Плазменная резка широко используется в различных отраслях промышленности: машиностроении, судостроении, изготовлении рекламы, коммунальной сфере, изготовлении металлоконструкций и в других отраслях. К тому же, в частной мастерской плазморез тоже может пригодиться. Ведь с помощью него можно быстро и качественно разрезать любой токопроводящий материал, а также некоторые нетокопроводящие материалы - пластик, камень и дерево. Разрезать трубы, листовой металл, выполнить фигурный рез или изготовить деталь можно просто, быстро и удобно с помощью технологии плазменной резки. Рез выполняется высокотемпературной плазменной дугой, для создания которой нужен лишь источник тока, резак и воздух. Чтобы работа с плазморезом давалась легко, а рез получался красивым и ровным, не мешает узнать принцип работы плазмореза, который даст базовое понятие, как можно управлять процессом резки.

Аппарат под названием «плазморез» состоит из нескольких элементов: источника питания , плазменного резака/плазмотрона , воздушного компрессора и кабель-шлангового пакета.

Источник питания для плазмореза подает на плазмотрон определенную силу тока. Может представлять собой трансформатор или инвертор.

Трансформаторы более увесисты, потребляют больше энергии, но зато менее чувствительны к перепадам напряжения, и с помощью них можно разрезать заготовки большей толщины.

Инверторы легче, дешевле, экономнее в плане энергопотребления, но при этом позволяют разрезать заготовки меньшей толщины. Поэтому их используют на маленьких производствах и в частных мастерских. Также КПД инверторных плазморезов на 30 % больше, чем у трансформаторных, у них стабильнее горит дуга. Пригождаются они и для работы в труднодоступных местах.

Плазмотрон или как его еще называют «плазменный резак» является главным элементом плазмореза. В некоторых источниках можно встретить упоминание плазмотрона в таком контексте, что можно подумать будто «плазмотрон» и «плазморез» идентичные понятия. На самом деле это не так: плазмотрон - это непосредственно резак, с помощью которого разрезается заготовка.

Основными элементами плазменного резака/плазмотрона являются сопло , электрод , охладитель/изолятор между ними и канал для подачи сжатого воздуха.

Схема плазмореза наглядно демонстрирует расположение всех элементов плазмореза.

Внутри корпуса плазмотрона находится электрод , который служит для возбуждения электрической дуги. Он может быть изготовлен из гафния, циркония, бериллия или тория. Эти металлы приемлемы для воздушно-плазменной резки потому, что в процессе работы на их поверхности образуются тугоплавкие оксиды, препятствующие разрушению электрода. Тем не менее, используют не все эти металлы, потому что оксиды некоторых из них могут нанести вред здоровью оператора. Например, оксид тория - токсичен, а оксид бериллия - радиоактивен. Поэтому самым распространенным металлом для изготовления электродов плазмотрона является гафний. Реже - другие металлы.

Сопло плазмотрона обжимает и формирует плазменную струю, которая вырывается из выходного канала и разрезает заготовку. От размера сопла зависят возможности и характеристики плазмореза, а также технология работы с ним. Зависимость такая: от диаметра сопла зависит, какой объем воздуха может через него пройти за единицу времени, а от объема воздуха зависят ширина реза, скорость охлаждения и скорость работы плазмотрона. Чаще всего сопло плазмотрона имеет диаметр 3 мм. Длина сопла тоже важный параметр: чем длиннее сопло, тем аккуратнее и качественнее рез. Но с этим надо быть поаккуратнее. Слишком длинное сопло быстрее разрушается.

Компрессор для плазмореза необходим для подачи воздуха. Технология плазменной резки подразумевает использование газов: плазмообразующих и защитных. В аппаратах плазменной резки, рассчитанных на силу тока до 200 А, используется только сжатый воздух, и для создания плазмы, и для охлаждения. Такого аппарата достаточно для разрезания заготовок 50 мм толщиной. Промышленный станок плазменной резки использует другие газы - гелий, аргон, кислород, водород, азот, а также их смеси.

Кабель-шланговый пакет соединяет источник питания, компрессор и плазмотрон. По электрическому кабелю подается ток от трансформатора или инвертора для возбуждения электрической дуги, а по шлангу идет сжатый воздух, который необходим для образования плазмы внутри плазмотрона. Более детально, что именно происходит в плазмотроне, расскажем ниже.

Как только нажимается кнопка розжига, источник питания (трансформатор или инвертор) начинает подавать на плазмотрон токи высокой частоты. В результате внутри плазмотрона возникает дежурная электрическая дуга, температура которой 6000 - 8000 °С. Дежурная дуга зажигается между электродом и наконечником сопла по той причине, что образование дуги между электродом и обрабатываемой заготовкой сразу - затруднительно. Столб дежурной дуги заполняет весь канал.

После возникновения дежурной дуги в камеру начинает поступать сжатый воздух. Он вырывается из патрубка, проходит через электрическую дугу, вследствие чего нагревается и увеличивается в объеме в 50 - 100 раз. Помимо этого воздух ионизируется и перестает быть диэлектриком, приобретая токопроводящие свойства.

Суженное к низу сопло плазмотрона обжимает воздух, формирует из него поток, который со скоростью 2 - 3 м/с вырывается из сопла. Температура воздуха в этот момент может достигать 25000 - 30000 °С. Именно этот высокотемпературный ионизированный воздух и является в данном случае плазмой. Ее электропроводимость примерно равна электропроводимости металла, который обрабатывается.

В тот момент, когда плазма вырывается из сопла и соприкасается с поверхностью обрабатываемого металла, зажигается режущая дуга, а дежурная дуга гаснет. Режущая/рабочая дуга разогревает обрабатываемую заготовку в месте реза - локально. Металл плавится, появляется рез. На поверхности разрезаемого металла появляются частички расплавленного только что металла, которые сдуваются с нее потоком воздуха, вырывающегося из сопла. Это самая простая технология плазменной резки металла.

