Незамінний такий апарат у тих ситуаціях, коли необхідно виконати точний, тонкий та високоякісний різ заготовок із металу. Окремі моделі плазморізів за своїми функціональними можливостями дозволяють використовувати їх як зварювальний апарат. Таке зварювання виконується серед захисного газу аргону.

При виборі для комплектації саморобного плазмотрону джерела живлення важливо звертати увагу на силу струму, яку джерело може виробляти. Найчастіше для цього вибирають інвертор, що забезпечує високу стабільність процесу плазмового різання і дозволяє більш економно витрачати електроенергію. Відрізняючись від зварювального трансформатора компактними габаритами та легкою вагою, інвертор зручніший у використанні. Єдиним мінусом застосування інверторних плазморізів є труднощі розкрою з допомогою занадто товстих заготовок.

При складанні саморобного апарату для виконання плазмового різання можна використовувати готові схеми, які легко знайти в інтернеті. У Мережі, крім того, є відео з виготовлення плазморізу своїми руками. Використовуючи при складанні такого пристрою готову схему, дуже важливо суворо дотримуватися її, а також звертати особливу увагу на відповідність конструктивних елементів один одному.

Схеми плазморізу на прикладі апарату АПР-91

Як донора під час розгляду принципової електричної схеми ми використовуватимемо АПР-91.

Схема силової частини (натисніть , щоб збільшити)

Схема керування плазморізом (натисніть для збільшення)

Схема осцилятора (натисніть , щоб збільшити)

Елементи саморобного апарату для плазмового різання

Перше, що необхідно знайти для виготовлення саморобного плазморізу, – це джерело живлення, в якому формуватиметься електричний струм із необхідними характеристиками. Найчастіше в цій якості використовуються, що пояснюється рядом їх переваг. Завдяки своїм технічним характеристикам таке обладнання забезпечує високу стабільність напруги, що формується, що позитивно позначається на якості виконання різання. Працювати з інверторами значно зручніше, що пояснюється не лише їх компактними габаритами та незначною вагою, а й простотою налаштування та експлуатації.

Завдяки компактності та невеликій вазі плазморізи на основі інверторів можна використовувати при виконанні робіт навіть у важкодоступних місцях, що виключено для громіздких і важких зварювальних трансформаторів. Величезною перевагою інверторних джерел живлення є і те, що вони мають високий ККД. Це робить їх дуже економічними щодо споживання електроенергії пристроями.

В окремих випадках джерелом живлення для плазморізу може служити зварювальний трансформатор, але його використання загрожує значним споживанням електроенергії. Слід також зважати і на те, що будь-який зварювальний трансформатор відрізняється великими габаритами та значною масою.

Основним елементом апарату, призначеного для розкрою металу за допомогою струменя плазми, є плазмовий різак. Саме цей елемент обладнання забезпечує якість різання, а також ефективність його виконання.

Для формування повітряного потоку, який буде перетворюватися на високотемпературний струмінь плазми, в конструкції плазморізу використовується спеціальний компресор. Електричний струм від інвертора та повітряний потік від компресора подаються до плазмового різака за допомогою кабель-шлангового пакета.

Центральним робочим елементом плазморізу є плазмотрон, конструкція якого складається з наступних елементів:

сопла;
каналу, яким подається повітряна струмінь;
електрода;
ізолятора, що одночасно виконує функцію охолодження.

Перше, що необхідно зробити перед виготовленням плазмотрона, – підібрати для нього відповідний електрод. Найбільш поширеними матеріалами, з яких роблять електроди для виконання плазмового різання, є берилій, торій, цирконій та гафній. На поверхні даних матеріалів під час нагрівання формуються тугоплавкі оксидні плівки, які перешкоджають активному руйнуванню електродів.

Деякі з перерахованих вище матеріалів при нагріванні можуть виділяти небезпечні для здоров'я людини сполуки, що слід обов'язково враховувати, вибираючи тип електрода. Так, при використанні берилію формуються радіоактивні оксиди, а випаровування торію при їх з'єднанні з киснем утворюють небезпечні токсичні речовини. Цілком безпечним матеріалом, з якого роблять електроди для плазмотрона, є гафній.

За формування струменя плазми, завдяки якому і виконується різання, відповідає сопло. Його виготовлення слід приділити серйозну увагу, тому що від характеристик даного елемента залежить якість робочого потоку.

Найбільш оптимальним є сопло діаметр якого становить 30 мм. Від довжини даного елемента залежить акуратність та якість виконання різу. Однак надто довгим сопло також не варто робити, оскільки це сприяє надто швидкому його руйнуванню.

Як уже говорилося вище, в конструкції плазморізу обов'язково присутній компресор, що формує і подає до сопла повітряний потік. Останній необхідний не тільки для формування струменя високотемпературної плазми, а й для охолодження елементів апарату. Використання стиснутого повітря як робочого та охолоджуючого середовища, а також інвертора, що формує робочий струм силою 200 А, дозволяє ефективно розрізати металеві деталі, товщина яких не перевищує 50 мм.

Для того, щоб приготувати апарат для плазмового різання до роботи, необхідно з'єднати плазмотрон з інвертором та повітряним компресором. Для вирішення такого завдання використовується кабель-шланговий пакет, який застосовують у такий спосіб.

Кабелем, яким буде подаватися електричний струм, з'єднуються інвертор і електрод плазмореза.
Шлангом для подачі стисненого повітря з'єднують вихід компресора і плазмотрон, в якому з повітряного потоку, що надходить, буде формуватися струмінь плазми.

Особливості роботи плазморізу

Щоб зробити плазморіз, використовуючи для виготовлення інвертор, необхідно розібратися в тому, як такий апарат працює.

Після включення інвертора електричний струм від нього починає надходити на електрод, що призводить до запалення електричної дуги. Температура дуги, що горить між робочим електродом та металевим наконечником сопла, становить близько 6000-8000 градусів. Після запалення дуги в камеру сопла подається стиснене повітря, яке проходить через електричний розряд. Електрична дуга нагріває і іонізує повітряний потік, що проходить через неї. В результаті його обсяг збільшується у сотні разів, і він стає здатним проводити електричний струм.

