Плазморез своими руками из инвертора для плазменной резки металла (7 фото + 2 видео)

Как устроен аппарат плазменной резки?

Главные элементы аппаратов плазменной резки металла – плазмотрон, источник электропитания и так называемый кабель-шланговый пакет для соединения с компрессором. В качестве источника питания могут быть использованы инвертор или трансформатор.

Плазмотрон

Это главная часть аппарата плазменной резки. В свою очередь, он состоит из сопла, электрода и изолятора. По своей форме это корпус с камерой цилиндрической формы и малым выходным каналом, в котором формируется дуга. Электрод находится с тыла камеры, его функция – возбуждение дуги.

Электроды

Это специальные расходники, сделанные именно для резки металла. Чаще их производят из циркония, тория или гафния. Самые распространенные – из гафния.

С бериллием и торием нужно быть поосторожнее – эти элементы обладают радиоактивным компонентом.

Все эти элементы отличаются тем, что на их поверхности формируются оксиды с тугоплавкими свойствами. Эти оксиды как раз и защищают электрод от разрушения.

Розжиг или возбуждение дуги напрямую между электродом и металлической заготовкой произвести сразу трудно. Поэтому первым делом разжигается промежуточная дуга между электродом и плазмотроном. Затем воздух под давлением проходит чрез дугу, ионизируясь и нагреваясь.

Схема устройства плазменного резака.

В итоге объем этого воздуха повышается в объеме во много раз, он превращается в поток плазмы. Плазма вырывается из суженого конца сопла с огромной скоростью и высочайшей температурой вплоть до 30000°С.

Такому потоку все по силам, в дополнение ко всему он обладает очень высокой теплопроводностью – практически такой же, как у металла заготовки, которую нужно резать.

Настоящая дуга – та самая, которая нужна, формируется при выходе плазмы из сопла плазмотрона. Теперь именно эта рабочая дуга является главным режущим фактором.

Сопло плазмотрона

Различается по диаметру, от которого будут зависеть функциональные возможности всего аппарата. Прежде всего эта зависимость касается объема ионизированного воздуха, выходящего из сопла: именно им обусловлены главные характеристики резака – скорости работы и охлаждения, ширина шага реза.

Чаще встречаются сопла с малым диаметром, не превышающим 3-х мм. Зато длина сопла больше – около 10-ти мм.

Защитные газы

Прежде всего эти газы образуют плазму, их даже называют плазмообразующими. Такие газы используются только в мощных промышленных аппаратах для резки толстых металлов. Чаще это гелий, аргон, азот и их различные смеси. Кстати, кислород сам по себе также является защитным и плазмообразующим газом. Он используется в резаках небольшой мощности для резки металлов не толще 50-ти мм.

В плазмотроне расходными материалами являются сопло и электроды. Их нужно менять в положенных сроки.

https://www.youtube.com/watch?v=grj5WCpW9c8

Преимущества и недостатки плазменной резки

По сравнению с лазерной резкой, работы по резке металлов с помощью плазмы имеют много достоинств:

1. Материал можно точно и быстро разрезать независимо от того, какой он толщины.
2. С помощью плазмы разрезается любой металл: тугоплавкий, черный, цветной.
3. Аппаратом для плазменной резки можно обрабатывать не только металл, но и другие материалы.
4. Плазмотроном легко режутся материалы различной ширины и под углом.
5. Во время работ в воздух практически не выбрасываются загрязняющие вещества.
6. Изделия получаются практически без загрязнений и с наименьшим количеством дефектов.
7. Плазмотроном можно выполнять художественные работы. С его помощью доступна художественная резка деталей, сложная фигурная резка.
8. Так как металл перед работой прогревать не нужно, сокращается время прожига.

Все достоинства плазменной резки можно увидеть на видео ниже.

Как и любой аппарат, наряду с преимуществами, плазмотрон имеет свои недостатки:

• необходимость соблюдения правила обслуживания;
• большой шум, создаваемый аппаратом во время его работы;
• толщина разрезаемого металла не должна быть более 10 сантиметров;
• высокая стоимость плазмотрона.