Катодное пятно плазменной дуги должно располагаться строго по центру электрода/катода. Чтобы это обеспечить, используется так называемая вихревая или тангенциальная подача сжатого воздуха. Если вихревая подача нарушена, то катодное пятно смещается относительно центра электрода вместе с плазменной дугой. Это может привести к неприятным последствиям: плазменная дуга будет гореть нестабильно, может образовываться две дуги одновременно, а в худшем случае - плазмотрон может выйти из строя.

Если увеличить расход воздуха, то скорость плазменного потока увеличится, также увеличится и скорость резки. Если же увеличить диаметр сопла, то скорость уменьшится и увеличится ширина реза. Скорость плазменного потока примерно равна 800 м/с при токе 250 А.

Скорость реза - тоже важный параметр. Чем она больше, тем тоньше рез. Если скорость маленькая, то ширина реза увеличивается. Если увеличивается сила тока, происходит то же самое - ширина реза увеличивается. Все эти тонкости относятся уже непосредственно к технологии работы с плазморезом.

Параметры плазмореза

Все аппараты плазменной резки можно разделить на две категории: ручные плазморезы и аппараты машинной резки.

Ручные плазморезы используются в быту, на маленьких производствах и в частных мастерских для изготовления и обработки деталей. Основная их особенность в том, что плазмотрон держит в руках оператор, он ведет резак по линии будущего реза, держа его на весу. В итоге рез получается хоть и ровным, но не идеальным. Да и производительность такой технологии маленькая. Чтобы рез получился более ровным, без наплывов и окалины, для ведения плазмотрона используется специальный упор, который одевается на сопло. Упор прижимается к поверхности обрабатываемой заготовки и остается только вести резак, не переживая за то, соблюдается ли необходимое расстояние между заготовкой и соплом.

На ручной плазморез цена зависит от его характеристик: максимальной силы тока, толщины обрабатываемой заготовки и универсальности. Например, существуют модели, которые можно использовать не только для резки металлов, но и для сварки. Их можно отличить по маркировке:

• CUT - разрезание;
• TIG - аргонодуговая сварка;
• MMA - дуговая сварка штучным электродом.

Например, плазморез FoxWeld Plasma 43 Multi совмещает все перечисленные функции. Его стоимость 530 - 550 у.е. Характеристики, касающиеся плазменной резки: сила тока - 60 А, толщина заготовки - до 11 мм.

Кстати, сила тока и толщина заготовки - основные параметры, по которым подбирается плазморез. И они взаимосвязаны.

Чем больше сила тока, тем сильнее плазменная дуга, которая быстрее расплавляет металл. Выбирая плазморез для конкретных нужд, необходимо точно знать, какой металл придется обрабатывать и какой толщины. В приведенной ниже таблице указано, какая сила тока нужна для разрезания 1 мм металла. Обратите внимание, что для обработки цветных металлов требуется большая сила тока. Учтите это, когда будете смотреть на характеристики плазмореза в магазине, на аппарате указана толщина заготовки из черного металла. Если вы планируете резать медь или другой цветной металл, лучше рассчитайте необходимую силу тока самостоятельно.

Например, если требуется разрезать медь толщиной 2 мм, то необходимо 6 А умножить на 2 мм, получим плазморез с силой тока 12 А. Если требуется разрезать сталь толщиной 2 мм, то умножаем 4 А на 2 мм, получаем силу тока 8 А. Только берите аппарат плазменной резки с запасом, так как указанные характеристики являются максимальными, а не номинальными. На них можно работать только непродолжительное время.

Станок с ЧПУ плазменной резки используется на производственных предприятиях для изготовления деталей или обработки заготовок. ЧПУ означает числовое программное управление. Станок работает по заданной программе с минимальным участием оператора, что максимально исключает человеческий фактор на производстве и увеличивает производительность в разы. Качество реза машинным аппаратом идеально, не требуется дополнительная обработка кромок. А самое главное - фигурные резы и исключительная точность. Достаточно ввести в программу схему реза и аппарат может выполнить любую замысловатую фигуру с идеальной точностью. На станок плазменной резки цена значительно выше, чем на ручной плазморез. Во-первых, используется большой трансформатор. Во-вторых, специальный стол, портал и направляющие. В зависимости от сложности и размеров аппарата цена может быть от 3000 у.е. до 20000 у.е.

Аппараты машинной плазменной резки используют для охлаждения воду, поэтому могут работать всю смену без перерыва. Так называемый ПВ (продолжительность включения) равен 100 %. Хотя у ручных аппаратов он может быть и 40 %, что означает следующее: 4 минуты плазморез работает, а 6 минут ему необходимо для того, чтобы остыть.

Наиболее разумно будет приобрести плазморез готовый, заводского исполнения. В таких аппаратах все учтено, отрегулировано и работает максимально идеально. Но некоторые умельцы «Кулибины» умудряются смастерить плазморез своими руками. Результаты получаются не очень удовлетворительными, так как качество реза хромает. В качестве примера приведем урезанный вариант, как можно сделать плазморез самостоятельно. Сразу оговоримся, что схема далека от идеала и лишь дает общее понятие процесса.

Итак, трансформатор для плазмореза должен быть с падающей ВАХ.

Пример на фото: первичная обмотка - снизу, вторичная - сверху. Напряжение - 260 В. Сечение обмотки - 45 мм2, каждая шина 6 мм2. Если установить силу тока на 40 А напряжение падает до 100 В. У дросселя также сечение 40 мм2, наматывался той же шиной, всего около 250 витков.

Для работы нужен воздушный компрессор, естественно, заводского исполнения. В данном случае использовался агрегат производительностью 350 л/мин.

Самодельный плазморез - схема работы .