За допомогою сопла плазморізу з струмопровідного повітряного потоку формується струмінь плазми, температура якої активно підвищується і може доходити до 25-30 тисяч градусів. Швидкість плазмового потоку, за рахунок якого здійснюється різання деталей з металу, на виході з сопла становить близько 2-3 метрів в секунду. У той момент, коли струмінь плазми стикається з поверхнею металевої деталі, електричний струм від електрода починає надходити нею, а первісна дуга гасне. Нова дуга, що горить між електродом і оброблюваною деталлю, називається ріжучою.

Характерною особливістю плазмового різання є те, що оброблюваний метал плавиться тільки в тому місці, де на нього впливає плазмовий потік. Саме тому дуже важливо зробити так, щоб пляма дії плазми знаходилася строго по центру робочого електрода. Якщо знехтувати цією вимогою, то можна зіткнутися з тим, що буде порушено повітряно-плазмовий потік, а отже, погіршиться якість виконання різу. Для того щоб дотриматися цих важливих вимог, використовують спеціальний (тангенціальний) принцип подачі повітря в сопло.

Необхідно також стежити за тим, щоб не утворилося відразу два плазмові потоки замість одного. Виникнення такої ситуації, до якої призводить недотримання режимів та правил виконання технологічного процесу, може спровокувати вихід інвертора з ладу.

Важливим параметром плазмового різання є швидкість повітряного потоку, яка має бути занадто великий. Хороша якість різу та швидкість його виконання забезпечує швидкість повітряного струменя, що дорівнює 800 м/сек. При цьому сила струму, що надходить від інверторного апарату не повинна перевищувати 250 А. Виконуючи роботу на таких режимах, слід враховувати той факт, що в цьому випадку збільшиться витрата повітря, що використовується для формування плазмового потоку.

Самостійно зробити плазморіз нескладно, якщо вивчити необхідний теоретичний матеріал, переглянути відео та правильно підібрати всі необхідні елементи. За наявності в домашній майстерні такого апарату, зібраного на основі серійного інвертора, може якісно виконуватися не лише різання, а й плазмове зварювання своїми руками.

Якщо у вашому розпорядженні немає інвертора, можна зібрати плазморіз на основі зварювального трансформатора, але тоді доведеться змиритися з його великими габаритами. Крім того, плазморіз, виготовлений на основі трансформатора, матиме не дуже хорошу мобільність, тому що переносити його з місця на місце важко.

Все частіше у невеликих приватних майстернях та на маленьких підприємствах використовують апарати плазмового різання металу замість болгарок та інших апаратів. Повітряно-плазмове різання дозволяє виконувати якісні прямі та фігурні різи, вирівнювати кромки листового металу, робити отвори та отвори, у тому числі і фігурні, у металевих заготовках та інші складніші роботи. Якість різу, що вийшов, просто чудово, він виходить рівним, чистим, практично без окалини і задирок, а також акуратним. За допомогою технології повітряно-плазмового різання можна обробляти практично всі метали, а також нетокопровідні матеріали, такі як бетон, керамічна плитка, пластик та дерево. Всі роботи виконуються швидко, заготівля нагрівається локально, тільки в області різання, тому метал заготівлі не змінює своєї геометрії внаслідок перегріву. З апаратом плазмового різання або як його ще називають - плазморіз зможе справитися навіть новачок без досвіду зварювання. Але щоб результат не розчарував, все ж таки не завадить вивчити пристрій плазморізу, зрозуміти його принцип дії, а також вивчити технологію, як працювати апаратом повітряно-плазмового різання.

Влаштування апарату повітряно-плазмового різання

Знання пристрою плазмореза дозволить як усвідомлено виконувати роботи, а й створити саморобний аналог, навіщо необхідні як глибші знання, а й бажано інженерський досвід.

Апарат повітряно-плазмового різання складається з кількох елементів, серед яких:

Джерело живлення;
Плазмотрон;
Кабель-шланговий пакет;
Повітряний компресор.

Джерело живленнядля плазмореза служить для того, щоб перетворювати напругу та подавати на різак/плазмотрон певну силу струму, завдяки чому спалахує електрична дуга. Як джерело живлення можуть виступати трансформатор або інвертор.

Плазмотрон- Основний елемент апарату повітряно-плазмового різання, саме в ньому відбуваються процеси, завдяки яким з'являється плазма. Плазмотрон складається з сопла, електрода, корпусу, ізолятора між соплом та електродом і каналів для повітря. Такі елементи як електрод та сопло є витратними матеріалами та потребують частої заміни.

Електродв плазмотроні є катодом і служить для збудження електричної дуги. Найпоширенішим металом, з якого виготовляють електроди для плазмотронів, є гафній.

Сопломає конусоподібну форму, обтискає плазму та формує плазмовий струмінь. Вириваючись з вихідного каналу сопла, плазмовий струмінь торкається заготовки і розрізає її. Розміри сопла впливають на характеристики плазморізу, його можливості та технологію роботи з ним. Найпоширеніший діаметр сопла – 3 – 5 мм. Чим більший діаметр сопла, тим більший обсяг повітря в одиницю часу можна пропустити через себе. Від кількості повітря залежить ширина різу, а також швидкість роботи плазморезом та швидкість охолодження плазмотрона. Найпоширеніша довжина сопла 9 – 12 мм. Чим більша довжина сопла, тим акуратніший різ. Але занадто довге сопло більше схильне до руйнування, тому оптимально довжину збільшують на розмір, рівний 1,3 - 1,5 діаметра сопла. Слід враховувати, що кожному значення сили струму відповідає оптимальний розмір сопла, який забезпечує стабільне горіння дуги та максимальні параметри різання. Зменшувати діаметр сопла і робити менше 3 мм недоцільно, оскільки значно знижується ресурс всього плазмотрону.