Рейтинговые аппараты для резки

При выборе прибора нужно ориентироваться на рейтинг плазморезов. К наилучшим моделям относятся:

• Сварог CUT 40B (R34). Обладает мощностью 3,84 кВт. Работает от напряжения 220 Вт. Размеры составляют 425 x 205 x 355 мм. Аппарат рассчитан на работу с тонким листовым металлом; легкий и удобный в управлении.
• AURORA PRO AIRFORCE 60 IGBT. Подключается к напряжению 380 Вт. Максимальная толщина режущей поверхности 20 мм. Можно работать с любыми марками материала, проводящими ток. Режущая сила тока составляет 60 А.
• BRIMA CUT 120. Работает от напряжения 380 Вт. Имеет возможность разрезать листы толщиной 35 мм. Мощность аппарата составляет 20 кВт. Размеры: 475 x 330 x 370 мм.
• КЕДР CUT-40B. Потребляемое напряжение — 220 Вт. Разрезает листы металла толщиной 12 мм.
• Lincoln Electric Tomahawk 1538. Питается напряжением 380 Вт. Имеет угольный электрод. Ток резки составляет 30−100 А. Размеры — 455 x 301 x 640 мм.

Принцип работы плазмореза

температуры на уровне 30000°C

Любой плазморез оснащен плазмотроном. Речь идет о плазменном резаке, подключенном кабелем и шлангом к основному аппарату. Все плазмотроны могут иметь прямое либо косвенное действие. В первом случае заготовка включается в электрическую цепь. Если же планируется обработка неметаллических деталей, то подойдет изделие косвенного действия.

Возможности плазмотрона зависят непосредственно от сопла. Изделия с большим диаметром могут пропускать значительное количество воздуха, а значит, скорость нарезки будет значительной. Чаще всего при плазменной резке применяются сопла диаметром до 3 мм. Длина элемента составляет 9–12 мм. Если использовать действительно длинное устройство, то качество среза будет очень высоким, однако само сопло может быстро износиться. Оптимальным считается показатель, превышающий диаметр в 1,5 раз.

Внутри плазмотрона расположен металлический стержень, выполненный из гафния. Этот элемент выступает в роли электрода.

В процессе плазменной резки часто используется исключительно воздух, представляющий собой защитный и плазмообразующий газ одновременно. При этом возможно незначительное окисление поверхности. Чтобы избежать такого последствия, в некоторых промышленных агрегатах может дополнительно использоваться кислород, гелий, водород и прочие газы.

Характеристика и преимущества оборудования

Востребованность плазмореза связана с комплексом преимуществ, которым обладает данное устройство:

• возможность автоматической обработки в автономном или полуавтономном режиме;
• высокая точность выполнения поставленных задач;
• длительный эксплуатационный период;
• наиболее высокий показатель производительности среди аналогичных устройств;
• простота использования.

Для серийного производства на самодельном станке с ЧПУ достаточно одного человека выполняющего функции оператора.

Благодаря управляющей программе станок с ЧПУ способен изготовлять подряд большое количество деталей с идентичными параметрами. Несмотря на высокую мощность сигнала, в сравнение с другими станками плазморез потребляет минимальный объем электричества. Это позволяет экономить на работе с плазменным станком.

Комплектующие самодельного станка редко выходят из строя. Чаще всего поломки возникают с плазменным резаком. На современных устройствах об этом может сообщать специальный сигнал. Данная деталь стоит относительно дорого, но способна прослужить длительное время.

Плазменная резка является одним из самых скоростных видов обработки. Станочный прибор имеет сложную конструкцию, в состав которой входит электронное оборудование. Но обучение по его использованию занимает минимум времени.

Станок плазменной резки металла с ЧПУ способен обрабатывать даже самые твердые виды стали. Минимальная толщина, на которую погружается плазменный резак, составляет 0,5 миллиметров. Максимальная может достигать 15 сантиметров. При помощи плазменного резака обеспечивается ровный срез в соответствии с заданной схемой, но при этом заготовка практически не нагревается. Преимущество рабочего инструмента заключается в крайне низкой вероятности сбоев, когда выполняется ЧПУ плазменная резка.

