Плазморез своими руками из инвертора: видео, чертежи, схемы

2 Основные типы оборудования и виды аппаратов для ручной резки

Все оборудование делится на устройства косвенного действия, предназначенное для резки бесконтактным способом, и прямого действия – для контактной. Первый тип применяют в основном для обработки различных неметаллических материалов (как на видео). В них дежурная дуга образуется между соплом и электродом плазмотрона.

Оборудование прямого действия применяют для резки различных металлов и их сплавов. При работе разрезаемая заготовка подключается к плюсовому выходу плазменного устройства, становясь частью его электрической схемы. Все аппараты для ручной резки металлов являются устройствами второго типа – прямого действия. В них для создания плазмы, охлаждения сопла и обдува поверхности реза обычно используют воздух, подаваемый из баллона или от компрессора. Аппараты бывают инверторные и трансформаторные.

Первые, по сравнению со вторыми, компактны, эстетичны, потребляют меньше электроэнергии и мало весят, что немаловажно при работах на выезде. У них также выше на 30 % КПД и более стабильная электрическая дуга. Однако инверторы менее мощные и довольно чувствительны к перепадам напряжения в сети

Трансформаторы более надежны и долговечны, не боятся скачков питания и их можно использовать для резки металлов большей толщины

Однако инверторы менее мощные и довольно чувствительны к перепадам напряжения в сети. Трансформаторы более надежны и долговечны, не боятся скачков питания и их можно использовать для резки металлов большей толщины.

Принцип действия

После нажатия на кнопку розжига происходит пуск источника электроэнергии, подающий в рабочий инструмент высокочастотный ток. Возникает дуга (дежурная) между расположенным в резаке (плазмотроне) наконечником и электродом. Температурный диапазон от 6 до 8 тысяч градусов. Стоит заметить, что рабочая дуга создается не моментально, существует определенная задержка.

Затем в полость плазмотрона поступает сжатый воздух. Для этого предназначается компрессор. Проходя сквозь камеру с дежурной дугой на электроде, он подвергается нагреву и увеличивается в объеме. Процесс сопровождается ионизацией воздуха, что переводит его в токопроводящее состояние.

Через узкое сопло плазмотрона полученный поток плазмы подается к обрабатываемой детали. Скорость потока составляет 2 – 3 м/с. Воздух в ионизированном состоянии способен нагреваться до 30 000°С. В этом состоянии значение электропроводимость воздуха близка к проводимости металлических элементов.

После контакта плазмы с разрезаемой поверхностью дежурная дуга отключается и действовать начинает рабочая. Далее осуществляется плавка в точках резки, из которых расплавленный металл продувается подаваемым воздухом.

Подробно про технологию плазменной резки и работу с оборудованием возможно почитать в соответствующей статье.

Правила техники безопасности при работе плазморезом

Процесс плазменной резки при несоблюдении правили работы является опасным для здоровья и жизни людей. Основными вредными факторами являются:

Брызги расплавленного металла. Во время реза поток плазмы расплавляет металл и выдувает его из разрезаемой детали. Попадание расплавленных капель на горючие вещества приводит к их возгоранию, а попадание на кожу вызывает сильные ожоги, вплоть до IV степени (обугливание). Для защиты необходимо направлять поток плазмы в сторону от людей и горючих материалов.
Вредные газы и пыль. Во время реза металл на только расплавляется, но и горит. Образующийся при этом дым вреден для здоровья. Кроме того горят загрязнения на поверхности деталей. Поэтому рабочее место необходимо оборудовать вытяжной вентиляцией и работать в респираторе.
Яркий свет. Во время работы электросварки и резки плазмой, образованной электрической дугой, кроме видимого света появляется ультрафиолет. Этот вид излучения приводит к ожогам сетчатки глаз. Для защиты рабочее место огораживается переносными щитами, а резчик должен пользоваться защитным щитком.
Температура. После завершения работы края детали некоторое время остаются нагретыми до высокой температуры и прикосновение к ним может привести к ожогам. Для того, чтобы избежать подобных травм к разрезанным деталям можно прикасаться только в защитных рукавицах или через некоторое время, достаточное для остывания кромок.