Компресорподає стиснене повітря в плазмотрон для утворення плазми. У апаратах повітряно-плазмового різання повітря виступає як і плазмообразующего газу, і захисного. Існують апарати із вбудованим компресором, як правило, вони малопотужні, а також апарати із зовнішнім повітряним компресором.

Кабель-шланговий пакетскладається з електрокабелю, що з'єднує джерело живлення та плазмотрон, а також шланга для подачі повітря від компресора до плазмотрона. Що конкретно відбувається всередині плазмотрону, розглянемо нижче.

Принцип роботи апарату повітряно-плазмового різання

Установка повітряно-плазмового різання працює за описаним нижче принципом. Після натискання кнопки розпалювання, що знаходиться на ручці плазмотрона, від джерела живлення на плазмотрон починає подаватися струм високої частоти. В результаті спалахує чергова електрична дуга. Через те, що утворення електричної дуги між електродом і заготовкою безпосередньо важко, то як анод виступає наконечник сопла. Температура чергової дуги становить 6000 – 8000 °С, а стовп дуги заповнює весь канал сопла.

Через кілька секунд після розпалювання чергової дуги в камеру плазмотрона починає подаватися стиснене повітря. Він проходить крізь чергову електричну дугу, іонізується, нагрівається і збільшується обсягом 50 - 100 раз. Форма сопла плазмотрона звужена донизу, завдяки чому повітря стискається, з нього формується потік, який виривається із сопла зі швидкістю, близькою до звукової - 2 - 3 м/с. Температура іонізованого розігрітого повітря, що виривається з вихідного отвору сопла, може досягати 20 000 - 30 000 °С. Електропровідність повітря в цей момент приблизно дорівнює електропровідності металу, що обробляється.

Плазмоюякраз і називається розігріте іонізоване повітря, що виривається із сопла плазмотрону. Як тільки плазма досягає поверхні металу, що обробляється, запалюється робоча ріжуча дуга, в цей момент чергова дуга гасне. Ріжуча дуга розігріває заготівлю на місці зіткнення, локально, метал починає плавитися, утворюється рез. Розплавлений метал витікає на поверхню заготовки і застигає у вигляді крапель і дрібних частинок, які відразу здуваються потоком плазми. Даний спосіб повітряно-плазмового різання називають різкою плазмовою дугою (дуга прямої дії), так як метал, що обробляється, входить в електричну схему і є анодом ріжучої дуги.

В описаному вище випадку для розрізання заготовки використовується енергія одного з приелектродних плям дуги, а також плазми стовпа і факела, що витікає з нього. Для різання плазмовою дугою використовується дуга постійного струму прямої полярності.

Плазмово-дугове різання металу використовується в таких випадках: якщо необхідно виготовити деталі з фігурними контурами з листового металу, або виготовити деталі з прямими контурами, але так, щоб не довелося обробляти контури додатково, для різання труб, смуг і лозин, для вирізання отворів і отворів у деталях та іншого.

Але також є ще один спосіб плазмового різання - різання плазмовим струменем. У такому випадку ріжуча дуга загоряється між електродом (катодом) і наконечником сопла (анодом), а заготовка, що обробляється, не включена в електричний ланцюг. Частина плазми виноситься із плазмотрона у вигляді струменя (дуга непрямої дії). Зазвичай такий спосіб різання використовують для роботи з неметалевими нетокопровідними матеріалами – бетоном, керамічною плиткою, пластмасою.

Подача повітря в плазмотрон прямої дії та непрямої дії проводиться по-різному. Для різання плазмовою дугою потрібно аксіальна подача повітря (пряма). А для різання плазмовим струменем потрібно тангенційна подача повітря.

Тангенціальна або вихрова (осьова) подача повітря в плазмотрон необхідна для того, щоб катодна пляма розташовувалась строго по центру. Якщо тангенціальна подача повітря порушена, неминуче усунення катодної плями, а з нею і плазмової дуги. В результаті плазмова дуга горить не стабільно, іноді спалахує дві дуги одночасно, а також весь плазмотрон виходить з ладу. Повітряно-плазмове різання саморобне не здатне забезпечити тангенційну подачу повітря. Так як для усунення турбулентностей всередині плазмотрон використовують сопла спеціальної форми, а також вкладиші.

Стиснене повітря використовується для повітряно-плазмового різання таких металів:

Міді та сплавів міді - товщиною не більше 60 мм;
Алюмінію та сплавів алюмінію - товщиною до 70 мм;
Стали завтовшки до 60 мм.

А ось для різання титану повітря використовувати категорично не можна. Більш детально тонкощі роботи апаратом ручного повітряно-плазмового різання розглянемо нижче.

Як вибрати апарат повітряно-плазмового різання

Щоб зробити правильний вибір плазморізу для приватних побутових потреб або маленької майстерні, необхідно точно знати для яких цілей він використовуватиметься. З якими заготовками доведеться працювати, з якого матеріалу, якої товщини, яка інтенсивність завантаження апарата та багато іншого.

Для приватної майстерні цілком може пригодитися інвертор, оскільки такі апарати мають більш стабільну дугу і більший на 30 % ККД. Трансформатори підходять для роботи із заготівлями більшої товщини і не бояться перепадів напруги, але при цьому вони більше важать і менш економічні.

Наступна градація - плазморізи прямої та непрямої дії. Якщо планується різати лише металеві заготовки, то необхідний апарат прямої дії.

Для приватної майстерні або домашніх потреб необхідно придбати ручний плазморіз із вбудованим або зовнішнім компресором, розрахований на певну силу струму.

Сила струму плазмореза та товщина металу

Сила струму та максимальна товщина заготовки - основні параметри для вибору апарату повітряно-плазмового різання. Вони взаємопов'язані між собою. Чим більшу силу струму може подавати джерело живлення плазморізу, тим товстішу заготовку можна обробляти за допомогою даного апарату.

Вибираючи апарат для власних потреб, потрібно точно знати, який товщини заготовки будуть оброблятися і з якого металу. У характеристиках плазморізів вказується і максимальна сила струму і максимальна товщина металу. Але зверніть увагу на те, що товщина металу вказана з розрахунку на те, що оброблятиметься чорний метал, а не кольоровий і не нержавіюча сталь. А сила струму не номінальна, а максимальна, на даних параметрах апарат може працювати зовсім нетривалий час.