Классификация и предназначение

Плазморезы используются для работы с электропроводящими материалами. Основное назначение плазморезов — изготовление деталей из металла. В некоторых случаях оборудование используется для плазменной резки с ЧПУ заготовок из древесины и пластика.

Основные отличия среди плазменных станков имеются по способу зажигания дуги и мощности, с которой работает система охлаждения.

В зависимости от способа применения станочные приборы делятся на устройства, работающие с:

• защитными восстановительными газами;
• окислительными газами, насыщенными кислородом;
• смесями;
• газожидкостными стабилизаторами;
• водной и магнитной стабилизацией.

По типу оборудования станки плазменного типа бывают:

• инверторными;
• трансформаторными.

Инверторное оборудование включает бюджетные устройства, предназначенные для плазменной резки металла с максимальной толщиной 3 сантиметра. Оборудование отличается небольшим весом и стабильным горением дуги. КПД инверторных плазморезов превосходит аналогичный показатель трансформаторных аналогов. Но такие приборы могут применяться только частными мастерскими и небольшими предприятиями.

Трансформаторные устройства стоят дороже, но способны обрабатывать металлические заготовки толщиной до 8 сантиметров. Они потребляют больше электричества, чем инверторные устройства, но имеют надежный сигнал, устойчивый к перепадам напряжения в сети.

По виду контакта станочные устройства также делятся на две категории:

• контактную;
• бесконтактную.

Плазморезки с числовым программным управлением контактного типа требуют соприкосновения плазмы с металлической поверхностью, и не способны резать на глубину больше 1,8 сантиметра. Устройства второго типа могут обрабатывать детали с максимально допустимой глубиной.

Для плазмореза, используемого в бытовых целях, требуется электрическая сеть с напряжением 220 Вольт. Для промышленных аналогов требуется трехфазная питающая сеть, имеющая напряжение 380 Вольт. Но даже бытовые плазморезы оказывают большую нагрузку на электропроводку, поскольку вместе со станком-плазморезом работает система охлаждения. Поэтому перед использованием устройства необходимо убедиться в том, что электрическая проводка находится в исправном состоянии, и может выдерживать большие нагрузки. Для этого существует специальное оборудование, подающее сигнал в случае перегрузки.

Плазмотрон или резак

Основными компонентами плазморезки являются: два электрода, изолятор, разделяющий катодный и анодный узлы, и камера завихрения газовой смеси.

• Один из электродов является основным и изготавливается из тугоплавкого металла типа тория, циркония или бериллия. Но все эти металлы, точнее, продукты их взаимодействия с высокими температурами, являются крайне вредными для здоровья. Поэтому оптимальным вариантом будет изготовление электрода из другого тугоплавкого метала — гафния, который абсолютно безвреден.
• Вторым электродом является сопло. Оно, как правило, изготавливается из меди. В сопле имеется очень тонкое отверстие, через которое раскалённый газ вырывается наружу. Периодически этот элемент требует своей замены в силу того, что постоянно находится в зоне запредельно высоких температур. Поэтому оптимальным является иметь не одно сопло, чтобы в случае необходимости можно было быстро заменить вышедшее из строя.
• Газ под давлением подаётся в камеру завихрения через прямой патрубок, расположенный сверху или сбоку от камеры. Предварительно нагнетается необходимое давление с помощью компрессора.

Принцип работы плазмотрона

Под давлением газ поступает в пространство между соплом и электродом. В момент включения осциллятора, в результате возникновения высокочастотного импульсного тока, между двумя электродами возникает электрическая дуга. Эта дуга носит название предварительной, и её задача — разогреть газ, находящийся в камере сгорания. Температура разогретого газа в камере относительно невысокая — порядка 5000−7000 градусов.

После того как предварительная дуга заполнит собой всё сопло, с помощью компрессора увеличивают давление подаваемого сжатого воздуха, в результате начинает происходить ионизация газа. Как следствие этого, газ расширяется в объёме, становится сверхпроводимым и разогревается до запредельно высоких температур порядка 20000−30000 градусов. Иными словами, газ превращается с плазму.

