Плазморез своими руками из инвертора

Сварочный осциллятор своими руками

Промышленных конструкций сварочных осцилляторов немало. Например, модель УВК-7, используемая для питания сварочных аппаратов постоянного и переменного тока. Недостаток такого устройства в том, что оно непригодно для инвертора, поскольку требует питания не более 80 В против 220 В, от которого работают сварочные инверторы.

Модель ОССД-300 рассчитывается на напряжение холостого хода не ниже 60 В и обязательно потребует балластного реостата, что поднимает планку требований к мощности сварочного аппарата. Подобные ограничения действуют и в отношении популярного осциллятора ОП-240 «Огниво».

Исходными данными для изготовления осциллятора своими руками являются:

1. Назначение (для алюминия или нержавеющей стали).
2. Род используемого тока – переменный, постоянный и его напряжение.
3. Потребляемая мощность – обычно не более 200…250 Вт, в противном случае стоимость компонентов схемы резко возрастёт.
4. Вторичное напряжение, которое должно быть не ниже 2500 В, иначе изготовление самодельного осциллятора себя не окупит.

Работу легче начинать, располагая сварочным преобразователем: в этом случае осциллятор можно делать не импульсно, а непрерывно действующим, и подключать к сварочной сети по более простой последовательной схеме. Наконец, при высокой частоте тока поджиг дуги произойдёт без контакта электрода со свариваемой поверхностью, а устойчивое горение дуги гарантируется даже при сравнительно небольших значениях силы тока.

Компоновку осциллятора на прямоугольной плате лучше выполнять следующим образом. Слева размещается высокочастотный трансформатор, предохранители и цепь управления, справа — дроссель, в центре – разрядник, конденсатор колебательного контура и блокировочный конденсатор, который будет отсекать ток низкой частоты от сварочной цепи.

Трансформатор подбирается по его требуемым характеристикам тока во вторичной обмотке. Катушку индуктивности надёжнее собрать сдвоенной: при последовательном соединении двух колебательных контуров подача тока и напряжения оказывается более стабильной, а защита осциллятора от выхода из строя – более надёжной. Обе части контуров – одинаковы, и состоят из:

• конденсатора, рассчитанного на менее, чем на двукратный запас по напряжению (не менее 450…500 В для первой части и хотя бы 4 кВ – для второй) при ёмкости от 0,3 мФ (во втором каскаде может быть до 1 мФ);
• варистора напряжением не менее того, которое требуется для напряжения на вторичной обмотке – 90…100 В (во втором каскаде может быть до 140…150 В);
• катушки индуктивности, представляющей собой ферритовый стержень, на который с зазором не менее 0,8 мм наматывается проволока сечением 15…20 мм2. Число витков на первом каскаде должно быть не менее 7, во втором – меньше Вторая катушка служит своего рода фильтром от возможных колебаний тока большей амплитуды, которые могут привести к нестабильному горению дуги;

Для изготовления разрядника подбирается плата с рёбрами жёсткости, которая должна понижать температуру при срабатывании. В качестве вольфрамовых электродов можно воспользоваться сварочными, с диаметром не менее 2 мм. Торцы электродов предварительно торцуют, чтобы они были строго параллельны. Обязательно предусматривается регулировка зазора при помощи винта.

Во вторичную обмотку второго каскада для повышения стабильности работы подключается катушка от любого электрошокера. Правда, для питания этой катушки требуется напряжение 6В, которое можно получить только от аккумулятора, но это даже и лучше: всё равно самодельный осциллятор время от времени необходимо подвергать регламентному обслуживанию.

Первый каскад подключают к зажимам сварочного инвертора, а второй – к свариваемой детали и сварочной горелке. Осциллятор следует собрать во влагозащищённом корпусе, который снабжается вентиляционными отверстиями.

Оборудование для плазменной резки металла

Все многообразие подобных инструментов можно классифицировать на две основные группы:

• производственного;
• домашнего назначения.

Особенностью аппаратов, представляющих первую группу, являются большие размеры и значительный вес. В их конструкции предусмотрено ЧПУ (числовое программное управление). Это приспособление упрощает изготовление деталей различных форм.

Работа с таким оборудованием заключается в разработке макета с использованием специального программного обеспечения. Именно на него впоследствии придется ориентироваться во время выполнения работы. После этого созданный в требуемом формате файл поступает на машину, а там уже выполняется его отрезание. Стоит заметить, что подобное оборудование недешево: цена на эти агрегаты может достигать десятков тысяч долларов.