Инвертор

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

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

Схема

Как любая электроустановка, агрегат плазменной резки собирается согласно электросхемам.

Принципиальная

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

На принципиальной схеме аппарата изображены следующие элементы:

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

Управления

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

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

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

Подключения

На схеме подключения указаны кабеля и шланги, соединяющие все элементы между собой. На ней указывается сечение и длина проводов, а также место подключения.

Компрессор

По инструкции использование компрессора подразумевает, что будет применяться кислород, либо инертный газ. На практике же чаще его подключают к баллонам, в которых – специальная смесь. Именно такая смесь обеспечивает сильный пучок плазмы при достойном охлаждении. Если жеплазморез используется в быту, то для экономии и простоты дела рекомендуют использовать простой компрессор. Эту составляющую вполне можно собрать своими силами, где роль ресивера будет выполнять обычный баллон. Компрессор же часто берут из холодильника, либо из машины ЗИЛ

Важно не ошибиться с регулированием давления. Делается это опытным путем, мастерами, на начальном этапе работ

Принцип работы устройства

Установка плазменной резки представляет из себя своего рода гибрид электросварки и газового резака – металл плавится электричеством, а расплав выдувается потоком газа.

Основной частью этого аппарата является плазмотрон. Внутри него находится медный электрод со стержнем из тугоплавкого металла – бериллия, тория, циркония или гафния. На конце головки находится сопло, формирующее поток плазмы. Сопло отделено от электрода изолятором. Рез производится обратной полярностью – электрод является анодом, а сопло и разрезаемый металл катодом.

Работает установка следующим образом:

при включении агрегата на электрод и сопло подается напряжение от сварочного трансформатора;
при помощи осциллятора между этими элементами возникает вспомогательная электрическая дуга, ограниченная добавочным сопротивлением;
эта дуга разогревает газ, подаваемый в плазмотрон до 8000°С, что превращает его в плазму и увеличивает давление внутри головки;
потоком воздуха или другого газа поток плазмы выдувается из сопла;
при выходе из него плазма сжимается в узкий пучок, скорость которого может достигать 1500м/с, а температура 30000°С;
при соприкосновении плазмы и разрезаемой детали ток начинает идти через массу трансформатора;
токовое реле, установленное последовательно с деталью, отключает осциллятор и вспомогательную дугу.

Толщина разрезаемого металла зависит от силы тока сварочного трансформатора.

Информация! При токе более 100А плазмотрон и подходящий к нему кабель нуждаются в охлаждении проточной водой или другой охлаждающей жидкостью.

Как сделать плазморез своими руками

Основы плазменной резки понятны, конструкция плазмореза тоже ясна, можно приступать к его сборке. Кстати, для этого не нужны специальные чертежи.

Итак, что будет необходимо.

Нужно найти источник электроэнергии. Самый простой вариант – это сварочный трансформатор или инвертор. По многим причинам инвертор лучше. К примеру, у него стабильное значение тока, без перепадов. Он экономичнее в плане потребления электроэнергии

Обратить внимание придется на ток, который выдает сварочный аппарат. Его значение не должно быть меньше 250 ампер.
Источник сжатого воздуха

Здесь без изменений – компрессор. Но какой? Основной параметр – давление воздуха. На него и надо будет обратить внимание. 2,0-2,5 атм. – будет нормально.
Резак можно приобрести в магазине. И это будет идеальным решением. Если есть в наличии резак для аргонной сварки, то и его можно переделать под плазменную резку. Для этого из меди придется сделать насадку в виде сопла, которая вставляется в резак аргонной сварки.
Комплект шлангов и кабелей, для соединения всех частей самодельного плазмореза. Опять-таки комплект можно приобрести в магазине, как единый соединяющий элемент.

Вот четыре элемента, с помощью которых собирается самодельный плазморез.

Вспомогательные элементы и материалы

На что еще необходимо обратить внимание, собирая аппарат плазменной резки своими руками. Как уже было сказано выше, основная характеристика плазменного резака – это диаметр его отверстия

Каких размеров он должен быть, чтобы качество реза было максимальным. Специалисты считают, что диаметр в 30 мм – оптимальный размер. Поэтому, покупая резак в магазине, нужно обратить внимание, есть ли в его комплекте сопло с таким отверстием.

