Советы по изготовлению плазмореза из инвертора своими руками

Советы по изготовлению плазмореза из инвертора своими руками

Как правило, плазмой листовой металл режется на крупных производствах, и делается это при изготовлении деталей сложной конфигурации. На промышленных станках режутся любые металлы: сталь, медь, латунь, алюминий, сверхтвердые сплавы. Примечательно, что плазменный резак вполне можно сделать собственноручно, хотя возможности устройства в этом случае будут несколько ограниченными. В крупносерийном производстве самодельный ручной плазморез непригоден, но вырезать им детали в своей мастерской, цехе или гараже удастся. В отношении конфигурации и твердости обрабатываемых заготовок ограничений практически нет. Однако они касаются скорости резания, размеров листа и толщины металла.

Аппарат косвенного действия

Установки косвенного действия используются не так часто, как прямого. Все дело в том, что они характеризуются меньшим показателем коэффициента полезного действия, то есть КПД.

Устройство этих инструментов также довольно специфичное и заключается оно в том, что активные точки цепи размещаются либо на трубе, либо на специальном вольфрамовом электроде. Эти устройства стали довольно широко применяться тогда, когда требуется произвести напыление или нагреть металлические части. Однако в качестве плазменного резака этот тип оборудования не применяется. Чаще всего их используют для того, чтобы провести ремонт автомобильных узлов, не извлекая их при этом из корпуса.

К особенностям работы таких резаков также можно отнести то, что они способны работать только в том случае, если имеется воздушный фильтр, а также охладитель. Наличие воздушных фильтров в этом устройстве обеспечивает более длительный срок службы таких элементов, как катод и анод, а также влияет на ускорение процесса запуска механизма.

Для выполнения плазменной резки требуется оборудование, состоящее из:

• Инвертора.
• Горелки.
• Кабеля массы.
• Баллона со сжатым воздухом или компрессора.

Инвертор плазмореза выполняет преображение переменного электрического тока из сети в постоянный ток. В результате 220В на входе превращаются в 400В с силой тока от 25 до 125А.

К инвертору подключается горелка, которая называется плазмотроном. В ней выполняется возбуждение электрической дуги. На последнюю подается поток воздуха, который сильно разогревается. В результате этого формируется раскаленная плазма. При контакте с практически любыми поверхностями она их прожигает. Температуры плазмы достаточно даже для резки керамики, которая является более термостойкой даже чем сталь.

Скорость истечения плазмы 1500 м/с. Это превосходит возможности обычного газового резака, работающего в сочетании с кислородным баллоном, даже когда давление в том доходит до 10 атм. Таким образом, поток плазмы является более производительным, а главное позволяет получать более чистый рез. Он не выглядит столь оплавленным и неровным как после газового резака. Это естественно и исключает образование большого количества шлака на обратной стороне раскраиваемой заготовки.

Область использования

Плазморез используется не только на производствах, но и полюбился мастерам в небольших домашних мастерских. Это связано с доступностью данного оборудования. Плазморезы применяются для выполнения раскроя листового металла толщиной 1-100 мм. Конечно, их возможности зависят напрямую от мощности. Бытовые устройства обычно не режут заготовки сечением больше 15-22 мм.

Потоком плазмы можно выполнять сложный раскрой с множеством изломов. То есть, плазморез справляется с такими задачами, которые просто невозможно выполнить обычным абразивным инструментом в силу его особенностей реза.

Плазморезы целесообразно использовать в таких случаях:

• Когда требуется фигурный раскрой металла.
• Для увеличения продуктивности труда.
• Для снижения себестоимости выполнения реза.

Если сравнивать работу плазморезов, к примеру, с УШМ, то чтобы раскроить толстую стальную плиту длиной 1 м потребуется как минимум несколько абразивных отрезных дисков. То есть, себестоимость такой работы будет заключаться как минимум в их покупке. При работе же плазморезом расходные материалы не нужны. По сути, выполняется только потребление электроэнергии, что не так дорого.