Более простое устройство имеют аппараты, предназначенные для плазменной резки в домашних условиях. По своему исполнению они имеютвид компактного блока, который работает от электроэнергии и дополнен такими компонентами, как шланг и наконечник, обеспечивающие электрическую дугу. Именно благодаря ей и выполняется резка. Также дуга позволяет разделять железные листы и обеспечивать высокое качество краев. Учитывая, что для разрезания заготовки используется необычный инструмент в виде ножовки или диска, владельцу не придется тратить время и силы на дополнительную шлифовку деталей. Оборудование для домашнего использования привлекательно тем, что его можно перевозить в любое место, а также хранить и использовать на протяжении длительного времени.

Предлагаемые на рынке модели устройств для плазменной резки рассчитаны на работу с различными видами материалов, что определяется типа газа, который имеется в механизме. При помощи воздушно-плазменного типа установок можно заниматьсярезкой заготовок из черных металлов и их сплавов. Если возникла задача по разделению деталей из цветных металлов и их комбинаций, желательно применять оборудование, где используются неактивные элементы наподобие водорода, азота или аргона. Однако к подобному варианту газовой резки в бытовых условиях прибегают нечасто.

Как изготовить плазменный резак

Рабочим инструментом установки плазменной резки является резак, или плазмотрон. Он создает поток воздуха, превращенный в плазму, разогретую до 30000°С, которая разрезает металл.

Изготовить его можно самостоятельно. Желательно в качестве образца использовать готовую конструкцию. Состоит плазмотрон из нескольких основных элементов:

• Центральный держатель со сменным электродом. При токе реза до 100А и толщине металла до 50 мм держатель изготавливается из медного прута, в более мощных аппаратах внутри есть каналы для водяного охлаждения. Для поджига дуги расстояние между электродом и соплом должно быть 2 мм, поэтому для регулировки плазмотрона центральный стержень делается подвижным.
• Изолятор между центральным электродом и наружным корпусом. Часть изолятора, ближняя к соплу, изнашивается и изготавливается сменной из фторопласта.
• Наружный корпус со сменным соплом. Плазма образуется в камере между электродом и соплом. При изготовлении устройства с водяным охлаждением внутри стенок находятся каналы для охлаждающей жидкости.
• Сменные насадки, кабеля – силовой и для вспомогательной дуги, шланги.

Один из способов изготовить такое устройство – это сделать его из горелки для аргонно-дуговой сварки. В ней есть большинство необходимых элементов:

• вольфрамовый электрод Ø4мм с возможностью регулировки положения;
• клемма и кабель для подачи к нему тока для сварки;
• направляющие каналы и шланг для подвода газа к соплу.

Для доработки необходимо:

• снять тонкостенное латунное сопло;
• накрутить вместо него изолирующую прокладку из фторопласта цилиндрической формы с резьбой снаружи и внутри цилиндра;
• сверху на прокладку накрутить латунный корпус с креплением для медного сопла;
• к корпусу припаять или прижать хомутом кабель для вспомогательной дуги;
• в рукоятке установить микровыключатель, включающий режим реза.

Сменные насадки

Сменными элементами, которые изнашиваются во время работы, являются электроды и сопла:

• Электрод изготавливается из меди со вставкой из тугоплавкого металла – бериллия, тория, циркония и гафния. Вставка находится в центре, напротив отверстия сопла. Вспомогательная кратковременная дуга появляется между краем электрода и соплом, рабочая постоянная между вставкой и деталью, поэтому вставка, является самым изнашивающимся элементом и заменяется вместе с электродом.
• Сопло формирует плазменную струю, образованную электродом. Оптимальный размер сопла 30мм, в центре находится отверстие Ø2мм. Во время работы плазма, проходящая через него, увеличивает диаметр канала, что делает поток газа шире, а рез менее аккуратным. Поэтому сопло, как и электрод, следует периодически менять.

Выбор газа

Несмотря на то, что любой металл можно разрезать потоком воздуха, создаваемым компрессором, для каждого из металлов есть оптимальный состав газа:

• медь, латунь и титана – азот;
• алюминий – смесь азота с водородом;
• высоколегированная сталь – аргон.

Средняя стоимость трансформаторного плазмореза, собранного своими руками

Стоимость самодельного плазмореза зависит от цены комплектующих. В идеале такой аппарат собирается из различного старого хлама и запчастей, имеющихся в мастерской.

В любом случае следует ориентироваться на цену магазинного плазмореза, которая зависит от толщины разрезаемого металла, наличия дополнительных аксессуаров, фирмы производителя и других факторов.