К тому же надо подбирать сопло со значительной длиной. Именно этот размер дает возможность струе сжатого воздуха набрать необходимую скорость. От чего рез металла получается аккуратным, а сам процесс резки быстрым и легким. Но не стоит приобретать сопло уж очень большой длины. Такое приспособление быстро разрушается под действием высоких температур.

Что касается выбора электрода для плазмореза, то тут необходимо обратить внимание на сплав, из которого он изготовлен. К примеру, если в сплав входит бериллий, то это радиоактивное вещество

Работать с такими электродами долго не рекомендуется. Если в сплав входит торий, то при высоких температурах он выделяет токсичные вещества. Идеальный электрод для плазменной резки, в сплав которого входит гафний.

Что нужно для плазмореза?

Наиболее простым вариантом сделать плазморез, будет изготовление устройства своими руками из инвертора. Он отличается достаточно простой конструкцией, работоспособностью и доступностью основных деталей.

Схема устройства плазмотрона.

Самодельное оборудование резки с помощью плазмы не оснащается ЧПУ. Данный факт можно отнести скорее к преимуществам, чем к недостаткам. Конечно, сделать два абсолютно одинаковых изделия будет практически невозможно. С другой стороны нет необходимости приобретать одну из самых дорогих деталей.

Кроме того не каждый квалифицированный специалист способен самостоятельно сделать подобный узел. Покупать же готовые детали – практически тоже самое, что и купить новый инструмент.

Чтобы собрать плазменный аппарат, понадобятся следующие элементы:

компрессор для подачи газа под давлением;
плазменный резак;
инвертор;
защищенный электрический кабель;
шланги.

Эксплуатировать компрессоры необходимо с соблюдением ряда правил:

работа в отрицательных температурах требует предварительного прогрева масла;
следует регулярно менять воздушный фильтр;
необходимо контролировать уровень масла;
раз в полгода следует проводить полную очистку от посторонних примесей;
по завершению работы делается сброс давления в системе.

Чтобы собрать плазменный сварочный инструмент своими руками, возможно использование простого компрессора сжатого воздуха. По тонким шлангам с соответствующими разъемами осуществляется воздухообмен. На входе устанавливают электрический клапан, регулирующий подачу воздуха.

Провод от устройства к горелке аппарата следует разместить в канале. Тут лучше размещать большой шланг, чтобы в нем мог поместиться кабель. Проходящий поток воздуха помимо своего прямого назначения будет также обеспечивать охлаждение провода.

Работа сварочного плазмореза требует силу тока, соответствующую величине, которая вырабатывается инвертором или трансформатором. Во втором случае установка получится громоздкой. Большой вес трансформатора в совокупности с баллоном или компрессором сделают аппарат немобильным.

Важным фактором является и низкий коэффициент полезного действия трансформатора, в связи с чем будет высокий расход электроэнергии при резке.

Плазменная сварка и резка.

Использование инвертора существенно проще, удобнее и выгоднее по расходам на электричество. В результате с использованием такого узла можно обеспечить приемлемую мобильность инструмента, способного резать металл толщиной до тридцати миллиметров.

Плазмотрон – второй по важности элемент данного приспособления. Этот узел отличается крайне сложным устройством

В связи с этим изготовить его самостоятельно практически невозможно, хотя чертежи подобной детали можно без труда найти в интернете.

Стоит отметить, что плазмотрон работает под высоким давлением и температурой. Если сделать что-либо неправильно, то он становится опасным. Собрать подобную деталь можно из уже готовых элементов, продающихся в специализированных магазинах.

Не стоит забывать и про рабочий газ. Изготавливая устройство резки плазмой, следует определиться с условиями его эксплуатации. В обработке черных металлов достаточным будет использование одного компрессора. Медь, титан и сплавы на основе меди потребуют азота, а алюминий – азота с водородом.