В то же время плазморезы превосходят и газовые резаки. Дело в том, что они делают более чистый рез, который если и нужно шлифовать, то это будет менее сложно. Для работы этого аппарата не нужно заправлять баллоны кислородом и пропаном.

Преимущества

Использование плазмореза дает много преимуществ в работе. Это не удивительно, так как такое оборудование имеет немало плюсов. К их числу можно отнести:

• Высокая скорость выполнения реза.
• Быстрый прожиг.
• Не сильно греет всю заготовку.
• Высокое качество реза.
• Полная безопасность.
• Простая регулировка.
• Низкие требования к качеству заготовок.

Поток плазмы, выдаваемый плазморезом, имеет рабочую температуру до 20 тыс. градусов, но обычно находится в пределах 8-10 тыс. Это позволяет очень быстро прожигать даже очень толстый металла. К примеру, потоком плазмы можно кроить листовую сталь сечением 25 мм со скоростью 1 м/мин. Никакая болгарка или газовая горелка на такое не способна.

Чтобы прожечь в центре лист металла сечением 15 мм, плазморезу потребуется 2 сек. Это учитывая, что заготовка холодная, поэтому первое время температура с точки воздействия поглощается окружающим материалом. Для сравнения, газовая горелка сделает это не менее, чем за 30 сек.

Поток плазмы прожигает металл быстро, так что срок воздействия в направленную точку небольшой. Это сопровождается тем, что поверхности вокруг разогреваются не сильно. Если пользоваться менее скоростными абразивными инструментами или газовой горелкой, то площадь накала вокруг линии реза намного больше. Когда же обрабатываемая заготовка ранее прошла закалу, то в результате она получит отпуск и станет мягкой. От плазмореза это происходит в меньшей мере. Качества, заданные заготовке в результате предварительной термообработки, после раскроя плазмой практически сохраняются.

Кромки на вырезанных с помощью плазмореза заготовках получаются достаточно качественными. На них нет таких наплывов и прилипшего шлака, как на деталях, полученных с помощью газового резака. Они достаточно ровные и гладкие, чтобы их сразу использовать по назначению, к примеру, при изготовлении сварных конструкций. Если же поверхность нужно отшлифовать до идеала, то после плазмореза шлифовка происходит не так сложно, так как отсутствуют глубокие рытвины.

Бытовой и полупрофессиональный плазморез не применяет в своей работе горючие газы, подобно газовому резаку или промышленному плазменному. Таким образом, использование такого оборудования не сопровождаться риском взрыва. Также у плазмореза нет обратного удара пламени, как наблюдается у кислородных резаков.

При использовании плазмореза достаточно его просто включить, и если это предусмотрено конструкцией, отрегулировать мощность. Не нужно настраивать давление кислорода и горючего газа. То есть, освоиться с принципом работы аппарата можно за пару минут, и сразу же начать получать навыки работы с ним.

Заготовки, которые подлежат раскрою не обязательно перед работой очищать от ржавчины, старой краски или прочих загрязнений. Плазменная дуга прорезает все, при этом у нее не наблюдаются воздушные хлопки и разбрызгивания жидких горячих капель металла.

Недостатки

Плазморез действительно очень полезное для мастерской оборудование, но его нельзя считать идеальным для выполнения всех работ по раскрою. Существуют задачи, с которыми лучше разобраться другим инструментом. Все дело в некоторых недостатках и ограниченных возможностях данного оборудования.

В целом к минусам плазморезов можно отнести:

• Режет только под прямым углом.
• Не подходит для прогрева заготовок.
• Требует подключения к электросети.

Чтобы рез получился качественным, дуга должна быть направлена перпендикулярно к плоскости заготовки. В противном случае линия реза будет искривленной. Однако дорогие плазморезы могу выполнять и косые резы.

Плазморезы не подходят для того, чтобы греть ими заготовки для повышения их пластичности перед изгибом. С их помощью это сделать реально, но очень сложно, так как существует риск прожечь заготовку. Газовая горелка справляется с такой задачей куда лучше.