Для різання різних металів потрібна різна сила струму. Точні параметри можна побачити у таблиці нижче.

Таблиця 1. Сила струму, необхідна різання різних металів.

Наприклад, якщо планується різати сталеву заготівлю товщиною 2,5 мм, то необхідна сила струму 10 А. А якщо заготовка виконана з кольорового металу, наприклад, міді товщиною 2,5 мм, то сила струму має бути 15 А. Щоб різ вийшов високої якості , необхідно враховувати якийсь запас потужності, тому краще придбати плазморіз, розрахований на силу струму 20 А.

На апарат повітряно-плазмового різання ціна безпосередньо залежить від його потужності - сили струму, що видається. Чим більша сила струму, тим дорожчий апарат.

Режим роботи – тривалість включення (ПВ)

Режим роботи апарату визначається інтенсивністю його завантаження. На всіх апаратах зазначений такий параметр, як тривалість увімкнення або ПВ. Що вона означає? Наприклад, якщо зазначена ПВ=35%, це означає, що плазморезом можна працювати 3,5 хвилини, та був йому необхідно дати охолонути протягом 6,5 хвилин. Цикл тривалості увімкнення розрахований на 10 хвилин. Є апарати із ПВ 40%, 45%, 50%, 60%, 80%, 100%. Для побутових потреб, де апарат не використовуватиметься постійно, достатньо апаратів із ПВ від 35% до 50%. Для машинного різання з ЧПУ використовуються плазморізи з ПВ=100%, тому що вони забезпечують безперервну роботу протягом усієї зміни.

Зверніть увагу, що в процесі роботи з ручною повітряно-плазмовою різкою існує необхідність перемістити плазмотрон або перейти на інший кінець заготівлі. Всі ці інтервали враховуються в час охолодження. Також тривалість увімкнення залежить від завантаження апарата. Наприклад, з початку зміни навіть плазморіз із ПВ=35% може без перерви працювати 15 - 20 хвилин, але чим частіше ним користуватимуться, тим коротшим буде час безперервної роботи.

Повітряно-плазмове різання своїми руками - технологія роботи

Плазморіз вибрали, з принципом роботи та пристроєм ознайомилися, настав час приступати до роботи. Щоб не наробити помилок, спочатку не завадить ознайомитися з технологією роботи з апаратом повітряно-плазмового різання. Як дотриматися всіх заходів безпеки, як підготувати апарат до роботи і правильно підібрати силу струму, а потім, як розпалити дугу і дотримуватися необхідної дистанції між соплом і поверхнею заготовки.

Подбайте про безпеку

Повітряно-плазмове різання пов'язане з низкою небезпек: електричний струм, висока температура плазми, розжарений метал та ультрафіолетове випромінювання.

Працювати необхідно у спеціальному екіпіруванні: темні окуляри або щиток зварювальника (4 - 5 клас затемнення скла), щільні рукавички на руках, штани із щільної тканини на ногах та закрите взуття. При роботі з різаком можуть утворюватися гази, які становлять загрозу для нормальної роботи легень, тому в наявності необхідно вдягати маску або респіратор.
Плазморіз підключається до мережі через ПЗВ.
Розетки, робоча підставка або стіл, навколишні предмети повинні бути добре заземлені.
Силові кабелі повинні бути ідеальними, не допускається пошкодження обмотки.

Те, що мережа повинна бути розрахована на ту напругу, яка вказана на апараті (220 або 380 В), це само собою зрозуміле. В іншому ж дотримання техніки безпеки допоможе уникнути травм та профзахворювань.

Підготовка апарату повітряно-плазмового різання до роботи

Як підключити всі елементи апарату повітряно-плазмового різання, докладно описано в інструкції до апарату, тому відразу перейдемо до подальших нюансів:

Апарат необхідно встановити так, щоб до нього був доступ повітря. Охолодження корпусу плазморізу дозволить довше працювати без перерви та рідше відключати апарат для охолодження. Місце розташування має бути таким, щоб на апарат не потрапляли краплі розплавленого металу.
Повітряний компресор підключається до плазморізу через волого- та масловідділювач. Це дуже важливо, оскільки вода або краплі масла, що потрапили в камеру плазмотрона, можуть призвести до виходу з ладу всього плазмотрона або навіть його вибуху. Тиск повітря, що подається в плазмотрон, повинен відповідати параметрам апарата. Якщо тиск буде недостатнім, то плазмова дуга буде нестабільною, часто гаснутиме. Якщо тиск буде надлишковим, то можуть стати непридатними деякі елементи плазмотрона.
Якщо на заготовці, яку збираєтесь обробляти, є іржа, окалина або масляні плями, їх краще відчистити та видалити. Хоча повітряно-плазмове різання і дозволяє різати іржаві деталі, все ж таки краще перестрахуватися, тому що при нагріванні іржі виділяються отруйні пари. Якщо планується різати ємності, у яких зберігалися горючі матеріали, їх необхідно ретельно відчистити.

Щоб різ вийшов рівним, паралельним, без окалини та напливів, необхідно правильно підібрати силу струму та швидкість різання. У наведених нижче таблицях вказані оптимальні параметри різання різних металів різної товщини.

Таблиця 2. Сила та швидкість різання за допомогою апарату повітряно-плазмового різання заготовок з різних металів.

Спочатку підбирати швидкість ведення різака буде складно, необхідний досвід. Тому спочатку можна орієнтуватися на таке правило: вести плазмотрон необхідно так, щоб із зворотного боку заготівлі було видно іскри. Якщо іскор не видно, значить заготовка не розрізана наскрізь. Зверніть також увагу, що занадто повільне ведення різака негативно позначається на якості різу, на ньому з'являються окалина та напливи, а також може нестабільно горіти дуга і навіть гаснути.

Тепер можна приступати до процесу різання.