Плазмотрон лучше приобрести заводской, он обойдется примерно в 150 - 200 у.е. В данном примере плазмотрон изготавливался самостоятельно: медное сопло (5 у.е.) и гафниевый электрод (3 у.е.), остальное «кустарщина». За счет чего расходники быстро вышли из строя.

Схема работает так: на резаке находится кнопка пуск, при ее нажатии реле (р1) подает на блок управления напряжение, реле (р2) подает напряжение на трансформатор, затем пускает воздух для продувки плазмотрона. Воздух осушает камеру плазмотрона от возможного конденсата и выдувает все лишнее, на это у него есть 2 - 3 секунды. Именно с такой задержкой срабатывает реле (р3), которое подает питание на электрод для поджига дуги. Затем включается осциллятор, который ионизирует пространство между электродом и соплом, как результат загорается дежурная дуга. Далее плазмотрон подносится к изделию и загорается режущая/рабочая дуга между электродом и заготовкой. Реле геркона отключает сопло и поджиг. Согласно данной схеме, если режущая дуга внезапно погаснет, например, если сопло попало в отверстие в металле, то реле геркона снова подключит поджиг и спустя несколько секунд (2 - 3) загорится дежурная дуга, а затем режущая. Все это при условии, что кнопка «пуск» не отпускается. Реле (р4) пускает воздух в сопло с задержкой, после того, как отпустили кнопку «пуск» и режущая дуга погасла. Все эти предосторожности необходимы для того, чтобы продлить ресурс сопла и электрода.

Самостоятельное изготовление плазмореза в «домашних» условиях дает возможность изрядно сэкономить, но о качестве реза говорить не приходится. Хотя если за работу возьмется инженер, то результат может быть даже лучше заводского исполнения.

Станок плазменной резки с ЧПУ может позволить себе не каждое предприятие, ведь его стоимость может достигать 15000 - 20000 у.е. Довольно часто такие организации заказывают выполнение работ плазменной резки на специальных предприятиях, но это тоже обходится недешево, особенно если объемы работ большие. Но ведь так хочется свой новый станок плазменной резки, а средств не хватает.

Помимо известных профильных заводов есть предприятия, которые занимаются производством станков плазменной резки, закупая лишь профильные детали и узлы, а все остальное изготавливают самостоятельно. В качестве примера мы расскажем, как делают станки плазменной резки с ЧПУ инженеры в производственном цеху.

Составляющие станка плазменной резки своими руками:

• Стол 1270х2540 мм;
• Ременная передача;
• Шаговые детали;
• Линейные направляющие HIWIN;
• Система, управляющая высотой факела THC;
• Блок управления;
• Стойка-терминал, в котором находится блок управления ЧПУ, стоит отдельно.

Характеристики станка :

• Скорость перемещения по столу 15 м/мин;
• Точность установки позиции плазмотрона 0,125 мм;
• Если использовать аппарат Powermax 65, то скорость реза будет 40 м/мин для 6 мм заготовки или 5 м/мин для заготовки толщиной 19 мм.

На подобный станок плазменной резки металла цена будет около 13000 у.е., не включая источник плазмы, который придется приобрести отдельно - 900 у.е.

Для изготовления такого станка комплектующие заказываются отдельно, а затем все собирается самостоятельно по такой схеме:

• Готовится основание для сварки стола, оно должно быть строго горизонтальным, это очень важно, лучше проверить уровнем.
• Сваривается рама станка в виде стола. Можно использовать трубы квадратного сечения. Вертикальные «ноги» необходимо усилить укосинами.

• Рама покрывается грунтовкой и краской, чтобы защитить от коррозии.

• Изготавливаются опоры для станка. Материал опор - дюраль, болты 14 мм, гайки лучше приварить к болтам.

• Сваривается водяной стол.

• Устанавливаются крепления для реек и ставятся рейки. Для реек используется металл в виде полосы 40 мм.
• Устанавливаются линейные направляющие.
• Корпус стола зашивается листовым железом и окрашивается.
• Устанавливается портал на направляющие.

• На портал устанавливается двигатель и концевые индуктивные датчики.
• Устанавливаются рельсовые направляющие, зубчастая рейка и двигатель оси Y.

• Устанавливаются направляющие и двигатель на оси Z.
• Устанавливается датчик поверхности металла.

• Устанавливается кран для слива воды из стола, ограничители для портала, чтобы не съехал со стола.
• Устанавливаются кабель-каналы Y,Z и X.

• Все провода прячутся в гофру.
• Устанавливается механизированная горелка.

• Далее изготавливается терминал с ЧПУ. Сначала сваривается корпус.
• В корпус терминала с ЧПУ устанавливается монитор, клавиатура, модуль ТНС и кнопки к нему.

Все, станок плазменной резки с ЧПУ готов.

Несмотря на то, что плазморез имеет достаточно простое устройство, все же не стоит браться за его изготовление без серьезных познаний в сварочном деле и большого опыта. Новичку проще заплатить за готовое изделие. А вот инженеры, желающие воплотить свои знания и умения в домашних условиях, что называется «на коленке», могут попробовать создать плазморез своими руками от начала и до конца.

На промышленных предприятиях, небольших мастерских, при проведении строительных и ремонтных работ используются ручной плазморез, когда необходимо сделать сварку или резку изделий из металла, а также специальное оборудование оснащенное системами ЧПУ. Для выполнения небольших по объему работ, может использоваться плазморез собранный своими руками из инвертора, который способен обеспечить высокое качество реза или шва с учетом выполняемых операций.