Под большим давлением плазма вырывается через узкое отверстие сопла наружу. В момент соприкосновения потока плазмы с поверхностью металла возникает вторая дуга — основная, или классическая. Роль второго электрода в этом случае берёт на себя сама плазма. Плазменная дуга мгновенно расплавляет металл в точке контакта. Под сильным напором сжатого воздуха расплавленный металл мгновенно выдувается, и в результате остаётся чистый рез.

Существуют два базовых условия, при соблюдении которых получается качественная резка с помощью плазмы:

• Ток, подаваемый на электрод, должен обладать силой не менее 250 А.
• Сжатый воздух подаётся в камеру сгорания со скоростью не менее 800−900 м/с.

Сложность изготовления плазмотрона

Схемы, чертежи для изготовления плазмореза своими руками очень легко найти в Интернете. Но плазменный резак очень сложно устроен и, кроме того, требует очень тонких настроек перед непосредственной эксплуатацией. Несмотря на обилие в Интернете соответствующих рекомендаций, чертежей и видеороликов, сделать плазмотрон дома технически крайне сложно. А если учесть, что затея эта ещё и крайне опасная для здоровья, то лучше от неё совсем отказаться и воспользоваться или ближайшего специализированного магазина.

Что такое плазменная резка металла, технология процесса

Если объяснять эту технологию простыми словами, то плазменная резка – это процесс нагрева металла струёй плазмы. Для выполнения такой задачи используют специальный аппарат – плазморез. Он формирует высокотемпературную электродугу, которая располагается между соплом резака и материалом. Температура дуги достигает 5000ºС. Но её недостаточно для эффективной резки металла, так что дополнительно в рабочую область подаётся газ, который формирует плазму с температурой до 30000ºС.

Плазма ярко светится, скорость её выхода из сопла достигает 1500 м/с. Вместе всё это и режет металл, как горячий нож масло

Виды плазменных резаков и их назначение

На вопрос, как выбрать плазморез, необходимо ответить так, все будет зависеть от того, в какой области вы его собираетесь использовать. Потому что конструктивные особенности у разных видов сильно отличаются, у всех у них разный тип зажигания дуги и различная мощность системы охлаждения.

• Инструменты, работающие в среде защитных газов: аргон, водород, азот, гелий и так далее. Эти газы обладают восстановительными свойствами.
• Резаки, работающие в среде окислительных газов. Газы обычно насыщаются кислородом.
• Приборы, работающие со смесями.
• Плазменные резаки, работающие в стабилизаторах газожидкостного типа.
• Плазморезы, работающие со стабилизацией водной и магнитной. Специфичный инструмент, который редко используется, поэтому в свободной продаже трудно найти.

Существует еще одна классификация, которая делит плазморезы по виду используемого оборудования.

1. Инверторные. Экономичный вариант, который может резать металлические детали толщиною до 30 мм.
2. Трансформаторные. Производит резку металлов толщиною до 80 мм, менее экономичный вариант.

По типу контакта плазморезы делятся на контактные и бесконтактные. Из названий можно понять метод использования плазменного резака. В первом случае для него необходим контакт с обрабатываемым металлом, поэтому с его помощью можно отрезать изделия толщиною не более 18 мм. Во втором такого контакта не должно быть, зато толщина отрезаемой металлической заготовки может быть максимально возможной.

И еще один вид разделения – это по типу использования и возможностях потребления электроэнергии. Здесь две позиции: бытовой, работающий от сети переменного тока под напряжением 220 вольт, и промышленные (профессиональные), подключаемые к трехфазной питающей сети напряжением 380 вольт.

Но данная нагрузка не единственная. В системе плазменной резки используется охлаждение, для чего в комплект к основному оборудованию прилагается компрессор, который также работает от электросети. И его мощность нужно учитывать, подключаясь к бытовой питающей сети.

Как устроен плазморез

• источник питания;
• воздушный компрессор;
• плазменный резак или плазмотрон;
• кабель-шланговый пакет.

