Аппарат плазменной сварки своими руками

Заводской аппарат для плазменной резки. Наша задача: сделать аналог своими руками

Сделать функциональный плазморез своими руками из серийного сварочного инвертора не так уж сложно, как это может показаться на первый взгляд. Для того чтобы решить эту задачу, необходимо подготовить все конструктивные элементы такого устройства:

• плазменный резак (его также называют плазмотроном);
• сварочный инвертор или трансформатор, который будет выступать в роли источника электрического тока;
• компрессор, при помощи которого будет создаваться струя воздуха, необходимая для формирования и охлаждения потока плазмы;
• кабели и шланги для объединения в одну систему всех конструктивных элементов аппарата.

Общая схема работы плазменной резки

Плазморез, в том числе и самодельный, успешно используется для выполнения различных работ как в производственных, так и в домашних условиях. Незаменим такой аппарат в тех ситуациях, когда необходимо выполнить точный, тонкий и высококачественный рез заготовок из металла. Отдельные модели плазморезов по своим функциональным возможностям позволяют использовать их в качестве сварочного аппарата. Такая сварка выполняется в среде защитного газа аргона.

Газовый шланг и обратный кабель для плазменной резки

При выборе для комплектации самодельного плазмотрона источника питания важно обращать внимание на силу тока, которую такой источник сможет вырабатывать. Чаще всего для этого выбирают инвертор, обеспечивающий высокую стабильность процессу плазменной резки и позволяющий более экономно расходовать электроэнергию. Отличаясь от сварочного трансформатора компактными габаритами и легким весом, инвертор более удобен в использовании. Единственным минусом применения инверторных плазморезов является трудность раскроя с их помощью слишком толстых заготовок.

Горелка плазменного резака ABIPLAS и ее составные части

При сборке самодельного аппарата для выполнения плазменной резки можно использовать готовые схемы, которые несложно найти в интернете. В Сети, кроме того, есть видео по изготовлению плазмореза своими руками. Используя при сборке такого устройства готовую схему, очень важно строго ее придерживаться, а также обращать особенное внимание на соответствие конструктивных элементов друг другу.

Схемы плазмореза на примере аппарата АПР-91

В качестве донора при рассмотрении принципиальной электрической схемы мы будем использовать аппарат плазменной резки АПР-91.

Схема силовой части (нажмите для увеличения)

Схема управления плазмореза (нажмите для увеличения)

Схема осциллятора (нажмите для увеличения)

Элементы самодельного аппарата для плазменной резки

Первое, что необходимо найти для изготовления самодельного плазмореза, – это источник питания, в котором будет формироваться электрический ток с требуемыми характеристиками. Чаще всего в этом качестве используются инверторные сварочные аппараты, что объясняется рядом их преимуществ. Благодаря своим техническим характеристикам такое оборудование обеспечивает высокую стабильность формируемого напряжения, что положительно сказывается на качестве выполнения резки. Работать с инверторами значительно удобнее, что объясняется не только их компактными габаритами и незначительным весом, но и простотой настройки и эксплуатации.

Принцип работы плазмореза

Благодаря компактности и небольшому весу плазморезы на основе инверторов можно использовать при выполнении работ даже в самых труднодоступных местах, что исключено для громоздких и тяжелых сварочных трансформаторов. Огромным преимуществом инверторных источников питания является и то, что они обладают высоким КПД. Это делает их очень экономичными в плане потребления электроэнергии устройствами.

В отдельных случаях источником питания для плазмореза может служить сварочный трансформатор, но его использование чревато значительным потреблением электроэнергии. Следует также учитывать и то, что любой сварочный трансформатор отличается большими габаритами и значительной массой.

Основным элементом аппарата, предназначенного для раскроя металла при помощи струи плазмы, является плазменный резак. Именно данный элемент оборудования обеспечивает качество резки, а также эффективность ее выполнения.

Форма и размер плазменной струи зависит от диаметра сопла

Для формирования воздушного потока, который будет преобразовываться в высокотемпературную струю плазмы, в конструкции плазмореза используется специальный компрессор. Электрический ток от инвертора и воздушный поток от компрессора подаются к плазменному резаку при помощи кабель-шлангового пакета.

Центральным рабочим элементом плазмореза является плазмотрон, конструкция которого состоит из следующих элементов:

• сопла;
• канала, по которому подается воздушная струя;
• электрода;
• изолятора, который одновременно выполняет функцию охлаждения.

