В промышленности сварка при помощи плазменного аппарата применяется довольно часто, когда нужно проводить процедуры с высокой температурой. Несмотря на всю сложность построения процесса и его особый принцип действия, плазменная сварка своими руками вполне возможна. Главным температурным источником здесь является плазма, которая получается путем перехода в новое агрегатное состояние одного из горючих газов. Это происходит в устройстве, которое носит название плазмотрон.
Данная разновидность отлично подходит для работы со всеми металлами, так как помимо высокой температуры плазма является еще и дополнительной защитой. Самодельная плазменная сварка может работать с нержавеющей сталью, алюминием и даже с тугоплавкими металлами. Несмотря на то, что чаще всего используют данную технологию в современных высокотехнологичных областях, таких как авиационная промышленность, периодически возникает потребность в высокотемпературной сварке и в других областях. Соответственно, плазменная сварка своими руками становится все более востребованной для менее ответственных мест применения.
Одной из особенностей такого метода является высокая глубина проплавления металла. Высокая температура плазмы, достигающая нескольких десятков тысяч градусов Цельсия, позволяет проплавлять металл до 1 см за один проход. Сварка может вестись в любом пространственном положении, поэтому, здесь представлен универсальный метод соединения.
Режимы плазменной сварки
Данная технология чаще всего применяется для работы с тугоплавкими металлами, такими как титан, медь и прочие. Чтобы добиться высокого качества соединения, следует учитывать не только свойства самих металлов, но и условия проведения сварочного процесса плазмой. Чтобы все прошло максимально надежно, следует ориентироваться по следующим режимам:
| l cв, А | U д, В | v св, м/ч | Расход используемого газа Q г, л/мин | |||
| Для образования плазмы | Для защиты | Для поддува | ||||
| 139 | 22 | 30 | 2,1 | 1,5 …2,0 | 3,5.. .4,0 | |
| 6 | 240 | 23 | 14 | 5,5 | 9.4 | |
| 380 | 28 | 15 | 3,5 | 10,5 | 42 | |
| 13 | 450 | 28.. .30 | 103 | 8 | 6… 12 | |
Схема плазменного аппарата
Чтобы сделать плазменную сварку своими руками, чертежи являются одним из основных моментов, так как в них содержатся все основные конструкционные элементы. Вне зависимости от того, из каких деталей вы собираетесь делать технику, схема помогает определить самые мелкие компоненты, которые должны туда входить. Здесь приведена силовая схема плазмотрона:
Схема плазмотрона — силовая часть
Плазморез является основной особенностью таких установок, так как в нем образуется плазма. В нем же заключается и основная сложность, когда создается плазменная сварка своими руками из инвертора. Здесь представлена схема управления данным устройством:
Схема плазмотрона — система управления
Оборудование для сбора плазменного аппарата
Для создания работоспособного аппарата понадобится:
- , к примеру, для ;
- Баллон с аргоном;
- Редуктор для баллона;
- Сопло с электродом из вольфрама;
- Фторопластовая трубка;
- Пруток из молибдена или тантала;
- Медные трубки;
- Балласт электронный;
- Проводка;
- Хомуты;
- Листовая медь толщиной до 2 мм;
- Клеммы;
- Гермоввод;
- Резиновый шланг;
- Выпрямительный блок питания.
Процесс сборки
Особенности плазменной сварки требуют точного проведения процедур, чтобы в итоге получить надежное и безопасное устройство. Сопло для данного аппарата вытачивается из меди, так как в ином случае его придется часто менять. Вместо меди можно применять титан, который прослужит намного дольше. Размер отверстия в сопле выбирается опытным путем. Как правило, начинают с минимальных значений в 0,5 мм и постепенно доходят до 2 мм.