Принцип действия плазмореза

При включении источника питания ток начинает поступать в рабочую зону во внутреннюю камеру плазмореза, где активируется электрическая дежурная дуга между наконечником сопла и электродом. Образующая дуга заполняет канал сопла, куда под большим давлением начинает подаваться воздушная смесь, которая за счет высокой температуры 6000-8000 °C сильно нагревается и увеличивается в объеме от 50 до 100 раз. За счет внутренней формы сужающегося сопла, которое имеет форму конуса поток воздуха, сжимается, разогреваясь до температуры на выходе равной 25000 — 30000 °C, с образованием плазменной струи производящей резку обрабатываемой болванки. Причем первоначально активированная дежурная дуга гаснет и активируется рабочая между электродом и изделием из металла. Образующиеся продукты от воздействия плазменного горения и плавки металла удаляются за счет силы струи.

Рис 1 Проведение операций по разделке металла, где необходим раскрой или сварка изделия, используя ручной самодельный изготовленный своими руками или профессиональный плазморез.

Оптимальными показателями для рабочего процесса являются:

1. подача газа со скоростью до 800 м/сек;
2. показатель тока может составлять до 250 — 400 А.

Схема 1. Чертеж процесса плазменной разделки обрабатываемого изделия.

Ручной плазморез собранный с использованием инвертора в основном применяется для обработки заготовок и отличается небольшим весом и экономным расходом электроэнергии.

Подбор составных частей плазмореза

Для сборки плазменного резака, используя чертежи (на базе инвертора), своими руками необходимы агрегаты:

1. устройство подачи газа под давлением – компрессор;
2. плазменный резак;
3. электротехническое устройство – инвертор, обеспечивающий силу тока для образования электрической дуги;
4. рабочие шланги высокого давления для подачи воздуха и защищенный электрический кабель.

Для подачи воздуха подбираем компрессор с учетом выходного объема в течение 1 мин. Производственные компании выпускают 2 вида компрессоров:

1. аппарат поршневой;
2. аппарат винтовой (который обладает меньшим расходом электроэнергии, легче, но 40-50% дороже).

Рис. 2 Плазморез (аппарат) с комплектом кабеля для резака и соединения с заготовкой (в качестве анода).

Поршневые компрессоры подразделяются на масляные и без применения масла, по принципу привода — с ременным или прямым соединением элементов.
При эксплуатации компрессоров необходимо соблюдать ряд правил:

1. при отрицательной температуре окружающей среды необходимо предварительно прогревать масло, содержащееся в картере;
2. необходимо регулярно менять воздушный (входной) фильтр;
3. строго контролировать уровень масла в картере;
4. не реже 1 раз полгода необходимо осуществлять полную очистку агрегатов от посторонних примесей;
5. по окончании работ необходимо сделать сброс давления (с помощью регулятора) в системе.

При ремонтных работах часто используется продукция компании ORLIK KOMRESSOR (Чехия). Аппарат ORL 11 позволяет производить резку заготовки с использованием силы тока 200-440 А и воздушно-газового потока поступающего под давлением.

В комплект оборудования входит:

1. компрессор;
2. блок фильтров магистральных для воздушно-газовой смеси;
3. осушители газа;
4. ресивер.

На выходе из агрегата поступает очищенный воздух от масла, пыли и влаги. Примером винтовых компрессоров является продукция фирмы Atlas Copco (Швеция) серии СА. Устройство оснащено для очищения воздуха автоматической системой удаления конденсата.

Плазматрон — специальный аппарат, в котором с помощью электрического тока образуется электродуга разогревающая в камере подаваемый под давлением воздух с образованием режущего потока плазмы.

Резак состоит из элементов:

1. специального держателя с электродом;
2. изолирующей прокладки разделяющей сопло и электродный узел;
3. камеры образования плазмы;
4. сопла выходного для образования плазменной струи (см. чертежи);
5. снабжающих систем;
6. элементов тангенциальной подачи плазмы (на некоторых моделях) для стабилизации дугового разряда.

По способу выполнения работ (сварка или резка) резаки подразделяются:

1. Двухпоточные, используемые в восстановительных, окислительных и инертных средах.
2. Газовые инертные (с использованием гелия, аргона), восстановительные (водорода, азота).
3. Газовые окислительные (в состав воздушно-газовой смеси входит кислород).
4. Газовые с применением стабилизационной (газожидкостной) дуги.

Катод плазматрона изготавливается в виде стержня или вставок из вольфрама, гафния, циркония. Широкое распространение получили плазматроны с гильзовым катодом, применяемым при резке с использованием воздушно-газовой потока под давлением.

Для проведения резки изделий в окислительной среде используется пустотный катод, изготовленный из меди с принудительной системой охлаждения с помощью воды.

Рис. 3 Переносной аппарат (инвертор) для осуществления плазменной резки.

Плазморез двухпоточный (инверторный) оснащаются 2-мя соосными соплами наружным и внутренним. Поступающий газ во внутреннее сопло считается первичным, а наружное – дополнительным, причем газы могут иметь различный состав и объем.

Плазморез со стабилизацией дуги за счет подачи газожидкостного потока имеет отличие, которое заключается в подаче воды в факельную камеру для стабилизации состояния дугового разряда.

Для активации рабочей дуги в качестве анода используется заготовка, которая с помощью зажимов и кабеля подсоединяется к инвертору.

В качестве энергетической установки для осуществления процесса плазменной резки используется устройство (инвертор), обеспечивающее необходимую силу тока, которое обладает более высоким КПД, чем трансформатор, но возможности по обработке металла у трансформатора значительно выше.

Схема 2. Чертеж источника питания плазматрона своими руками.

Преимущества инвертора:

1. возможность равномерно изменять параметры;
2. небольшой вес;
3. устойчивое состояние рабочей дуги;
4. высокое качество реза или сварки.

В комплект оборудования также входит набор шлангов высокого давления для подсоединения стационарного компрессора и соединительный электрический кабель.