Конструкция плазменного резака и рекомендации по его изготовлению

Первое, что необходимо сделать перед изготовлением плазмотрона, – это подобрать для него соответствующий электрод. Наиболее распространенными материалами, из которых делают электроды для выполнения плазменной резки, являются бериллий, торий, цирконий и гафний. На поверхности данных материалов при нагревании формируются тугоплавкие оксидные пленки, которые препятствуют активному разрушению электродов.

Сменные насадки для плазмотрона

Некоторые из вышеперечисленных материалов при нагревании могут выделять опасные для здоровья человека соединения, что следует обязательно учитывать, выбирая тип электрода. Так, при использовании бериллия формируются радиоактивные оксиды, а испарения тория при их соединении с кислородом образуют опасные токсичные вещества. Совершенно безопасным материалом, из которого делают электроды для плазмотрона, является гафний.

За формирование струи плазмы, благодаря которой и выполняется резка, отвечает сопло. Его изготовлению следует уделить серьезное внимание, так как от характеристик данного элемента зависит качество рабочего потока.

Строение сопла плазменной горелки

Наиболее оптимальным является сопло, диаметр которого составляет 30 мм. От длины данного элемента зависит аккуратность и качество исполнения реза. Однако слишком длинным сопло также не стоит делать, поскольку это способствует слишком быстрому его разрушению.

Как уже говорилось выше, в конструкции плазмореза обязательно присутствует компрессор, формирующий и подающий к соплу воздушный поток. Последний необходим не только для формирования струи высокотемпературной плазмы, но и для охлаждения элементов аппарата. Использование сжатого воздуха в качестве рабочей и охлаждающей среды, а также инвертора, формирующего рабочий ток силой 200 А, позволяет эффективно разрезать металлические детали, толщина которых не превышает 50 мм.

Выбор газа для плазменной резки металла

Для того чтобы приготовить аппарат для плазменной резки к работе, необходимо соединить плазмотрон с инвертором и воздушным компрессором. Для решения такой задачи используется кабель-шланговый пакет, который применяют следующим образом.

• Кабелем, по которому будет подаваться электрический ток, соединяются инвертор и электрод плазмореза.
• Шлангом для подачи сжатого воздуха соединяют выход компрессора и плазмотрон, в котором из поступающего воздушного потока будет формироваться струя плазмы.

Особенности работы плазмореза

Чтобы сделать плазморез, используя для его изготовления инвертор, необходимо разобраться в том, как такой аппарат работает.

После включения инвертора электрический ток от него начинает поступать на электрод, что приводит к зажиганию электрической дуги. Температура дуги, горящей между рабочим электродом и металлическим наконечником сопла, составляет порядка 6000–8000 градусов. После зажигания дуги в камеру сопла подается сжатый воздух, который проходит строго через электрический разряд. Электрическая дуга нагревает и ионизирует проходящий через нее воздушный поток. В результате его объем увеличивается в сотни раз, и он становится способным проводить электрический ток.

При помощи сопла плазмореза из токопроводящего воздушного потока формируется уже струя плазмы, температура которой активно повышается и может доходить до 25–30 тысяч градусов. Скорость плазменного потока, за счет которого и осуществляется резка деталей из металла, на выходе из сопла составляет порядка 2–3 метров в секунду. В тот момент, когда струя плазмы соприкасается с поверхностью металлической детали, электрический ток от электрода начинает поступать по ней, а первоначальная дуга гаснет. Новая дуга, которая горит между электродом и обрабатываемой деталью, называется режущей.

Характерной особенностью плазменной резки является то, что обрабатываемый металл плавится только в том месте, где на него воздействует плазменный поток. Именно поэтому очень важно сделать так, чтобы пятно воздействия плазмы находилось строго по центру рабочего электрода. Если пренебречь этим требованием, то можно столкнуться с тем, что будет нарушен воздушно-плазменный поток, а значит, ухудшится качество выполнения реза. Для того чтобы соблюсти эти важные требования, используют специальный (тангенциальный) принцип подачи воздуха в сопло.

Необходимо также следить за тем, чтобы не образовалось сразу два плазменных потока вместо одного. Возникновение такой ситуации, к которой приводит несоблюдение режимов и правил выполнения технологического процесса, может спровоцировать выход инвертора из строя.