Источник питания для аппарата плазменной резки осуществляет подачу на плазмотрон определенной силы тока. Представляет собой инвертор или трансформатор.

Трансформаторы гораздо увесистее, тратят много энергии, но при этом имеют меньшую чувствительность к перепадам напряжения, и с их помощью разрезают заготовки большой толщины.

Плазменный резак считается главным элементом плазмореза. Его основными элементами являются:

• сопло;
• охладитель/изолятор;
• канал, необходимый для подачи сжатого воздуха;
• электрод.

Компрессор требуется для подачи воздуха. Принцип работы плазменной резки предусматривает применение защитных и плазмообразующих газов. Для аппаратов, которые рассчитаны на силу тока до 200 А, применяется только сжатый воздух как для охлаждения, так и для создания плазмы. Они способны разрезать заготовки толщиной в 50 мм.

Кабель-шланговый пакет используется для соединения компрессора, источника питания и плазмотрона. По электрическому кабелю от инвертора или трансформатора начинает поступать ток для возбуждения электрической дуги, а по шлангу осуществляется подача сжатого воздуха, который требуется для возникновения внутри плазмотрона плазмы.

Принцип работы

После того как возникла дежурная дуга, в камеру начинает поступать сжатый воздух. Вырываясь из патрубка, он проходит через электрическую дугу, нагревается, при этом увеличиваясь в объеме в 50 или 100 раз. Кроме того, воздух начинает ионизироваться и перестает быть диэлектриком, приобретая свойства проводить ток.

Сопло плазмотрона, суженное книзу, обжимает воздух, создавая из него поток, которое начинает вырываться оттуда со скоростью 2 – 3 м/с. В этом момент температура воздуха часто достигает 30 тыс. градусов. Именно такой раскаленный ионизированный воздух и является плазмой.

В то время, когда плазма начинает вырываться из сопла, происходит ее соприкосновение с поверхностью обрабатываемого металла, дежурная дуга в этот момент гаснет, а зажигается режущая. Она начинает разогревать заготовку в месте реза. Металл в результате этого плавится и появляется рез. На поверхности разрезаемого металла образуются небольшие частички расплавленного металла, сдуваемые с нее потоком воздуха. Таким образом осуществляется работа плазмотрона.

Преимущества плазменной резки

Работы по резке металла часто осуществляются на стройплощадке, в мастерской или цеху. Можно использовать для этого автоген, но не всех это устраивает. Если объем работ, связанный с резкой металла, слишком большой, а требования, предъявляемые к качеству реза, очень высоки, то следует подумать о том, чтобы использовать плазменный резак, имеющим следующие достоинства:

• Если мощность подобрана правильно, то аппарат плазменной резки позволяет в 10 раз повысить производительность. Такой параметр позволяет плазморезу уступить только промышленной лазерной установке, однако, он значительно выигрывает в себестоимости. Целесообразно с экономической точки зрения применять пламенную резку для металла, имеющего толщину до 50 – 60 мм.

• Универсальность. С помощью плазменной резки обрабатываются чугун, медь, сталь, алюминий и прочий металл. Необходимо просто выбрать оптимальную мощность и выставить конкретное давление воздуха.

• Высокое качество реза. Аппараты плазменной резки способны обеспечить минимальную ширину реза и кромки без перекаливания, наплывов и грата практически без дополнительной обработки. Кроме того, достаточно важен такой момент, что зона нагрева материала в несколько раз меньше, чем при использовании автогена. А так как термическое воздействие минимально на участке реза, то и деформация от этого вырезанных деталей будет незначительной, даже если они имеют небольшую толщину.
• Не происходит существенного загрязнения окружающей среды. С экономической точки зрения, если имеются большие объемы работ, то плазменная резка гораздо выгоднее кислородной или механической. Во всех остальных случаях учитывают не материалы, а трудоемкость использования.

Недостатки плазменной резки

Недостатки в работе плазменной резки тоже имеются. Первый из них – максимально допустимая толщина реза довольно небольшая, и у самых мощных агрегатов она редко бывает больше 80 – 100 мм.