Для сборки плазмореза своими руками разрабатывается схема устройства с указанием необходимых агрегатов отвечающих требуемым характеристикам, которая должна включать все дополнения и изменения, используемые при сборке с приведением необходимых расчетов наиболее важных показателей. Самодельный плазморез своими руками можно собрать, используя готовые блоки и агрегаты, производимые специализированными компаниями при этом необходимо сделать точные расчеты и согласование выходных параметров протекающих процессов.

Особенности маркировки плазморезов

Выпускаемые промышленными предприятиями плазморезы можно разделить на 2 категории:

1. агрегаты машинной резки;
2. ручные.

Ручные резаки более доступны по цене при необходимости сборки своими руками. Производимые модели имеют специальную маркировку:

1. ММА – аппарат предназначен для дуговой сварки с помощью индивидуального электрода;
2. CUT – аппарат (плазморез) используется для разделки металла;
3. TIQ — аппарат применяется для работ, где необходима аргонная сварка.

Производственные предприятия выпускают оборудование для резки металла:

1. Профи CUT 40 (горелка РТ-31, допустимая толщина реза – 16 мм, расход воздушно-газовой смеси– 140 л/мин, ресивер объемом 50 л);
2. Профи CUT 60 (горелка Р-80, допустимая толщина реза заготовки — 20 мм, расход воздушно-газовой смеси – 170 л/мин.);
3. Профи CUT 80 (горелка Р. – 80, допустимая толщина реза заготовки – 30 мм, расход воздушно-газовой смеси – 190 л/мин.);
4. Профи CUT 100 (горелка А-101, допустимая толщина реза заготовки – 40 мм, расход воздушно-газовой смеси — 200 л/мин.), ресивер объемом 100 л.

Изготовление плазмореза с ЧПУ своими руками

Плазморез оснащенный ЧПУ должен иметь унифицированную сборку, используя чертежи, выполненные на основе подготовленного технического задания изделия, куда входят:

1. стол рабочий;
2. передача ременная;
3. блок управления функциями;
4. элементы шаговые;
5. направляющие линейные;
6. система регулировки высоты реза;
7. блок управления ЧПУ;

Схема 3. Чертеж устройства инвертора для плазменной резки.

Чертежи всех блоков плазмореза можно приобрести с учетом требуемой мощности и характеристик установки и финансовых возможностей или сделать своими руками при наличии опыта и знаний.

Для комплектования и сборки станка с ЧПУ необходимо, используя чертежи, изготовить ряд элементов:

1. основание для сварки стола;
2. собирается прочная рама с последующей окраской;
3. крепятся опорные стойки;
4. собирается водяной стол;
5. устанавливаются крепления и сами рейки;
6. монтируются направляющие линейные;
7. монтируется облицовка стола;
8. устанавливаются направляющие совместно с порталом;
9. портал оснащается двигателем и сигнальными датчиками;
10. монтируются направляющие, двигатель направляющей Y и зубчатая рейка регулирования позиционирования;
11. монтируется направляющая с оснащением двигателем;
12. монтируется сигнальный датчик поверхности металла;
13. монтируется кран для удаления воды со стола;
14. прокладываются соединительные кабели-каналы X.Z.Y;
15. провода изолируются и закрываются с помощью облицовки;
16. монтируется рабочий резак;
17. собирается и монтируется устройство с ЧПУ.

Проведение операций по изготовлению и сборке плазмотрона с ЧПУ, должны выполняться только при наличии квалифицированных специалистов. Схема устройства (чертежи) должна включать все необходимые элементы, обеспечивающие высокое качество работы и безопасность выполнения резки металла. Оснащение предприятий оборудованием с ЧПУ позволяет повысить производительность труда и сложность выполнения операций. Сделать производственные процессы, выполняемые с помощью оборудования с ЧПУ более экономичными за счет повышения производительности труда и сокращения скорости обработки изделий.

Вам также могут быть интересны статьи:

Как сделать строгальный станок по дереву своими руками Как сделать гильотину для резки металла своими руками?

Технология и различных металлических изделий с одинаковым успехом применяется в быту и на крупных промышленных производствах. С помощью специального оборудования можно с легкостью разрезать цветные металлы, а также качественно работать с нержавеющей сталью, алюминием и другими сплавами. Разрезание цветных металлов осуществляется при помощи специальных плазморезов, которые одновременно просты в использовании, функциональны и надёжны. Расскажем поподробнее об этом оборудовании и поговорим о том, как изготовить плазменный резак своими руками из инвертора.

Промышленные плазменные резаки — это производительное оборудование, которое позволяет осуществлять максимально точный раскрой различных по показателям тугоплавкости металлов. Такие промышленные плазморезы предназначены в первую очередь для эксплуатации в условиях повышенных нагрузок и оснащаются ЧПУ, что обеспечивает возможность изготовления деталей серийным способом.

Если вам необходим плазморез для бытового использования, а также для применения такого оборудования в строительстве, то такой резак можно изготовить своими руками из простейшего сварочного инвертора . В последующем выполненное своими руками оборудование будет отличаться универсальностью в использовании, позволит эффективно разрезать цветные металлы и толстую листовую сталь.

Выполнить такой резак своими руками из инвертора не составит какой-либо особой сложности. Схемы выполнения подобных устройств вы можете с легкостью найти в сети Интернет и по полученным расчетам выполнить такое простое в использовании устройство. Можем порекомендовать вам делать резаки для плазмы на базе компактных сварочных инверторов, что позволит обеспечить существенное упрощение конструкции и гарантирует необходимую эффективность таких устройств.

Самодельные аппараты для плазменной резки не оснащаются ЧПУ, поэтому использовать такое оборудование для работы, которая полностью контролируется автоматикой, будет невозможно. Вы должны понимать, что с использованием таких самодельных плазморезов выполнить две идеально точные детали будет нельзя.