Размер конусного зазора между анодом на сопле и вольфрамовым катодом должен составлять до 3 мм. Сопло вкручивают в полную рубашку охлаждения. Она должна быть соединена с центральным электродом, для чего используется фторопластовый изолятор. Для охлаждения в рубашке используется жидкость, которая должна постоянно циркулировать жидкость или антифриз. Данное устройство состоит из двух полых медных труб. Диаметр внутренней составляет около 2 см. Она находится на переднем конце внешней трубки, диаметр которой составляет 5 см, а длина около 8 см.
Пространство, которое находится между внутренней и наружной трубой следует запаять при помощи листовой меди. Медные трубки малого диаметра впаиваются в рубашку охлаждения. Именно по ним впоследствии будет циркулировать жидкость.»
Положительный заряд на эту систему будет подаваться на специальную клемму, которую также следует припаять к корпусу. На внутренней трубе создается резьба, куда ставится потом съемное сопло, производимое из термостойких материалов. Внутренняя резьба нарезается также на выдвинутом конце наружной трубы. К ней привинчивается фторопластовое кольцо для изоляции. На нем располагается кольцо центрального электрода.
Труба подачи аргона впивается через стену трубы между изолятором и рубашкой охлаждения. Для питания системы используется насос на 12В. Положительный заряд подается на систему с основного источника питания. Балласт служит для ограничения тока в системе. Чтобы возбудить дежурную дугу соплом или вольфрамовым электродом требуется использовать осциллятор, или если его не имеется, то все можно проделать обычным контактным способом.
С каждым годом темпы развития промышленности увеличиваются. Это приводит к внедрению новых технологии и способов изготовления тех или иных изделий. При этом нововведения должны быть не только эффективнее морально устаревших методов, но и не уступать по экономической целесообразности и безопасности работы. Давайте поговорим о том, что такое сварка плазменная. Появилась она относительно недавно, но уже очень активно применяется во многих
О плазменной сварке
Такой метод соединения используется для металлических труб, нержавейки и некоторых других материалов. Суть метода заключается в локальном плавлении при направлении плазменного потока на нужный участок. Плазма же представляет собой ионизированный поток газа, который содержит множество заряженных частиц, активно проводящих электрический ток. При нагреве происходит ионизация газа, что достигается при использовании высокоскоростной дуги, выходящей непосредственно из плазмотрона. Естественно, что с повышением температуры газа увеличивается степень ионизации. Температурная амлитуда дуги - не менее 5 и не выше 30 тысяч градусов по Цельсию. Конечно, сегодня сварка плазменная используется повсеместно, но оборудование, в частности плазмотрон, очень дорогостоящее. Таким способом можно соединять детали без разделки кромок, что очень удобно.
Принцип работы
Сварка плазменная возможна только в том случае, если из обычной дуги удастся получить плазменную. Достигается это обычно сжатием и с помощью системы принудительной подачи специального газа в дугу. В качестве плазмообразующего газа используется аргон с небольшим количеством гелия или же водорода. Крайне важно создать защитную оболочку вокруг электрода, для этих целей лучше всего подходит все тот же аргон. Кстати, электроды выполняются из вольфрама, активированного торием или иттрием. Стоит отметить, что стенки плазмотрона сильно нагреваются из-за высокого давления, поэтому их требуется постоянно охлаждать. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что сварка плазменная примечательна высокой температурой в сочетании с небольшим диаметром дуги. Последний параметр позволяет увеличить давление на металл в несколько раз. Кроме того, процесс поддерживается при небольшом токе в 0,2-3,0 Ампер.
Плазменная сварка своими руками
В первое время такой не использовался среди домашних умельцев, так как требовал высокой квалификации. Сегодня ситуация не изменилась кардинально. Тем не менее есть , которые подходят для использования в бытовых условиях. Технология в этом случае достаточно простая. Вам понадобится обзавестись специальным электродами и присадочной проволокой.