Также нельзя забывать, что плазморез работает от электрической сети. Им не получится вырезать металл в месте без электрификации, как это делают газовые резаки. Если устройство используется с компрессором, а не баллоном, то нужно учитывать, что тот также нуждается в электричестве.

Виды плазморезов

Плазморезы можно разделить на виды в зависимости от типа:

• Используемого газа.
• Поджига дуги.
• Охлаждения.

В зависимости от типа применяемого газа плазморезы можно разделить на обычные, работающие от сжатого воздуха, а также требующие подключения кислорода, аргона. Прибор на воздухе относится к классу бытовых устройств, которые обычно и применяются частным мастерами. На очищенных газах резка получается быстрее и точнее. Такие устройства применяют на производственном оборудовании.

По типу поджига дуги плазморезы бывают контактные, пневматические и высокочастотные. Они имеют весьма существенные отличия. Так у контактного устройства поджиг дуги происходит только в момент прижатия сопла плазмотрона к поверхности, контактирующей с клеммой массы на инверторе. В результате вспыхивает дуга и происходит рез. У пневматических устройств это случается за счет подачи газа. То есть прикасаться соплом к заготовке не нужно. Это позволяет сохранить ресурс сопла, которое в результате меньше обгорает и пачкается шлаком. Высокочастотный плазморез работает автоматически. Его дуга переходит в режим реза просто при приближении к поверхности. Это происходит за счет ее возбуждения высокочастотным импульсом, между катодом и анодом в сопле.

По типу охлаждения плазморезы можно разделить на воздушные и жидкостные. Первые остывают за счет обдува корпуса инвертора вентилятором. Такой тип охлаждения применяется в бытовых и полупрофессиональных устройствах. Плазморезы с водяным охлаждением это уже профессиональные установки, способные работать значительно дольше без остановок. Они остывают за счет циркуляции внутри охлаждающей жидкости, обычно смеси дистиллированной воды и этилового спирта. В целом для рядового пользователя интересными являются только устройства с воздушным охлаждением. Однако нужно отталкиваться от его эффективности, так как перегревать оборудование нельзя.

Критерии выбора

Выбирая плазморез следует обратить внимание на такие важные параметры:

• Максимальная толщина чистовой и черновой резки.
• Длина шланг пакета.
• Требуемая мощность компрессора.
• Продолжительность работы без перерыва.

При выборе нужно учитывать, что рекомендуемая максимальная толщина реза указывается в двух значениях. Первое определяет сечение, при котором кромки после резки не нужно будет обрабатывать. Второй параметр толщины является максимальным пределом, но при такой обработке рез будет иметь дефекты.

Как правильно подобрать силу тока?

Чтобы получить ровный и аккуратный рез, без окалины, наплывов и шлака, нужно грамотно выставить на аппарате силу тока, необходимую для разрезания конкретной заготовки. Для этого нужно знать, какая сила тока приходится на расплавление 1 мм материала. Для разных видов металла будет свое значение:

• При работе с чугуном и сталью – 4 А.
• При работе с цветными металлами и их сплавами – 6 А.

К примеру, для обработки стального листа толщиной 20 мм на аппарате нужно выставить силу тока не менее 80 А, а для работы с алюминиевым листом такой же толщины – 120 А. Но это еще не все, что нужно учесть при работе. Чтобы металл успел расплавиться в месте реза, но при этом не деформировался при тепловом воздействии плазмы, важно подобрать оптимальную скорость ведения резака. Она может быть от 0,2 до 2 м/мин., в зависимости от выставленной силы тока, толщины заготовки и вида металла, Конечно, первое время новичку будет сложно измерить скорость и подобрать наиболее подходящую, это придет с опытом. А на первое время запомните простое правило: ведите горелку так, чтобы искры были видны с обратной стороны разрезаемой заготовки. Если их не видно – металл разрезан не насквозь, скорость большая. Но слишком медленное ведение резака, особенно при высокой силе тока, может стать причиной образования окалины, угасания дуги и ухудшению качества реза.