Самодельный плазморез будет состоять из следующих элементов:

• Плазмотрона.
• Источника постоянного тока.
• Компрессора или же баллона с газом.
• Осциллятора.
• Кабелей питания.
• Шлангов подключения.

Принцип работы

Принцип работы такого оборудования чрезвычайно прост:

1. Используемый источник тока, а в нашем случае это инвертор, вырабатывает напряжение и по кабелям подаёт его в плазмотрон.
2. В плазмотроне находятся два электрода, между которыми и возбуждается высокотемпературная дуга.
3. По специально закрученным каналам под высоким давлением в рабочую область с зажженной дугой подается поток воздуха или газ.
4. К разрезаемому изделию предварительно подключается кабель массы, который замыкается на разрезаемую поверхность и обеспечивает возможность работы с металлом.

Источники постоянного тока

Технология плазменной резки неизменно потребует высокой мощности рабочего тока, показатели которого должны находиться на уровне полупрофессиональных и профессиональных инверторных сварочных аппаратов. Использовать в качестве источника тока трансформаторные сварочные аппараты не рекомендуется, так как подобные устройства отличаются громоздкими габаритами и неудобны в работе. А вот инвертор станет отличным выбором, так как такие устройства сочетают компактные габариты и обеспечивают качественный электроток.

Схемы и чертежи плазмореза своими руками отличаются простотой, при этом существенно сокращаются затраты на изготовление такого оборудования. Сделанный ручной компактный плазморез из сварочного инвертора сможет справиться с резкой металла, толщина листа которого будет достигать 30 мм. Если говорить о преимуществах таких домашних плазморезов, выполненных с использованием инвертора, то отметим следующее:

• Отсутствие искр металла.
• Гладкость кромок.
• Точность линий.
• Решены проблемы с перегревом.

Важно: выполнить самодельный плазморез на базе инвертора не составит труда. Необходимо лишь, чтобы аппарат генерировал электроток с силой не менее 30 Ампер.

Используемый источник тока должен соответствовать следующим требованиям:

• Питание от сети с напряжением 220 Вольт.
• Возможность работать с мощностью в 4 кВт.
• Показатель холостого хода должен составлять 220 Вольт.
• Диапазон регулировки силы тока находится в диапазоне 20−40 Ампер.

Конструкция плазмотрона

Плазмотрон является вторым по важности элементом резака для металла. Рассмотрим поподробнее конструкцию плазмотрона и принцип его работы. Состоит он из основного и вспомогательного электрода. Основной электрод выполняется из тугоплавких металлов, а вспомогательный, который имеет форму сопла, обычно делается из меди.

В плазмотроне катодом является основной электрод из тугоплавкого металла, а медный электрод-сопло используется в качестве анода, что и позволяет обеспечить качественный электроток и высокотемпературную дугу для разрезания металла.

Выполненный плазмотрон отвечает за создание и поддержание дуги, которая располагается между обрабатываемой деталью и резаком. От формы и конструкции сопла будет зависеть толщина реза, а также температура, которая создается таким резаком. Используемое сопло может выполняться с полусферической или конической формой, обеспечивая рабочую температуру на уровне 30 000 градусов по Цельсию.

В процессе эксплуатации плазмотрона основной электрод и сопло могут изнашиваться, что приводит к ухудшению качества резки металла. При таком износе этих элементов их следует заменить на новые, что позволит гарантировать отличное качество работы с металлом.

К плазмотрону подается рабочий газ из баллона, при этом используются специальные сверхпрочные газовые шланги, способные выдерживать повышенное давление. В каждом конкретном случае в зависимости от материала, с которым проводится работа, используемый газ, который необходим для разрезания металла, может отличаться.

Рабочий газ подается по специальным каналам, причём наличие у трубки подачи многочисленных витков позволяет обеспечить нужные завихрения воздуха, что, в свою очередь, гарантирует качественную разрезающую плазменную дугу, которая будет иметь правильную форму. Тем самым улучшается качество резки и сварки металла и минимизируется толщина шва.

Осциллятор

Особенностью плазморезов является тот факт, что для начала работы необходим предварительный поджиг дуги , лишь после этого в плазмотрон подается газ, создаётся необходимой температуры дуга и осуществляется разрезание металла. В качестве такого своеобразного стартера используется осциллятор, который и служит для предварительного поджига дуги. Схема выполнения осциллятора не представляет сложности.

В Интернете вы сможете найти функциональные и электрические схемы осцилляторов, выполнить которые не составит труда. Необходимо лишь использовать качественные электросхемы и конденсаторы, которые будут по своим параметрам подходить к генерируемому инвертором электротоку. В зависимости от своего типа такая горелка может включаться в схему питания плазмотрона последовательно или параллельно.

Рабочий газ

Ещё перед тем как выбирать конкретную схему изготовления плазменного резака, следует определиться со сферой использования такого оборудования. В том случае, если вы планируете использовать аппарат исключительно для работы с черными металлами, можно исключить из схемы баллоны с газом, а использовать один лишь компрессор со сжатым воздухом. Если же планируется применять такое оборудование для латуни, титана и меди, то необходимо выбирать схему плазменного резака с баллоном с азотом. Резка алюминия выполняется при помощи специальной смеси газа с водородом и азотом.

Разберемся с тем, как осуществляется плазменная резка металла своими руками. После включения инвертора сгенерированный электрический ток поступает в плазменный резак на электрод, осциллятор поджигает электрическую дугу. Ее температура изначально может составлять 6−8 тысяч градусов. Сразу же после поджигания дуги в сопло под высоким давлением подается воздух или газ, через который проходит электрический заряд. Воздушный поток нагревается и ионизируется электрической дугой, после чего его объём может увеличиваться в сотни раз, а сам газ и воздух начинает проводить электрический ток.