Перед тим як запалити електричну дугу, плазмотрон слід продути повітрям, щоб видалити випадковий конденсат та сторонні сторони. Для цього необхідно натиснути, а потім відпустити кнопку запалювання дуги. Так апарат переходить у режим продування. Через приблизно 30 секунд можна натискати кнопку підпалу та утримувати її. Як уже описувалося в принципі роботи плазморізу, між електродом і наконечником сопла загориться чергова (допоміжна, пілотна) дуга. Як правило, вона горить не більше 2 секунд. Тому за цей час необхідно запалити робочу (ріжучу) дугу. Спосіб залежить від виду плазмотрону.

Якщо плазмотрон прямої дії, то необхідно зробити коротке замикання: після утворення чергової дуги необхідно натиснути кнопку розпалювання – припиняється подача повітря та контакт замикається. Потім повітряний клапан відкривається автоматично, потік повітря виривається з клапана, іонізується, збільшується в розмірах та виводить іскру із сопла плазмотрону. В результаті загоряється робоча дуга між електродом та металом заготовки.

Важливо! Контактний запалювання дуги не означає, що плазмотрон необхідно прикладати або притуляти до заготівлі.

Як тільки загориться ріжуча дуга, чергова дуга гасне. Якщо не вдалося запалити робочу дугу з першого разу, необхідно відпустити кнопку розпалювання і натиснути її знову – розпочнеться новий цикл. Причин, через які може не запалюватися робоча дуга, є кілька: недостатній тиск повітря, неправильне складання плазмотрона або інші неполадки.

У процесі роботи також трапляються випадки, коли ріжуча дуга гасне. Причина, швидше за все, у зношеності електрода або недотриманні відстані між плазмотроном та поверхнею заготівлі.

Відстань між пальником плазмотрону та металом

Ручне повітряно-плазмове різання пов'язане з тією трудністю, що необхідно дотримуватися відстані між пальником/соплом і поверхнею металу. При роботі рукою це досить складно, тому що навіть дихання збиває руку, і різь виходить нерівним. Оптимальна відстань між соплом та заготовкою 1,6 - 3 мм, для його дотримання використовуються спеціальні дистанційні упори, адже сам плазмотрон не можна притискати до поверхні заготовки. Упори надягають зверху на сопло, потім плазмотрон спирається упором на заготівлю і виконується різ.

Зверніть увагу, що тримати плазмотрон необхідно строго перпендикулярно до заготівлі. Допустимий кут відхилення 10 – 50°. Якщо заготівля дуже тонка, то різак можна тримати під маленьким кутом, це дозволить уникнути сильних деформацій тонкого металу. Розплавлений метал при цьому не повинен попадати на сопло.

Роботи з повітряно-плазмовою різкою своїми руками цілком можна подужати самостійно, тільки важливо пам'ятати про техніку безпеки, а також про те, що сопло та електрод – витратні матеріали, які потребують своєчасної заміни.

Принцип дії більшості плазматронів потужністю від кількох кВт до кількох мегават, практично один і той же. Між катодом, виконаним з тугоплавкого матеріалу, і анодом, що інтенсивно охолоджується, горить електрична дуга.

Через цю дугу продувається робоче тіло (РТ) - плазмоутворюючий газ, яким може бути повітря, водяна пара, або що інше. Відбувається іонізація РТ і в результаті на виході отримуємо четвертий агрегатний стан речовини, що називається плазмою.

У потужних апаратах уздовж сопла ставиться котушка ел.магніту, він служить для стабілізації потоку плазми по осі та зменшення зносу анода.

У статті описується вже друга за рахунком конструкція, т.к. Перша спроба отримати стійку плазму не увінчалася особливим успіхом. Вивчивши пристрій "Алплаза", ми дійшли висновку, що повторювати його один в один мабуть не варто. Якщо комусь цікаво - все дуже добре описано в інструкції, що додається до нього.

Наша перша модель не мала активного охолодження аноду. Як робоче тіло використовувалася водяна пара зі спеціально спорудженого електричного парогенератора - герметичний котел з двома титановими пластинками, зануреними у воду і включеними в мережу 220V.

Катодом плазматрона служив вольфрамовий електрод діаметром 2 мм, який швидко відгорав. Діаметр отвору сопла анода був 1.2 мм, і він постійно засмічувався.

Отримати стабільну плазму не вдалося, але проблиски все ж таки були, і це стимулювало до продовження експериментів.

В даному плазмогенераторі як робоче тіло випробовувалися пароводяна суміш і повітря. Вихід плазми вийшов інтенсивніше з водяною парою, але для стійкої роботи його необхідно перегрівати до температури не одну сотню градусів, щоб не конденсувався на охолоджених вузлах плазматрона.

Такого нагрівача ще не зроблено, тому експерименти поки що тривають лише з повітрям.

Фотографії нутрощів плазматрону:

Анод виконаний із міді, діаметр отвору сопла від 1.8 до 2 мм. Анодний блок зроблений з бронзи, і складається з двох герметично спаяних деталей, між якими існує порожнина для прокачування рідини, що охолоджує - води або тосолу.

Катодом служить злегка загострений стрижень вольфрамовий діаметром 4 мм, отриманий з зварювального електрода. Він додатково охолоджується потоком робочого тіла, яке подається під тиском від 0.5 до 1.5 атм.

А ось повністю розібраний плазматрон:

Електроживлення підводиться до анода через трубки системи охолодження, а до катода - через провід, причеплений його утримувачу.

Запуск, тобто. запалювання дуги, проводиться закручуванням ручки подачі катода до моменту зіткнення з анодом. Потім катод треба відразу ж відвести на відстань 2..4 мм від анода (пара обертів ручки), і між ними продовжує горіти дуга.

Електроживлення, підключення шлангів подачі повітря від компресора та системи охолодження – на наступній схемі:

Як баластний резистор можна використовувати будь-який відповідний електронагрівальний прилад потужністю від 3 до 5 кВт, наприклад підібрати кілька кип'ятильників, з'єднаних паралельно.

Дросель випрямляча має бути розрахований на струм до 20 A, наш екземпляр містить близько сотні витків товстого мідного дроту.