Средняя стоимость оборудования

Сегодня в магазинах представлено большое количество оборудования для ручной резки металлов, которые предлагаются по различным ценам. Причем на стоимость этих аппаратов будут оказывать влияние несколько факторов:

тип оборудования;
производитель;
максимальная толщина необходимого реза;
модель аппарата.

Избежать ошибок на этапе выбора инструмента для резки металлов можно при условии, что вы посетите несколько магазинов и сравните условия, на которых вам готовы продать это оборудование. Рассматривая различные модели плазморезов, сразу следует поинтересоваться ценами на комплектующие, без которых не обойтись, если придется выполнять ремонт этого оборудования. В среднем цены запасные части к плазморезам с учетом толщины среза находятся в следующем диапазоне:

При толщине не более 30 мм – 150–300 тыс. руб.;
При толщине не более 25 мм – 81–220 тыс. руб.;
При толщине не более 17 мм – 45–270 тыс. руб.;
При толщине не более 12 мм – 32–230 тыс. руб.;
При толщине не более 10 мм – 25–20 тыс. руб.;
При толщине не более 6 мм – 15–200 тыс. руб.

Схема плазмореза и ее работа

Как сделать плазморез хорошо показано на некоторых видео в сети. Там же можно найти и важные схемы, по которым собирается устройство. Чтобы прочитать обозначения, необходимы элементарные навыки электротехники и умение понимать условные обозначения.

Схема плазмореза обеспечивает в реальности возможность выполнения работы аппаратом. Происходит это следующим образом:

Плазмотрон имеет кнопку пуска процесса. Нажатие кнопки включает реле (Р1), подающее ток на блок управления.
Второе реле (Р2) пускает ток на инвертор, и одновременно подключает электроклапан, выполняющий продувку горелки. Поток воздуха высушивает камеру горелки и освобождает ее от возможных окалин и мусора.
Через 3 секунды срабатывает третье реле (Р3), питающее электроды.
Одновременно с третьим реле запускается осциллятор, ионизирующий воздух между катодом и анодом. Возбуждается дуга, называемая дежурной.
Когда пламя подносят к изделию, подключенному к массе, зажигается дуга между плазмотроном и поверхностью, называемая рабочей.
Реле геркона отсекает подачу тока, работающего на розжиг.
Ведется резка или сварка материала. Если контакт с поверхностью был потерян (дуга попала на уже вырезанное место), то реле геркона снова срабатывает на розжиг дежурной дуги.
После отключения кнопки на плазмотроне, любой вид дуги гаснет, а четвертое реле (Р4) запускает кратковременную подачу продувочного воздуха для удаления с сопла нагоревших элементов.

Сборка плазменного резака

Схема плазменной сварки открытой и закрытой плазменной струей.

Для плазмотрона необходимо подобрать электрод, можно приобрести из тория, бериллия, циркония либо гафния. Такие материалы являются оптимальными для обеспечения резки воздушно-плазменного типа. На поверхности электродов в процессе резки возникают так называемые тугоплавкие оксиды, они не дают электроду разрушаться. При выборе следует помнить, что некоторые их этих металлов опасны для сварщика. Бериллий вызывает образование радиоактивных оксидов, а торий – токсичных. Лучше всего использовать гафний, он абсолютно безопасен для оператора.

При сборке внимание следует уделить соплу, при помощи которого формируется струя для резки. От диаметра сопла зависят характеристики струи, время резки, ширина резки

Лучше всего использовать изделия диаметром в 3 см, длина его должна быть значительной, чтобы рез получился более качественным и аккуратным. Однако брать слишком длинное сопло нельзя, оно быстро разрушается.

Для подачи воздуха конструкции необходим компрессор. Особенности работы резака предполагают, что использоваться будут газы для защиты и плазмообразования, при этом работа проводится при силе тока в 200 А, но не больше. Для функционирования устройства используется сжатый воздух, он необходим для охлаждения оборудования в процессе работы и для формирования плазмы. Такой вариант позволяет резать заготовки, толщина которых составляет 50 мм. Для промышленного оборудования сжатый воздух не используется, здесь применяются кислород, гелий, водород, аргон, азот, их смеси.