Средняя стоимость подобных устройств зависит от толщины разрезаемого металла:

• до 30 мм – 150–300 тыс. руб.;
• 25 мм – 81–220 тыс. руб.;
• 17 мм – 45–270 тыс. руб.;
• 12 мм – 32–230 тыс. руб.;
• 10 мм – 25–20 тыс. руб.;
• 6 мм – 15–20 тыс. руб.

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:

1. 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.
2. Изолятор из фторопласта. По причине быстрого износа деталь является сменной.
3. Корпус с соплом.
4. Кабели: силовой и для розжига дежурной дуги.
5. 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:

1. Компрессор производительностью 140-190 л в минуту. Давление, создаваемое агрегатом, должно составлять более 4,5 бара.
2. 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.
3. 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:

1. 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.
2. 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.
3. Яркого света. Плазмотрон является мощным генератором ультрафиолетового излучения, вызывающего ожог сетчатки глаза. Поэтому резчик надевает защитную маску, оборудует рабочую зону передвижным щитом.
4. Температуры. Края полученных заготовок длительное время сохраняют тепло. Прикасаться к ним можно только в рукавицах после остывания деталей.

Принцип работы горелки

Работа аппарата плазменной сварки и резки (плазмореза) основана на использовании в качестве режущего или сваривающего инструмента плазмы, четвертого состояния вещества.

Для ее получения требуется высокая температура и газ под высоким давлением. При создании между анодом и катодом горелки электрической дуги в ней поддерживается температура в несколько тысяч градусов.

Образование плазмы

Если пропустить при таких условиях через дугу струю газа, то он ионизируется, расширится в объеме в несколько сотен раз и нагреется до температуры в 20-30 тысяч °C, превращаясь в плазму. Высокая температура почти мгновенно расплавляет любой металл.

В отличие от кумулятивного снаряда процесс образования плазмы в плазмотроне регулируемый.

Анод и катод в резаке плазмореза находятся на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга. Осциллятор вырабатывает импульсный ток большой величины и частоты, пропускает его между анодом и катодом, что приводит к возникновению электрической дуги.

После этого через дугу пропускается газ, который ионизируется. Так как все происходит в замкнутой камере с одним выходным отверстием, то получившаяся плазма с огромной скоростью вырывается наружу.

На выходе горелки плазмореза она достигает температуры 30000 ° и плавит любой металл. Перед началом работ к заготовке с помощью мощного зажима подсоединяется провод массы.

Когда плазма достигает заготовки, то электрический ток начинает течь через кабель массы и плазма достигает максимальной мощности. Ток доходит до 200-250 А. Цепь анод – катод разрывается с помощью реле.

Резка

При пропадании основной дуги плазмореза, эта цепь опять включается, не давая исчезнуть плазме. Плазма играет роль электрода в электродуговой сварке, она проводит ток, а благодаря своим свойствам создает в области соприкосновения с металлом область с высокой температурой. Площадь соприкосновения струи плазмы и металла маленькая, температура высокая, нагрев происходит очень быстро, поэтому практически отсутствуют напряжения и деформации заготовки.

Срез получается ровный, тонкий не требующий последующей обработки. Под напором сжатого воздуха, который используется в качестве рабочего тела плазмы, жидкий металл выдувается и получается рез высокого качества.

При использовании инертных газов с помощью плазмореза можно проводить качественную сварку без вредного воздействия водорода.

Как изготовить плазморез

Для того чтобы изготовить плазмотрон своими руками, схемы, чертежи и описание которого можно найти в мировой сети, необходимо подобрать сменные плазменные резаки, позволяющие получить режущую струю нужной толщины, повысить качество и эффективность резки. Рабочий процесс требует соблюдения личной техники безопасности оператором.

Формирование потока сжатого воздуха, переходящего в струю плазмы высокой температуры, осуществляется компрессором специальной конструкции. Для подачи питания от электрической сети и воздуха от компрессора в самодельном плазморезе из сварочного инвертора используется кабельно шланговый пакет. Шланг подает газ аргон через патрубок в вихревую камеру с выходом в одну сторону.

Устройство для резки металла, изготовленное в домашней мастерской, может выполнять другие виды работ. Для изготовления высокопроизводительного аппарата из бытового инвертора прямого действия понадобится:

1. стол;
2. шаговые элементы;
3. направляющие детали;
4. блок управления;
5. ременная передача.