Діоди підійдуть будь-які, розраховані струм від 50 А і вище, і напруга від 500 V.

Будьте обережні! Цей пристрій використовує безтрансформаторне живлення від мережі.

Повітряний компресор для подачі робочого тіла взятий автомобільний, а для прокачування рідини, що охолоджує, по замкнутому контуру використовується автомобільний омивач скла. Електроживлення до них підводиться від окремого 12-вольтового трансформатора з випрямлячем.

Трохи про плани на майбутнє

Як показала практика, і ця конструкція теж виявилася експериментальною. Нарешті отримано стабільну роботу протягом 5 - 10 хвилин. Але до повної досконалості ще далеко.

Змінні аноди поступово вигоряють, а робити їх з міді, та ще з різьбленням, важко, краще б без різьблення. Система охолодження не має прямого контакту рідини зі змінним анодом і через це теплообмін залишає бажати кращого. Більш вдалим був варіант з прямим охолодженням.

Деталі виточені з напівфабрикатів, які були під рукою, конструкція в цілому занадто складна для повторення.

Також необхідно знайти потужний трансформатор, що розв'язує, без нього користуватися плазматроном небезпечно.

І на завершення ще знімки плазматрона при розрізанні дроту та сталевих пластинок. Іскри летять майже на метр :)

Сучасні інверторні зварювальні апарати покривають більшість потреб для отримання нероз'ємних з'єднань металевих заготовок. Але часом куди зручнішим буде апарат дещо іншого типу, у якому основну роль грає не електрична дуга, а потік іонізованого газу, тобто плазмовий зварювальний апарат. Купувати його для періодичного використання не надто рентабельно. Можна зробити такий зварювальний апарат своїми руками.

Обладнання та компоненти

Виготовити мікроплазмовий зварювальний апарат найпростіше на основі вже наявного інверторного зварювального апарату. Для виконання такої модернізації вам знадобляться такі компоненти:

будь-який інверторний зварювальний апарат для зварювання TIG з вбудованим осцилятором або без нього;
сопло з вольфрамовим електродом від TIG-зварювальника;
аргоновий балон із редуктором;
невеликий шматочок дроту з танталу або молібдену діаметром і довжиною до 20 мм;
фторопластова трубка;
мідні трубки;
невеликі шматочки листової міді завтовшки 1-2 мм;
електронний баласт;
гумові шланги;
гермоввод;
хомути;
проведення;
клеми;
автомобільний бачок склоочисника з електронасосом;
випрямний блок живлення електронасоса склоочисника.

Роботи з доведення та виготовлення нових деталей та вузлів вимагатимуть використання наступного обладнання:

токарний верстат;
електропаяльник;
пальник для паяння з балоном;
викрутки;
пасатижі;
амперметр;
вольтметр.

Повернутись до змісту

Теоретичні основи

Зварювальний апарат для плазмового зварювання може бути одного з 2-х основних типів: відкритого та закритого. Основна дуга зварювального апарату відкритого типу горить між центральним катодом пальника та виробом. Між соплом, яке служить анодом, і центральним катодом горить тільки чергова дуга для основної збудження в будь-який момент часу. Зварювальний апарат закритого типу має лише дугу між центральним електродом та соплом.

Зробити довговічний за другим принципом досить складно. При проходженні основного зварювального струму через сопло анод цей елемент відчуває колосальні теплові навантаження і вимагає дуже якісного охолодження та використання відповідних матеріалів. Забезпечити термостійкість конструкції, коли робиться такий апарат власноруч, дуже важко. Коли робиться плазмовий апарат власноруч, для довговічності краще вибирати відкриту схему.

Повернутись до змісту

Практична реалізація

Часто при кустарному виготовленні зварювального плазмового апарату сопло виточують з міді. За відсутності альтернативи такий варіант можливий, але сопло стає витратним матеріалом навіть за проходження ним лише чергового струму. Його доведеться часто міняти. Якщо вдасться дістати невеликий шматочок кругляка із молібдену або танталу, краще сопло виготовити з них. Тоді можна буде обмежуватися періодичним чищенням.

Розмір центрального отвору в соплі підбирають дослідним шляхом. Починати потрібно з діаметра 0,5 мм і поступово розточувати його до 2 мм, поки потік плазми стане задовільним.

Конусний зазор між центральним вольфрамовим катодом та соплом-анодом повинен становити 2,5-3 мм.
Сопло вкручується в порожню сорочку охолодження, яка через фторопластовий ізолятор з'єднується з утримувачем центрального електрода. У сорочці охолодження циркулює рідина, що охолоджує. Як таку в теплу пору року можна використовувати дистильовану воду, взимку краще антифриз.

Сорочка охолодження являє собою 2 порожнисті мідні трубки. Внутрішня діаметром та довжиною близько 20 мм розташовується на передньому кінці зовнішньої трубки з діаметром близько 50 мм та довжиною близько 80 мм. Простір між торцями внутрішньої трубки і зовнішніми стінками запаюють тонкою листовою міддю. У сорочку за допомогою газового пальника впаюють мідні трубки діаметром 8 мм. По них надходить і відводиться рідина, що охолоджує. Крім того, до сорочки охолодження потрібно припаяти клему для подачі позитивного заряду.

У внутрішній трубці роблять різьблення, в яке вкручують знімне сопло з термостійких матеріалів. На висунутому кінці зовнішньої трубки також нарізають внутрішнє різьблення. У неї вкручується ізолююче кільце з фторопласту. У кільце вкручується утримувач центрального електрода.

Через стінку зовнішньої трубки у простір між сорочкою охолодження та фторопластовим ізолятором впаюється трубка подачі аргону такого ж діаметра, як для охолодження.

По сорочці охолодження циркулює рідина із бачка склоочисника. Живлення на насос електродвигуна подається через окремий випрямляч на 12 В. Вихід для подачі на бачку вже є, повернення рідини можна врізати через стінку або кришку бачка. Для цього в кришці свердлиться отвір і вставляється відрізок трубки через гермоввод. Гумові шланги циркуляції рідини та подачі аргону з'єднуються зі своїми трубками хомутами.