Параметры плазменной резки различных металлов (нажмите для увеличения)

Важным параметром плазменной резки является скорость воздушного потока, которая не должна быть слишком большой. Хорошее качество реза и быстроту его выполнения обеспечивает скорость воздушной струи, равная 800 м/сек. При этом сила тока, поступающего от инверторного аппарата, не должна превышать 250 А. Выполняя работу на таких режимах, следует учитывать тот факт, что в этом случае увеличится расход воздуха, используемого для формирования плазменного потока.

Самостоятельно сделать плазморез несложно, если изучить необходимый теоретический материал, просмотреть обучающее видео и правильно подобрать все необходимые элементы. При наличии в домашней мастерской такого аппарата, собранного на основе серийного инвертора, может качественно выполняться не только резка, но и плазменная сварка своими руками.

Если в вашем распоряжении нет инвертора, можно собрать плазморез и на основе сварочного трансформатора, но тогда придется смириться с его большими габаритами. Кроме того, плазморез, изготовленный на основе трансформатора, будет обладать не очень хорошей мобильностью, так как переносить его с места на место затруднительно.

Выполнить работу по раскрою металла без соответствующего оборудования не так уж и просто. В связи с этим каждый мастер должен позаботиться о том, чтобы у него в мастерской был плазменный сварочный аппарат.

На данный момент подобный агрегат, который еще совсем недавно считался новинкой и использовался только на производстве, позволяет решать большинство задач, связанных со сваркой и резкой металла.

Схемы плазмореза

На крупных промышленных предприятиях аппарат плазменной сварки используется достаточно широко. Практически все задачи, связанные с ремонтными и строительными работами, требуют использования плазменной резки или сварки.

Там обычно используется специализированное малогабаритное оборудование, а для обработки крупных изделий применяются агрегаты с системами ЧПУ.

В бытовых целях покупать дорогостоящий прибор не всегда целесообразно. Особенно если нет необходимости в его постоянном использовании. В таком случае можно сделать устройство плазменной сварки своими руками.

Чтобы правильно изготовить самодельный прибор такого типа, необходимо в первую очередь выбрать подходящую схему. В данном случае чертеж будет одним из главных моментов, так как в нем указаны все основные конструкционные детали.

Во многих видео в интернете достаточно подробно показано, как сделать данное устройство. Там же можно найти и необходимые чертежи. Даже элементарных знаний и навыков электротехники будет достаточно, чтобы понять все условные обозначения, представленные на схемах.

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.

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.

Сначала необходимо выбрать правильный компрессор для воздушно-кислородной системы. Выпускают два вида подобных агрегатов: поршневые и винтовые. Первые в свою очередь разделяются на масляные и без использования масла, а также на ременные и с прямым соединением.

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.

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

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.

Сборка устройства

Плазменные сварочные аппараты тяжело разместить в переносном корпусе или ящике из-за большого количества узлов. В данном случае отлично подойдет складская тележка. На нее без проблем получиться установить инвертор, а также баллон с рабочим газом и кабельно-шланговую систему.

В простой мастерской перемещать оборудование не составит труда, а вот выезд за пределы такой рабочей зоны можно осуществить путем погрузки инструмента в прицеп легкового автомобиля.

Итак, как сделать самодельный аппарат для сварки? В начале следует проверить совместимость выбранных элементов. Если это первая попытка сборки подобного инструмента, тогда лучше всего проконсультироваться с опытным специалистом, который уже собирал плазменные аппараты для сварки.

Сам процесс сборки включает следующие этапы:

• подготовка деталей;
• сборка электрической цепи в соответствии с выбранной схемой;
• подключение компрессора с помощью шлангов;
• в случае необходимости можно использовать источник бесперебойного питания.

Особенности работы

После сборки инструмента необходимо проверить его работоспособность.

Принцип работы плазменного сварочного устройства выглядит следующим образом:

• после включения на плазмотрон инвертором подается ток с высокой частотой;
• между наконечником сопла и рабочим электродом зажигается дуга температурой до восьми тысяч градусов;
• в камеру подается сжатый воздух, который из патрубка проходит в дугу, нагреваясь и расширяясь в объеме.
• соплом формируется узкий рабочий поток, температурой до 30000°С;
• на выходе формируется высокотемпературная плазма для резки.

Схема плазменной сварки представлена на рисунке.

Применение такого портативного резака позволяет аккуратно кроить металлические детали. Качество выполняемой работы будет существенно выше, чем при использовании автоматов.