Резак плазменный прямого действия представляет собой элемент, состоящий из двух электродов: основного и медного сопла, или анода. Основной электрод, или катод, изготавливается из тугоплавкого металла, токопроводящим элементом является обрабатываемый материал. Резка металла осуществляется плазменной дугой, возникающей между соплом и металлом.

Кроме расходных элементов в плазморезе из инвертора имеется изолятор и камеры сгорания для аргона. При включении осциллятора газ, вырываясь из отверстия сопла с керамическим корпусом под большим давлением, разогревается до температуры + 5000 С, превращается в плазму и воздействует на узкую полосу металла. При отделении элементов на месте разреза образуется гладкая поверхность, процесс не образует брызг и рваных краев.

Если нет возможности сделать самостоятельно осциллятор из деталей, его можно заменить прибором ВДС-02 заводского изготовления. Технические характеристики прибора позволяют параллельно или последовательно подключать устройство к инвертору.

Применяемые электроды

Электроды занимают значимое место в сборке инверторного плазмореза. В плазмотрон нужно подобрать специальный электрод из соответствующего материала. В этих целях применяют детали из следующих тугоплавких веществ:

• Бериллий.
• Цирконий.
• Торий.
• Гафний.

Эти электроды отличаются способностью создания тугоплавкой пленки оксида во время нагрева, что защищает инструменты от повреждений и повышает уровень предохранения. Если выбирать между этими материалами, то для сварки в бытовых условиях оптимально остановиться на гафниевых и циркониевых электродах, потому что два других элемента вырабатывают токсичные испарения.

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

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.

Принцип работы горелки

Плазменная резка своими руками происходит за счет превращения потока воздуха, проходящего через электрическую дугу, в плазму с температурой 3000 – 6000⁰C. Металл мгновенно расплавляется на ограниченном участке и выдувается. Принцип работы аналогичен газовой резке.

Образование плазмы

Инвертор создает постоянный ток большого значения. На конце электрода образуется дуга. В сопло под давлением поступает газ. Он проходит по спирали вокруг электрода. Образуется завихрение, движущееся с большой скоростью. В держак воздух поступает холодный. Двигаясь вокруг электрода, он его охлаждает и одновременно нагревается сам. В дуге он подходит уже подогретый.

На выходе струя газа становится тонкой. При соединении с горячей дугой, воздух нагревается ею и превращается в плазму, увеличиваясь в объеме в 20 – 30 раз. Вращение потока вокруг электрода делает струю тонкой.

Резка

Плазменная горелка, сделанная своими руками, подносится к металлу. Горячая плазма быстро расплавляет металл на малом участке. Воздушный поток выдувает расплав, образуя отверстие. При перемещении резака за ним остается узкая полоска разрезанного насквозь листа. Тонкий аккуратный рез получается при расположении плазмореза из инвертора под прямым углом к разрезаемой поверхности. Чем больше угол наклона, тем шире полоса реза.

Для производства строжки поверхности детали, плазменный резак по металлу, сделанный своими руками, наклоняется к снимаемой поверхности под острым углом в 5 – 10⁰. Пламя нагревает верхний слой, воздух выдувает жидкий металл.

Аппараты прямого действия

Прямого действия плазменные резаки по металлу, сделанные своими руками, работают с образованием дуги между деталью и электродом. Резать таким способом можно только токопроводящие металлы.

На деталь крепится зажим «+» от сварочного автомата. На электрод подается «–». На выходе из сопла наконечника образуется дуга между металлом и электродом. На нее направлен воздух.

Косвенного

Плазморез, собранный своими руками из инвертора, может работать по принципу косвенного действия. Минус подается на наконечник. Дуга возникает независимо от наличия токопроводящей детали. Резаком косвенного действия режут любые материалы, включая фанеру, пластик, оргстекло. Струя плазмы образуется тоньше. Сложность изготовления плазмотрона косвенного действия своими руками, демонстрируют схемы и чертежи. В небольшой наконечник длиной около 20 мм необходимо поместить воздушное охлаждение и надежно изолировать детали друг от друга.

Руководитель конструкторского бюро по проектированию сварочного оборудования, оснастки и инструмента завода САИК Твердохлебов И. Г.: «В плазмотроне используют не привычный электрод, сделанный из прутка проволоки и покрытый флюсом. Сердечник расположен внутри горелки и не выходят за пределы сопла. Электрическая дуга в аппаратах прямого действия загорается бесконтактно и превращается на выходе из сопла в плазму. Резак косвенного действия выдувает горячую струю независимо от расположения материала и его электропроводности. Можно отжигать медные кольца и опаливать древесину».