Преимущества технологии

Резка плазмой обладает преимущественными характеристиками перед другими методами обработки металлических изделий. Технология регулярно совершенствуется, что позволяет получать детали с высокой точностью реза.

К достоинствам относятся:

• Универсальность – выполняется обработка любых видов металлов, благодаря выбору оптимального режима. Материал не нуждается в предварительной подготовке, допускается наличие ржавчины, грязи или краски.
• Точность – в отличие от обработки изделий болгаркой или газорезкой на заготовке не остаются наплывы, заусенцы. Рез остается чистым, последующая чистка и устранение дефектов не требуются.
• Возможность выполнения различных геометрических фигур. Плазморез легко справляется с раскроем материала, формируя сложный рез.
• Безопасность – отсутствие горючих газов делает процесс реза металла безопасным.
• Отсутствует риск искривления полуфабриката – металл разогревается в малом радиусе, поэтому риск деформации деталей минимальный.

Аппараты просты в использовании, оборудование не нуждается в предварительных настройках подачи горючего газа, струи кислорода. Запуск прибора происходит нажатием одной кнопки.

Конструкция

Плазморезка сформирована следующими элементами:

1. Элемент питания, который отвечает за подачу тока той или иной силы. В качестве элемента применяют либо трансформаторы, либо инверторы.

Первый вариант характеризуется значительной массой, зато почти неуязвим для колебаний напряжения, а также дает возможность осуществлять рез металлических заготовок огромной толщины.

Инвертор – хороший выбор в том случае, если манипуляции ведутся с не слишком толстыми заготовками. Они экономичны в отношении потребления энергии, характеризуются высоким КПД и рекомендуются для использования в частном хозяйстве.

2. Плазмотрон. Основной элемент, посредством которого и ведется рез.

Корпус детали скрывает электрод, отвечающий за формирование мощной дуги. Сделан электрод из тугоплавкого металла, благодаря чему исключены его деформации и разрушения вследствие высокотемпературных нагрузок. Как правило, используется гафний, как наиболее прочный и безопасный материал.

На конце находится сопло, формирующее струю плазмы, с легкостью разрезающую заготовку.

Производительность и мощность устройства, во многом, определяется именно диаметром сопла. Чем шире сопло, тем больше воздуха оно пропускает за единицу времени, а увеличение объемов воздуха непосредственно увеличивает производительность. Наиболее распространенный диаметр – 3 миллиметра.

Точность работы зависит от конфигурации сопла, для проведения наиболее тонкой работы следует подбирать удлиненный элемент.

3. Компрессор. Его главная задача – нагнетание воздуха, без которого плазменный резак по металлу просто не может функционировать. Процесс построен на использовании газа для формирования плазменной струи и защиты.

Если сила тока устройства ограничена 200А, то необходим просто сжатый воздух, его достаточно и для отвода лишнего тепла, и для формирования струи. Такая модель – оптимальное решение в случаях, когда режутся заготовки не толще 5 сантиметров.

Установки промышленного типа используют не обычный сжатый воздух, а концентрированные газовые смеси на основе гелия, водорода, азота.

4. Комплекс кабелей и шлангов соединяет все модули между собой. Шланги транспортируют сжатый воздух, кабеля передают электрический ток.

Смотрите полезное видео, устройство и как работает плазменная резка:

Рабочий принцип

Теперь изучим непосредственно принцип работы устройства.

Когда оператор нажимает на клавишу розжига, элемент питания подает ток на плазмотрон. Это приводит к формированию первичной дуги огромной температуры, которая составляет от 6 до 8 тысяч градусов.

Формирование дуги между наконечником электрода и сопла происходит из-за того, что крайне трудно добиться такого результата непосредственно между заготовкой и электродом. Более того, если работа ведется с материалом, характеризующимся изолирующими свойствами, это просто невозможно.