Позитивний заряд береться від джерела живлення. Для обмеження струму через поверхню сопла підбирається відповідний електронний баласт. Електричний струм, що подається, повинен мати постійне значення в районі 5-7 А. Оптимальна величина струму підбирається експериментально. Це має бути мінімальний струм, який забезпечує стійке горіння чергової дуги.

Порушення чергової дуги між соплом та вольфрамовим катодом може здійснюватися одним із двох способів. Вбудованим у зварювальний апарат осцилятором або за його відсутності контактним способом. Другий варіант потребує ускладнення конструкції плазмового пальника. Утримувач центрального електрода при контактному збудженні роблять пружним щодо сопла.

При натисканні на гумову кнопку штока, з'єднаного з тримачем електрода, гострий кінець центрального вольфрамового катода контактує з поверхнею конусної штока. При короткому замиканні у точці контакту різко підвищується температура, що дозволяє збудити дугу при відведенні пружиною катода від анода. Контакт має бути дуже короткочасним, інакше поверхню сопла пригорить.

Порушення струму високочастотним осцилятором краще для довговічності конструкції. Але його придбання чи навіть виготовлення робить для плазмового зварювання нерентабельним.

Працюючи позитивний висновок зварювального апарату з'єднується з деталлю без баласту. Коли сопло опиняється на відстані кілька міліметрів від заготовки, електричний струм перемикається із сопла на деталь. Його значення зростає до виставленого на зварювальному апараті, а утворення з аргону плазми інтенсифікується. Регулюючи подачу аргону та зварювальний струм, можна досягти необхідної інтенсивності перебігу плазми із сопла.

На промислових підприємствах, невеликих майстернях, під час проведення будівельних і ремонтних робіт використовуються ручний плазморіз, коли необхідно зробити зварювання чи різання виробів із металу, і навіть спеціальне устаткування оснащене системами ЧПУ. Для виконання невеликих за обсягом робіт, може використовуватися плазморіз, зібраний своїми руками з інвертора, який здатний забезпечити високу якість різу або шва з урахуванням виконуваних операцій.

Принцип дії плазморізу

При включенні джерела живлення струм починає надходити в робочу зону у внутрішню камеру плазмореза, де активується чергова електрична дуга між наконечником сопла і електродом. Утворююча дуга заповнює канал сопла, куди під великим тиском починає подаватися повітряна суміш, яка за рахунок високої температури 6000-8000 ° C сильно нагрівається та збільшується в об'ємі від 50 до 100 разів. За рахунок внутрішньої форми звуження сопла, яке має форму конуса потік повітря, стискається, розігріваючись до температури на виході рівної 25000 - 30000 ° C, з утворенням плазмового струменя виробляє різання оброблюваної болванки. Причому спочатку активована чергова дуга гасне та активується робоча між електродом та виробом з металу. Продукти, що утворюються від впливу плазмового горіння і плавки металу видаляються за рахунок сили струменя.

Рис 1 Проведення операцій з оброблення металу, де необхідний розкрій або зварювання виробу, використовуючи ручний саморобний виготовлений своїми руками або професійний плазморіз.

Оптимальними показниками для робочого процесу є:

подача газу зі швидкістю до 800 м/с;
показник струму може становити до 250 - 400 А.

Схема 1. Креслення процесу плазмового оброблення виробу, що обробляється.

Ручний плазморіз зібраний з використанням інвертора в основному застосовується для обробки заготовок і відрізняється невеликою вагою та економною витратою електроенергії.

Підбір складових частин плазморізу

Для складання плазмового різака, використовуючи креслення (на основі інвертора), своїми руками необхідні агрегати:

будову подачі газу під тиском – компресор;
плазмовий різак;
електротехнічний пристрій - інвертор, що забезпечує силу струму для утворення електричної дуги;
робочі шланги високого тиску для подачі повітря та захищений електричний кабель.

Для подачі повітря підбираємо компресор із урахуванням вихідного обсягу протягом 1 хв. Виробничі компанії випускають 2 види компресорів:

апарат поршневий;
апарат гвинтовий (який має меншу витрату електроенергії, легше, але 40-50% дорожче).

Мал. 2 Плазморіз (апарат) з комплектом кабелю для різака та з'єднання із заготівлею (як анод).

Поршневі компресори поділяються на масляні та без застосування олії, за принципом приводу - з ремінним або прямим з'єднанням елементів.
При експлуатації компресорів необхідно дотримуватись ряду правил:

при негативній температурі навколишнього середовища необхідно попередньо прогрівати олію, що міститься в картері;
необхідно регулярно міняти повітряний (вхідний) фільтр;
суворо контролювати рівень олії в картері;
не рідше 1 разу півроку необхідно здійснювати повне очищення агрегатів від сторонніх домішок;
після закінчення робіт необхідно зробити скидання тиску (за допомогою регулятора) у системі.

Під час ремонтних робіт часто використовується продукція компанії ORLIK KOMRESSOR (Чехія). Апарат ORL 11 дозволяє проводити різання заготовки з використанням сили струму 200-440 А і повітряно-газового потоку, що надходить під тиском.

У комплект обладнання входить:

компресор;
блок фільтрів магістральних для повітряно-газової суміші;
осушувачі газу;
ресивер.

На виході з агрегату надходить очищене повітря від олії, пилу та вологи. Прикладом гвинтових компресорів є продукція фірми Atlas Copco (Швеція) серії СА. Пристрій оснащений автоматичною системою видалення конденсату для очищення повітря.

Плазматрон - спеціальний апарат, в якому за допомогою електричного струму утворюється електродуга, що розігріває в камері повітря, що подається під тиском, з утворенням ріжучого потоку плазми.