Плазморезка формирует тонкую струю плазмы, температура которой может достигать 30 000 градусов. В последующем такая высокотемпературная струя плазмы подаётся на обрабатываемый металл, что позволяет осуществлять разрезание сверхпрочных металлических элементов.

Одной из особенностей использования плазменной резки является тот факт, что обрабатываемый металл режется и плавится исключительно в месте воздействия на него плазменного потока. Крайне важно правильно позиционировать пятно воздействия плазмы, которое должно находиться строго в центре рабочего электрода. В том случае, если пренебрегать этим требованием, нарушается воздушно-плазменный поток, что ухудшает качество разрезания металла.

Качество работы с таким плазменным резаком будет также зависеть от скорости подачи воздушного потока. Рекомендуется все работы выполнять с силой тока в 250 Ампер, при этом скорость воздушной струи будет составлять 800 метров в секунду. Это позволит с легкостью работать с различными по своим характеристикам тугоплавкости металлам, обеспечивая качественное разрезание без термического воздействия на структуру сплава.

Плазморез представляет собой специальное устройство, которое позволяет быстро, качественно и эффективно разрезать различный по своей структуре металл. Можно как приобрести уже изготовленные в заводских условиях плазморезы, так и выполнить их самостоятельно. Вы с легкостью сможете найти подходящие для вас схемы выполнения плазменных резаков из инвертора или трансформаторного сварочного аппарата, что и позволит самостоятельно выполнить такое оборудование, сэкономив на его покупке в магазине.

Плазморез своими руками из инвертора не так сложно собрать. Важно предусмотреть наличие следующих элементов:

• плазмотрон, т. е. непосредственно ;
• источник питания, в качестве которого выступает сварочный инвертор (можно применять и трансформатор);
• компрессор для подачи воздушной струи охлаждения и формирования плазменного потока;
• кабель-шланги для сборки и подключения отдельных элементов в единую систему.

Плазморез можно использовать не только для резки различных деталей, но и для сварки.

Плазменный самодельный резак можно использовать для выполнения различных работ. Это не только производство, но и бытовые работы, например, обработка различных металлических заготовок, где требуется точный тонкий и высококачественный рез. Есть модели, которые можно использовать для сварки в защищенной газовой среде с использованием аргона.

При сборке внимание следует уделить силе тока. Величина зависит от источника питания, предпочитают использовать инвертор. Он обеспечивает более стабильную работу, энергопотребление экономнее, чем у трансформатора, хотя толщина заготовок, с которыми он может работать, ниже. Почему именно инвертор? Все дело в том, что он удобнее в работе, чем трансформатор. Его вес меньше, он не такой массивный. Электроэнергии потребляется меньше, при этом КПД выше на 10%, что положительным образом сказывается на качестве работы.

Схемы для сборки можно использовать уже готовые, если покупаются элементы конструкции все вместе. Можно ее взять из сети, особенно когда все детали уже есть и покупать ничего не требуется. При сборке внимание следует уделять точности и четкости соответствия схеме, соединению отдельных элементов. Сопло следует брать длинным, но не слишком, так как его придется быстро заменять.

Выбор конструктивных элементов

Изготовление плазмореза своими руками из инвертора требует наличия таких элементов:

1. Источник питания для оборудования, в этом качестве и выступает инвертор, обеспечивающий подачу тока с необходимыми характеристиками на плазморез. Вместо инвертора, если его нет в наличии или невозможно найти, можно использовать трансформатор.
2. Если вместо инвертора выбирается трансформатор, необходимо учесть его большой вес и слишком высокое потребление электроэнергии.
3. Плазмотрон, т. е. плазменный резак, который является основным элементом конструкции.
4. Воздушный компрессор и кабель-шланговый пакет.

Что выбрать в качестве источника тока для сборки плазмореза? Трансформатор – не самый лучший вариант по целому ряду причин. Дело не только в его большом весе, что затрудняет использование оборудования после сборки, но и в слишком большом потреблении электроэнергии. Устройство получается слишком затратным. Из преимуществ следует отметить слабую чувствительность к перепадам напряжения в сети во время работы. Таким оборудованием можно резать различные заготовки, толщина которых значительная.

Инвертор в качестве источника питания является более предпочтительным, он экономнее, его стоимость ниже . Кроме того, вес инвертора гораздо меньше, устройство после сборки в использовании проще. Но толщина заготовок не может быть слишком большой. Такие плазменные резаки можно использовать в домашних мастерских, на небольшом производстве, так как мощности вполне хватает для такого «скромного» производства. Есть и еще одно преимущество в пользу первого. Это уровень КПД, который у инверторного резака примерно на 30% выше, дуга отличается более стабильными показателями, резка получается качественнее. Удобнее такое оборудование и для работы в труднодоступных местах, где трансформаторные использовать не получается. Плазмотрон – главный элемент резака, его конструкция включает в себя сопло, канал подачи воздуха (сжатого для обеспечения резки), электрод, изолятор/охладитель.

Вернуться к оглавлению

Сборка плазменного резака

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:

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

Вернуться к оглавлению

Как работает плазменный резак?

После того как плазменный резак собран, надо проверить его работоспособность. При включении инвертор начинает подавать ток на плазмотрон с высокой частотой. Появляется дуга, ее температура в этот момент составляет от 6000°С до 8000°С, зажигается она между наконечником сопла и рабочим электродом. Далее в камеру начинает поступать сжатый воздух, он из патрубка проходит через электродугу, нагревается, в объеме увеличивается до 100 раз. Струя приобретает токопроводящие свойства, ионизируется.

Соплом формируется узкий рабочий поток, скорость которого равна 2-3 м/сек. Температура в это время сильно повышается, может достигать от 25000°С до 30000°С. На выходе образуется высокотемпературная плазма, используемая для резки. При соприкосновении плазмы и детали дежурная первоначальная дуга гаснет, а зажигается уже режущая, которая обрабатывает деталь локально. Металл плавится только в месте реза, потоком воздуха все металлические расплавленные частички сдуваются.