Когда сформирована первичная дуга, к ней подается воздушная смесь. Данный воздух контактирует с ней, его температура растет, а объем – увеличивается, причем увеличение может быть даже стократным. Вдобавок к этому, воздух теряет свои диэлектрические свойства, ионизируется.

За счет того, что сопло имеет сужение к своему окончанию, воздушный поток разгоняется до 2-3 метров в секунду и вырывается наружу, имея температуру почти в 30 тысяч градусов. Из-за высокой степени ионизации и огромной температуры воздух называется плазмой, показатель электрической проводимости которой равняется этому параметру у обрабатываемого металла.

В момент соприкосновения с обрабатываемой поверхностью первичная дуга угасает, а дальнейшая работа ведется уже за счет вновь образованной режущей дуги. Именно она плавит или прожигает материал. Рез получается ровным, так как мощный воздушный поток сдувает с поверхности все появляющиеся частички.

Такое описание того, как работает система, является наиболее простым и распространенным.

Области применения

Теперь рассмотрим, что им можно делать:

• Оперативный рез больших объемов материалов.
• Изготовление листовых деталей, характеризующихся сложностью геометрии, вплоть до ювелирной и приборостроительной отрасли, где требуется максимальное соответствие исходным чертежам.

Штамповка в такой ситуации не применяется, так как данная технология, хоть и дешево, не обеспечивает достаточной точности. Плазморез же, несмотря на огромную температуру струи, нагревает обрабатываемый элемент точечно, что полностью исключает вероятность температурной деформации.

• Монтаж металлических конструкций. Плазморез исключает нужду в применении баллонов со сжатым кислородом и ацетиленом, что повышает степень безопасности и удобства, в особенности, если дело касается осуществления операций на высоте.
• Рез сталей высокой степени легирования. Механические способы в данном случае не подходят, так как прочность сталей огромна, инструмент, способный эффективно резать листы на их основе, будет стоить очень дорого, а изнашиваться – очень быстро.

Получается, что сферы использования разнообразны. Выполнение в металлических листах отверстий любой конфигурации, резка труб, уголков и заготовок другого сечения, обработка кромок кованых изделий с целью “спаивания” металла и закрытия его структуры – для всего этого плазморез подходит оптимально.

Основные инструкции

Несколько правил, позволяющие понять, как резать плазморезом эффективно и безопасно:

1. Необходимо контролировать расположение катодного пятна, оно должно соответствовать центру электрода. Достигается такая точность вихревой подачей воздуха. Отклонения в подаче приводят к тому, что происходит смещение плазменной дуги, она теряет стабильность горения. В некоторых случаях формируется вторая дуга, а в самой сложной ситуации устройство просто ломается.
2. Контроль над воздушным расходом дает возможность корректировать скорость потока плазмы, варьировать производительность.
3. Скорость реза напрямую влияет на толщину. Чем выше скорость, тем тоньше рез, ее уменьшение увеличивает ширину. Аналогичных результатов, большей ширины, можно достичь и увеличением силы тока.

Смотрите видео-урок работы плазморезом:

Заключение

Итак, мы разобрались, что такое плазморез.

Можно сделать вывод, что в ситуации, когда вам регулярно приходится работать с металлическими элементами, резать арматуру, трубы или другие детали, его помощь окажется полезной. Так что расходы на его покупку будут полностью компенсированы удобством и эффективностью дальнейшей работы.

Сферы применения

Способ плазменного реза относится к универсальным. В строительной сфере и промышленности плазменная резка востребована в тех ситуациях, когда требуется разделение на фрагменты металлические тонкие листы, произвести рез стальных рулонов, сделать штрипсы из металла или подробить лом чугуна. Трубы также можно резать при помощи центратора трубореза, вне зависимости от их диаметра. Также в функциональных возможностях аппаратов есть зачистка швов, удаление кромок.

Основное применение – промышленные сферы:

• машиностроение:
• капитальное строительство;
• авиа и судостроение.

Художественная плазменная резка также распространена в строительстве. При помощи неё делают ограждения, беседки, элементы в дизайне интерьера.