Різак складається з елементів:

спеціального утримувача з електродом;
ізолюючої прокладки розділяючої сопло та електродний вузол;
камери утворення плазми;
сопла вихідного для утворення плазмового струменя (див. креслення);
постачальних систем;
елементів тангенціальної подачі плазми (на деяких моделях) для стабілізації дугового розряду

За способом виконання робіт (зварювання чи різання) різаки поділяються:

Двопотокові, що використовуються у відновлювальних, окисних та інертних середовищах.
Газові інертні (з використанням гелію, аргону), відновлювальні (водню, азоту).
Газові окислювальні (до складу повітряно-газової суміші входить кисень).
Газові із застосуванням стабілізаційної (газорідинної) дуги.

Катод плазматрона виготовляється у вигляді стрижня або вставок із вольфраму, гафнію, цирконію. Широкого поширення набули плазматрони з гільзовим катодом, що застосовується при різанні з використанням повітряно-газового потоку під тиском.

Для проведення різання виробів в окисному середовищі використовується пустотний катод, виготовлений з міді з примусовою охолоджувальною системою за допомогою води.

Мал. 3 Переносний апарат (інвертор) для здійснення плазмового різання.

Плазморіз двопотоковий (інверторний) оснащуються двома співвісними соплами зовнішнім і внутрішнім. Надходить газ у внутрішнє сопло вважається первинним, а зовнішнє – додатковим, причому гази можуть мати різний склад та обсяг.

Плазморіз зі стабілізацією дуги за рахунок подачі газорідинного потоку має відмінність, яка полягає в подачі води у смолоскипну камеру для стабілізації стану дугового розряду.

Для активації робочої дуги як анод використовується заготівля, яка за допомогою затискачів та кабелю приєднується до інвертора.

В якості енергетичної установки для здійснення процесу плазмового різання використовується пристрій (інвертор), що забезпечує необхідну силу струму, який має більш високу ККД, ніж трансформатор, але можливості обробки металу у трансформатора значно вище.

Схема 2. Креслення джерела живлення плазматрона своїми руками.

Переваги інвертора:

можливість поступово змінювати параметри;
невелика вага;
стійкий стан робочої дуги;
висока якість різу або зварювання.

У комплект обладнання також входить набір шлангів високого тиску для підключення стаціонарного компресора та електричний кабель.

Для складання плазмореза своїми руками розробляється схема пристрою із зазначенням необхідних агрегатів, що відповідають необхідним характеристикам, яка повинна включати всі доповнення та зміни, що використовуються при складанні з приведенням необхідних розрахунків найважливіших показників. Саморобний плазморіз своїми руками можна зібрати, використовуючи готові блоки та агрегати, вироблені спеціалізованими компаніями при цьому необхідно зробити точні розрахунки та узгодження вихідних параметрів процесів, що протікають.

Особливості маркування плазморізів

Плазморізи, що випускаються промисловими підприємствами, можна розділити на 2 категорії:

агрегати машинного різання;
ручні.

Ручні різаки доступніші за ціною при необхідності складання своїми руками. Вироблені моделі мають спеціальне маркування:

ММА - апарат призначений для дугового зварювання за допомогою індивідуального електрода;
CUT - апарат (плазморіз) використовується для обробки металу;
TIQ - апарат застосовується для робіт, де необхідне аргонне зварювання.

Виробничі підприємства випускають обладнання для різання металу:

Профі CUT 40 (пальник РТ-31, допустима товщина різу – 16 мм, витрата повітряно-газової суміші – 140 л/хв, ресивер об'ємом 50 л);
Профі CUT 60 (пальник Р-80, допустима товщина різу заготовки - 20 мм, витрата повітряно-газової суміші - 170 л/хв.);
Профі CUT 80 (пальник Р. – 80, допустима товщина різу заготовки – 30 мм, витрата повітряно-газової суміші – 190 л/хв.);
Профі CUT 100 (пальник А-101, допустима товщина різу заготовки – 40 мм, витрата повітряно-газової суміші – 200 л/хв.), ресивер об'ємом 100 л.

Виготовлення плазморізу з ЧПУ своїми руками

Плазморіз оснащений ЧПУ повинен мати уніфіковане складання, використовуючи креслення, виконані на основі підготовленого технічного завдання виробу, куди входять:

стіл робочий;
передача ремінна;
блок керування функціями;
крокові елементи;
напрямні лінійні;
система регулювання висоти різу;
блок управління ЧПУ;

Схема 3. Креслення пристрою інвертора для плазмового різання.

Креслення всіх блоків плазморізу можна придбати з урахуванням необхідної потужності та характеристик установки та фінансових можливостей або зробити своїми руками за наявності досвіду та знань.

Для комплектування та збирання верстата з ЧПУ необхідно, використовуючи креслення, виготовити ряд елементів:

основа для зварювання столу;
збирається міцна рама з наступним забарвленням;
кріпляться опорні стійки;
збирається водяний стіл;
встановлюються кріплення та самі рейки;
монтуються напрямні лінійні;
монтується облицювання столу;
встановлюються напрямні разом із порталом;
портал оснащується двигуном та сигнальними датчиками;
монтуються напрямні, двигун направляючої Y та зубчаста рейка регулювання позиціонування;
монтується напрямна з оснащенням двигуном;
монтується сигнальний датчик поверхні металу;
монтується кран для видалення води зі столу;
прокладаються сполучні кабелі-канали X.Z.Y;
дроти ізолюються та закриваються за допомогою облицювання;
монтується робочий різак;
збирається та монтується пристрій з ЧПУ.

Проведення операцій з виготовлення та збирання плазмотрону з ЧПУ повинні виконуватися тільки за наявності кваліфікованих фахівців. Схема пристрою (креслення) повинна містити всі необхідні елементи, що забезпечують високу якість роботи та безпеку виконання різання металу. Оснащення підприємств обладнанням із ЧПУ дозволяє підвищити продуктивність праці та складність виконання операцій. Зробити виробничі процеси, що виконуються за допомогою обладнання з ЧПК економічнішими за рахунок підвищення продуктивності праці та скорочення швидкості обробки виробів.

Вам також можуть бути цікаві статті:

Як зробити стругальний верстат по дереву своїми руками Як зробити гільйотину для різання металу своїми руками?