Использование такого резака из обычного сварочного инвертора позволяет получить аккуратные резы в металлических заготовках. При работе необходимо следить, чтобы пятно дуги находилось строго по центру катода/электрода, для чего используется так называемая тангенциальная подача рабочего воздушного потока. Если при работе такой воздушный вихревой поток будет нарушен, то работать устройство начнет нестабильно, качество реза сильно ухудшится. Важно, чтобы при работе не образовывалось сразу две дуги, в этом случае аппарат просто выйдет из строя. Нельзя, чтобы плазменный резак имел слишком сильный поток воздуха.

Скорость, обеспечивающая хорошее качество, равна 800 м/сек, но при этом сила тока должна составлять до 250 А, не выше.

Но надо учесть, что расход воздуха будет увеличен.

Плазменный резак, в качестве главного элемента которого используется инвертор для дуговой сварки, применяется для реза металлических заготовок. Сборка простая, конструкция включает себя такие элементы, как источник тока, сопло, плазменный резак, компрессор. При сборке следует сразу определиться с источником питания, вместо инвертора некоторые предпочитают трансформатор. Все преимущества и недостатки устройств были описаны выше, вам остается только сделать выбор.

Принцип действия большинства плазматронов мощностью от нескольких кВт до нескольких мегаватт, практически один и тот же. Между катодом, выполненным из тугоплавкого материала, и интенсивно охлаждаемым анодом, горит электрическая дуга.

Через эту дугу продувается рабочее тело (РТ) - плазмообразующий газ, которым может быть воздух, водяной пар, или что другое. Происходит ионизация РТ, и в результате на выходе получаем четвертое агрегатное состояние вещества, называемое плазмой.

В мощных аппаратах вдоль сопла ставится катушка эл.магнита, он служит для стабилизации потока плазмы по оси и уменьшения износа анода.

В этой статье описывается уже вторая по счету конструкция, т.к. первая попытка получить устойчивую плазму не увенчалась особым успехом. Изучив устройство "Алплаза", мы пришли к выводу что повторять его один в один пожалуй не стоит. Если кому интересно - все очень хорошо описано в прилагаемой к нему инструкции.

Наша первая модель не имела активного охлаждения анода. В качестве рабочего тела использовался водяной пар из специально сооруженного электрического парогенератора - герметичный котел с двумя титановыми пластинками, погруженными в воду и включенными в сеть 220V.

Катодом плазматрона служил вольфрамовый электрод диаметром 2 мм который быстро отгорал. Диаметр отверстия сопла анода был 1.2 мм, и оно постоянно засорялось.

Получить стабильную плазму не удалось, но проблески все же были, и это стимулировало к продолжению экспериментов.

В данном плазмогенераторе в качестве рабочего тела испытывались пароводяная смесь и воздух. Выход плазмы получился интенсивнее с водяным паром, но для устойчивой работы его необходимо перегревать до температуры в не одну сотню градусов, чтобы не конденсировался на охлажденных узлах плазматрона.

Такой нагреватель еще не сделан, поэтому эксперименты пока что продолжаются только с воздухом.

Фотографии внутренностей плазматрона:

Анод выполнен из меди, диаметр отверстия сопла от 1.8 до 2 мм. Анодный блок сделан из бронзы, и состоит из двух герметично спаянных деталей, между которыми существует полость для прокачки охлаждающей жидкости - воды или тосола.

Катодом служит слегка заостренный вольфрамовый стержень диаметром 4 мм, полученный из сварочного электрода. Он дополнительно охлаждается потоком рабочего тела, подаваемого под давлением от 0.5 до 1.5 атм.

А вот полностью разобранный плазматрон:

Электропитание подводится к аноду через трубки системы охлаждения, а к катоду - через провод, прицепленный его держателю.

Запуск, т.е. зажигание дуги, производится закручиванием ручки подачи катода до момента соприкосновения с анодом. Затем катод надо сразу же отвести на расстояние 2..4 мм от анода (пара оборотов ручки), и между ними продолжает гореть дуга.

Электропитание, подключение шлангов подачи воздуха от компрессора и системы охлаждения - на следующей схеме:

В качестве балластного резистора можно использовать любой подходящий электронагревательный прибор мощностью от 3 до 5 кВт, например подобрать несколько кипятильников, соединенных параллельно.

Дроссель выпрямителя должен быть рассчитан на ток до 20 A, наш экземпляр содержит около сотни витков толстой медной проволоки.

Диоды подойдут любые, рассчитанные на ток от 50 А и выше, и напряжение от 500 V.

Будьте осторожны! Этот прибор использует бестрансформаторное питание от сети.

Воздушный компрессор для подачи рабочего тела взят автомобильный, а для прокачки охлаждающей жидкости по замкнутому контуру используется автомобильный омыватель стекол. Электропитание к ним подводится от отдельного 12-вольтового трансформатора с выпрямителем.

Немного о планах на будущее

Как показала практика, и эта конструкция тоже оказалась экспериментальная. Наконец-то получена стабильная работа в течение 5 - 10 минут. Но до полного совершенства еще далеко.

Сменные аноды постепенно выгорают, а делать их из меди, да еще с резьбой, затруднительно, уж лучше бы без резьбы. Система охлаждения не имеет прямого контакта жидкости со сменным анодом, и из-за этого теплообмен оставляет желать лучшего. Более удачным был бы вариант с прямым охлаждением.

Детали выточены из имевшихся под рукой полуфабрикатов, конструкция в целом слишком сложна для повторения.

Также необходимо найти мощный развязывающий трансформатор, без него пользоваться плазматроном опасно.

И под завершение еще снимки плазматрона при разрезании проволоки и стальных пластинок. Искры летят почти на метр:)