Перед началом работ электрод затачивается до получения конусообразной формы с углом не более 30 градусов. Крайне важно правильно установить электрод. Главное - следить за совпадением оси электрода с осью газообразующих насадок. Сварочный стык обрабатывается точно так же, как и при аргоновой сварке. Кромки зачищаются и обезжириваются, только после этого можно приступать к выполнению работ. Кстати, обратите внимание на отсутствие зазоров более 1,5 мм. Участки прихватки нужно дополнительно зачистить и следить за тем, чтобы прихваточные точки и сварочный шов были аналогичными по качеству.
Продолжаем выполнение работ
Плазменная сварка своими руками выполняется при величина которого не должна выходить из рекомендуемого диапазона. Кроме того, за 5-20 секунд до начала сварки подается защитный газ, который отключается примерно через 10-15 секунд после обрыва дуги. Во время работы плазмотрон должен находиться на расстоянии не более 1 см от изделия, а дугу желательно не обрывать до окончания шва. При сварке нельзя допускать перегрева металла. По достижении критической отметки сварка плазменная приостанавливается. Металл охлаждается сжатым воздухом, и только после этого работы возобновляются. Обратите внимание на то, что горелка должна перемещаться плавно и равномерно, как на автоматическом устройстве. В этом случае вы можете рассчитывать на действительно качественный и надежный шов.
Плазменная сварка «Горыныч»: цена и особенности
Многофункциональный сварочный аппарат «Горыныч» является одним из самых известных среди отечественных аппаратов. Можно говорить о том, что это действительно качественное изделие, благодаря которому можно самостоятельно осуществлять сварочные работы. Стоит отметить, что модельный ряд «Горынычей» отличается по мощности. Есть модели на 8, 10 и 12 Ампер. Первый вариант отлично подойдет для бытовых нужд, средний имеет отличное соотношение цена/производительность, а наиболее мощный «Горыныч» используется только профессионалами. Так, модель на 8 Ампер обойдется в 29 тысяч, на 10 А - в 30 тысяч, а на 12 А - в 33 000 рублей. В принципе, плазменная сварка «Горыныч», цена которой ниже, чем у зарубежных аналогов, очень популярна на территории России, Украины, Беларуси и др. государств.
Плазменный сварочный аппарат
Если раньше найти подходящую модель было весьма сложно, то сегодня с этим проблем не возникает. Как правило, аппарат плазменной сварки можно найти в любом специализированном магазине. Вы будете приятно удивлены большим выбором предлагаемых агрегатов. Но все они намного дороже электросварки и инверторов. Плазменный аппарат на фоне остальных вариантов смотрится очень выгодно. Во-первых, скорость выполняемых работ в разы выше, а во-вторых, практически не остается никаких отходов. Для работы плазмосваркой необходимы электричество и сжатый воздух, а при наличии специального компрессора - только подключение к сети. Периодической замене подлежит сопло горелки и электрод. Кроме того, плазматрон должен регулярно заправляться. Для этого применяют специальные баллоны. Интересно, что и сварка считаются самыми безопасными. Тем не менее работы желательно проводить на открытом воздухе или в хорошо вентилируемом помещении.
О сварке на среднем токе
Мы уже немного знаем о том, что такое плазменная сварка. Цена на оборудование, как вы видите, зависит от его мощности. Но стоит обратить внимание на то, что есть несколько видов сварки. Один из них - работа на среднем токе (50-150 Ампер). Такую сварку можно сравнивать с аргоновой, но она считается несколько эффективней, так как мощность дуги выше, а площадь нагрева ограничена. Такой вариант, по сравнению с традиционной дугой, позволяет увеличить глубину проплавки обрабатываемого металла и улучшить передачу теплоты вглубь слоев. В принципе, это обусловлено не только энергетической характеристикой, но и высоким давлением на сварочные ванны. Сварка на среднем токе выполняется с помощью присадочной проволоки. На сегодняшний день это очень востребованное и эффективное решение. Если вы собираетесь работать в домашних условиях, вам подойдет такого рода плазменная сварка. Цена на оборудование отличаться не будет, так как там предусмотрена возможность регулировки.