Самодельный микроплазменный сварочный аппарат – отличный инструмент для домашнего использования. С его помощью можно легко и без особых усилий осуществлять резку металла как с использованием защитных газов, так и с водой.

Сделать подобное оборудование, которое станет незаменимым в любой мастерской, под силу каждому. В интернете есть большое количество разнообразных схем этого прибора. Так что его изготовление не должно вызвать особых затруднений.

Главная страница » Своими руками » Плазменный сварочный аппарат своими руками

Практическая конструкция самодельного плазменного аппарата не фантастика. Имея хотя бы обычный сварочный трансформатор или инверторный сварочник, можно создать горелку. Она была бы неплохим дополнением к уже имеющемуся оборудованию. Предельно простая, но рабочая, конструкция изображена ниже.

Катод можно изготовить из вольфрамового сварочного электрода 4 мм. Он фиксируется в держателе стопорным винтом или приваривается. Держатель можно изготовить из стали. Ручка из изолирующего материала. Изолирующая втулка изготавливается из фторопласта, фенопласта, гетинаксовой трубки. Материал должен быть изолирующим, стойким к нагреву. Крышка из стали или латуни. Анод медный или латунный (желательно помассивнее, но без фанатизма), а сопло из чистой электротехнической меди. Катод подается винтом по мере выгорания. Сопло отвинчивается и меняется по мере износа. Сначала сопло работает хорошо в режиме реза, затем его прочищают рассверливанием, слегка зенкуют от заусенцев. Им еще можно варить и паять некоторое время. И, наконец, утилизировать, переплавив в заготовку для нового сопла.

Резьба между соплом и анодом смазывается графитом. Между держателем катода и крышкой – им же. Можно взять обычный карандаш и мелко растолочь. Такая смазка отлично проводит ток и не закоксуется.

Размеры и толщины зависят от мощности горелки. В этой горелке дуга возбуждается искрой высокого напряжения. Это очень важный момент и об этом чуть ниже. Схема горелки с контактным поджигом (подвижный катод) окажется гораздо сложнее механически: придется уплотнять подвижный шток, потребуется возвратная пружина и возникнет много побочных проблем. Зачем делать из горелки винтовку М-16? В домашних условиях проще решить задачу электрическими способами. К сожалению, размер статьи не позволяет привести все подробности, но основной принцип будет показан дальше.

Рабочий газ подается через штуцер. А как насчет спирто-водяной смеси? Можно сделать и это. В принципе, для этого достаточно подавать ее в парообразном состоянии от маленького перегонного куба, если вы сможете стабилизировать и регулировать давление пара. Также можно охлаждать анод, слегка распыляя на него воду прямо снаружи. Этот способ охлаждения куда эффективнее проточного. Теплота испарения воды весьма значительна.

Варианты схем осцилляторов (только принцип работы) на рисунках ниже. Красным цветом показано самодельное дополнение оборудования, черным – стандартный покупной сварочный инвертор, вторичная цепь которого упрощенно показана диодом D1 и конденсатором С1. Горелка уже обсуждалась.

Это осциллятор последовательного типа. Генератор импульсов должен вырабатывать мощные импульсы тока для трансформатора Т2. Это связано с тем, что вторичная обмотка Т2 включена в разрыв цепи сварочного тока и вынужденно имеет малое число витков толстого провода. Конденсатор C2 совершенно необходим, он закорачивает контур высокого напряжения и защищает элементы инвертора в его выходной цепи (да и не только). В домашних условиях лучше выбрать второй вариант.

Во второй схеме, параллельного типа, первичная обмотка Т2 возбуждается куда меньшим током, чем в предыдущем варианте. Однако, дроссель L2 также необходим как и конденсатор C2 в предыдущей схеме. Дроссель подавляет ток, ответвляемый от цепи высокого напряжения повышающего трансформатора в инвертор и защищает его. В обеих схемах частота выбирается порядка десятков кГц. Трансформаторы Т2 и дроссель L2 намотаны на ферритовом кольцевом сердечнике или сердечнике от строчного трансформатора телевизора.

Дуга запускается нажатием на кнопку Пуск. В сухой горелке в течение долей секунды должна загореться дуга и войти в режим горения от основного тока инвертора. После прогрева анода на воздухе в качестве рабочего газа, можно постепенно переключать воздух на водно-спиртовую или водно-ацетоновую смесь, если это у вас уже налажено.