не должен быть больше 10 – 50 градусов

Кроме того, рабочее оборудование довольно сложное, что делает совершенно невозможным использование двух резаков одновременно, которые подключаются к одному аппарату.

Какие газы используются, их особенности

Плазменная резка металла представляет собой процесс проплавления и удаления расплава за счет теплоты, получаемой от плазменной дуги. Скорость и качество резки определяются плазмообразующей средой. Также, плазмообразующая среда влияет на глубину газонасыщенного слоя и характер физико-химических процессов на кромках среза. При обработке алюминия, меди и сплавов, изготовленных на их основе, используются следующие плазмообразующие газы:

• Сжатый воздух;
• Кислород;
• Азотно-кислородная смесь;
• Азот;
• Аргоно-водородная смесь.

ВАЖНО! Для некоторых марок металла недопустимо применение определенных плазмообразующих смесей (к примеру, для резки титана нельзя использовать смеси, содержащие в составе азот или водород). Все газы, используемые при выполнении плазменной обработки, условно делятся на защитные и плазмообразующие

Все газы, используемые при выполнении плазменной обработки, условно делятся на защитные и плазмообразующие.

В целях бытового назначения (толщина до 50 мм, сила тока дуги – менее 200 А) применяется сжатый воздух, который может использоваться как защитный, так и плазмообразующий газ, а в более сложных условиях промышленного назначения применяются другие газовые смеси, которые содержат кислород, азот, аргон, гелий или водород.

Характерные особенности процесса резки

Ручная плазменная резка, при которой используется ручной плазменный аппарат, можно отнести к термической обработке, при которой материал плавится.

В данном конкретном случае основным режущим инструментом является поток низкотемпературной плазмы под большим давлением, которая образуется за счет некоторых специфических процессов.

Используемое для работы плазменное оборудование обязательно имеет специальный электрод, который при помощи сопла и рабочего металла создает электрическую дугу, внешняя температура которой в некоторых отдельных случаях достигает нескольких тысяч градусов по Цельсию.

В определенный момент в сопло начинает подаваться под большим давлением специальный газ, что способствует тому, что рабочая температура многократно повышается, а это, в свою очередь, приводит к ионизации газа и, соответственно, преобразование его в плазму, которую называют низкотемпературной.

Следует отметить и то, что ионизация имеет свойство при нагреве от дуги возрастать, а это делает температуру газового потока еще большей. Сам рабочий поток ярко светится и становится электропроводным.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Обзор разновидностей пилы по металлу

Аппарат, используемый для обработки металла при помощи плазмы, способен локально разогревать металлическую заготовку и плавить ее непосредственно в необходимом месте реза.

Для того чтобы получить плазму, необходимо в определенных пропорциях смешать определенные виды газов.

За основу берется атмосферный воздух, который смешивается с кислородом, азотом, а также водородом и аргоном. В состав плазмы также входит водяной пар.

Конечно, использовать в быту аппарат для плазменной резки достаточно проблематично, так как требуются определенные условия его эксплуатации, однако данное оборудование установлено на многих промышленных предприятиях.

Стоит отметить, что цена такого устройства достаточно высокая и для многих домашних мастеров просто не подъемная.

В настоящее время такое оборудование активно используется в самых разных сферах и дает возможность получать не только ровный, но и аккуратный рез.

Более подробно узнать о возможностях ручных аппаратов для плазменной резки можно на видео, которое размещено ниже.

Видео:

Назначение плазменного резака

Прибор используется для раскроя металлических листов и заготовок. Температура плазмы, выпускаемой соплом горелки, достигает 8000 °С. Это помогает без труда нарезать детали из любых материалов, в т. ч. тугоплавких.

Плазморезы применяются при:

• изготовлении различных металлоконструкций;
• прокладке коммуникационных линий;
• резке жаропрочных легированных сталей, содержащих титан, молибден и никель (такие материалы плавятся при температуре свыше 3000 °С);
• раскрое тонколистового металла (плазморез обеспечивает высокую точность воздействия).

Приборы нередко включают в состав автоматизированных линий на крупных производственных объектах.

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.