Сварка на большом токе
В этом случае работы протекают под током свыше 150 Ампер. Это необходимо для получения большего воздействия на металл. По сути, сварка при 150 А аналогична сварке при такой же температуре неплавящимся электродом. Отличительная особенность такого решения заключается в том, что во время выполнения работ образуется сквозное отверстие в ванной, что гарантирует полное проплавление обрабатываемой поверхности. Но тут крайне важно соблюдать технологию, так как при небрежном отношении можно с легкостью получить прожоги. Кроме того, должны соблюдаться и другие важные параметры: охлаждение плазмотрона и условия его хранения, периодическая замена сопла горелки, дозаправка и многое другое. В принципе, инструкцию пишут не просто так, и предъявляемые требования необходимо соблюдать. Обычно аппарат плазменной сварки и резки, работающий на большом токе, необходим для соединения легированных и низкоуглеродистых сталей, меди, титана и др. материалов.
Аппарат плазменной резки является довольно востребованным оборудованием, позволяющим производить резку любых металлов во многих областях производства. Плазморезы используются не только на предприятиях. В последнее время они начали появляться и в домашних мастерских. Но, поскольку почти в каждой мастерской уже имеются сварочные аппараты, то будет разумнее не покупать готовый плазморез, а изготовить его из инвертора своими руками.
Плазменный резак в некоторых случаях является незаменимым инструментом для обработки металлических изделий, поскольку температура плазмы, выходящей из его горелки, достигает 25-30 тыс. градусов. Благодаря таким характеристикам сфера применения плазморезов довольно обширная:
- изготовление разного рода конструкций из металла;
- прокладка трубопроводов;
- быстрая резка любых металлов, в том числе и высоколегированных жаропрочных сталей , имеющих в составе титан, никель и молибден, температура плавления которых выше 3000°С;
- фигурный раскрой тонколистовых материалов (токопроводящих) благодаря высокой точности реза.
Кроме всего, плазморезы (в качестве альтернативы лазерным резакам) применяются в составе автоматических линий на крупных предприятиях для вырезания деталей различной конфигурации из листовых материалов.
Следует различать такие понятия, как плазменная резка и плазменная сварка. Последняя доступна только на дорогом, профессиональном оборудовании, стоимость которого начинается от 100 тыс. рублей.
Инвертор или трансформатор
Существуют различные способы, а также чертежи и схемы, по которым можно сделать плазменный резак. Например, если его делать на основе трансформаторного сварочника, то подойдет схема плазмореза, предоставленная ниже, на которой подробно расписано, какие детали нужны для изготовления данного модуля.
Если у вас уже есть инвертор, то чтобы его переделать в плазменный резак, потребуется небольшая доработка, а именно добавить в электрическую схему аппарата осциллятор . Он подключается между инвертором и плазмотроном двумя способами, как показано на следующем рисунке.
Осциллятор можно спаять самостоятельно по схеме, предоставленной ниже.
Если делать плазменный резак самостоятельно, то выбирать трансформатор в качестве источника тока не рекомендуется по нескольким причинам:
- агрегат потребляет много электроэнергии;
- трансформатор имеет большой вес и неудобен в транспортировке.
Несмотря на это, сварочный трансформатор имеет и положительные качества, например, нечувствительность к перепадам напряжения. Также им можно резать металл большой толщины.
Но преимущества аппарата для плазменной резки на инверторе перед трансформаторным агрегатом налицо:
- малый вес;
- высокий показатель КПД (выше на 30%, чем у трансформатора);
- малое потребление электричества;
- качественная резка благодаря более стабильной дуге.
Поэтому предпочтительнее сделать плазморез из сварочного инвертора, чем из трансформатора.
Типовая конструкция плазмореза
Чтобы собрать аппарат, благодаря которому будет возможна воздушно-плазменная резка металлов, потребуется иметь в наличии следующие составляющие.