Для соединения источника питания, плазмотрона и компрессора применяется специальный кабель-шланговый пакет. Порядок сборки такой:

Инвертор (или трансформатор) электрическим кабелем соединяется с электродом для создания дуги.
Через шланг от компрессора подается сжатый воздух, он образует плазменную струю внутри плазмотрона.

Резак на основе трансформатора

Как и другие компоненты системы, источник питания собирают или дорабатывают своими руками. Подробная инструкция помогает легко справиться с этой задачей.

Схема устройства

В электрическую цепь аппарата входят такие узлы:

сварочный трансформатор с выпрямителем;
пусковое реле;
осциллятор;
резистор, понижающий напряжение вспомогательной дуги;
кнопка запуска;
контактор, деактивирующий изначальную дугу;
компрессор с элементами управления.

На правильно составленной схеме должны отображаться все элементы вне зависимости от мест их расположения.

Какие детали будут необходимы

Помимо сварочного инвертора, для создания аппарата потребуются:

Держатель со сменным стержнем. При силе тока до 100 А и толщине обрабатываемой детали до 5 см элемент изготавливают из меди. Держатель более мощного агрегата снабжают каналами для жидкостного охлаждения. Для розжига дуги оставляют расстояние в 2 мм между соплом и электродом. Главный стержень делают подвижным.
Изолятор из фторопласта. По причине быстрого износа деталь является сменной.
Корпус с соплом.
Кабели: силовой и для розжига дежурной дуги.
Шланги. В аппаратах с жидкостным охлаждением неизолированный провод находится в трубке, подающей воду к горелке. Также потребуется отдельный шланг для вывода газа в сопло.

Рекомендуем к прочтению Особенности настройки сварочной маски Хамелеон

Сборка плазменного резака

Работу начинают с переделки сварочного трансформатора. Количество витков обмотки выбирают с учетом будущих характеристик оборудования и разрезаемых деталей.

При толщине листа до 1,2 см, силе тока 50 А и напряжении холостого хода 20 В устанавливают такие значения:

сечение сердечника – 107 мм²;
число витков первичной обмотки – 225, вторичной – 205.

После переделки трансформатора подсоединяют другие элементы:

Компрессор производительностью 140-190 л в минуту. Давление, создаваемое агрегатом, должно составлять более 4,5 бара.
Кабели и шланги для объединения компонентов. Сечение питающего провода зависит от мощности плазмореза. При силе тока 50 А оно составляет 6 мм². Сечение провода для дежурной дуги – 1,5 мм². Рекомендованный диаметр воздушного шланга – 1 см.
Осциллятор. При создании плазмореза из трансформатора в качестве этого блока можно использовать автомобильную систему электронного зажигания.

Воздушный шланг соединяют с отводом компрессора. Провод клавиши пуска подключают к управляющему блоку.

Особенности использования

При работе с резаком из трансформатора от сварочного полуавтомата тщательно соблюдают правила безопасности, что объясняется воздействием следующих вредных факторов:

Брызг расплава. Под влиянием плазмы металл нагревается до экстремальной температуры. Воздушный поток выдувает его из линии разреза. Попадание брызг на некоторые материалы приводит к их возгоранию. Контакт расплава с кожей человека приводит к глубоким ожогам. Поэтому плазменную струю направляют в противоположную от сварщика и легковоспламеняющихся материалов сторону.
Запыленности и загрязненности воздуха вредными газами. Металл при плазменной резке начинает гореть. Дым опасен для органов дыхания человека. Поэтому над рабочим столом устанавливают вытяжку. Мастер надевает респиратор.
Яркого света. Плазмотрон является мощным генератором ультрафиолетового излучения, вызывающего ожог сетчатки глаза. Поэтому резчик надевает защитную маску, оборудует рабочую зону передвижным щитом.
Температуры. Края полученных заготовок длительное время сохраняют тепло. Прикасаться к ним можно только в рукавицах после остывания деталей.

Плазморез своими руками из инвертора

2 Основные типы оборудования и виды аппаратов для ручной резки

Принцип действия

Правила техники безопасности при работе плазморезом

Инвертор