Сборка аппарата
После того, как все нужные элементы будут подготовлены, можно приступать к сборке плазмореза:
- подсоедините к инвертору шланг, через который будет осуществляться подача воздуха от компрессора;
- подсоедините к лицевой стороне инвертора шлангопакет и кабель массы;
- к шлангопакету подсоедините горелку (плазмотрон).
После сборки всех элементов можно приступать к испытаниям оборудования . Для этого подсоедините кабель массы к детали или металлическому столу, на котором она размещена. Включите компрессор и дождитесь, пока он накачает в ресивер необходимое количество воздуха. После автоматического отключения компрессора включите инвертор. Поднесите горелку вплотную к металлу и нажмите кнопку пуска, чтобы между электродом горелки и заготовкой возникла электрическая дуга. Она под воздействием кислорода превратится в поток плазмы, и начнется резка металла.
Для того чтобы самодельный плазморез из сварочного инвертора мог работать эффективно и продолжительное время, следует прислушаться к советам специалистов, относящихся к эксплуатации аппарата.
- Рекомендуется иметь определенное количество прокладок , которые применяются для подключения шлангов. Особенно их наличие следует проверять, когда приходится часто перевозить агрегат. В некоторых случаях отсутствие необходимой прокладки сделает использование аппарата невозможным.
- Поскольку сопло резака подвергается воздействию высоких температур, то оно со временем изнашивается и выходит из строя. Поэтому следует заранее побеспокоиться о приобретении запасных сопел.
- Подбирая комплектующие для плазмореза, следует учитывать, какой мощности агрегат вы хотите получить. В первую очередь это касается выбора подходящего инвертора.
- При выборе электрода для горелки, если вы ее изготавливаете самостоятельно, нужно отдать предпочтение такому материалу, как гафний . Этот материал в процессе нагрева не выделяет вредных веществ. Но все же настоятельно рекомендуется использовать готовые резаки, изготовленные на заводе, в которых соблюдаются все параметры по завихрению воздушного потока. Самодельный плазматрон не гарантирует качественной резки и быстро выходит из строя.
Что относится к правилам безопасности, то работу следует проводить в специальной одежде, защищающей от брызг раскаленного металла. Также для защиты глаз следует одевать сварочные очки “хамелеоны”.
Современные инверторные сварочные аппараты покрывают большинство потребностей для получения неразъемных соединений металлических заготовок. Но в ряде случаев куда более удобным будет аппарат несколько иного типа, в котором основную роль играет не электрическая дуга, а поток ионизированного газа, то есть плазменный сварочный аппарат. Приобретать его для периодического использования не слишком рентабельно. Можно сделать такой сварочный аппарат своими руками.
Оборудование и компоненты
Изготовить микроплазменный сварочный аппарат проще всего на основе уже имеющегося инверторного сварочного аппарата. Для выполнения такой модернизации вам понадобятся следующие компоненты:
- любой инверторный сварочный аппарат для TIG сварки со встроенным осциллятором или без него;
- сопло с вольфрамовым электродом от TIG-сварочника;
- аргоновый баллон с редуктором;
- небольшой кусочек прутка из тантала или молибдена диаметром и длиной до 20 мм;
- фторопластовая трубка;
- медные трубки;
- небольшие кусочки листовой меди толщиной 1-2 мм;
- электронный балласт;
- резиновые шланги;
- гермоввод;
- хомуты;
- проводка;
- клеммы;
- автомобильный бачок стеклоочистителя с электронасосом;
- выпрямительный блок питания электронасоса стеклоочистителя.
Работы по доводке и изготовлению новых деталей и узлов потребуют использования следующего оборудования:
- токарный станок;
- электропаяльник;
- горелка для пайки с баллоном;
- отвертки;
- пассатижи;
- амперметр;
- вольтметр.
Вернуться к оглавлению
Теоретические основы
Сварочный аппарат для плазменной сварки может быть одного из 2-х основных типов: открытого и закрытого. Основная дуга сварочного аппарата открытого типа горит между центральным катодом горелки и изделием. Между соплом, которое служит анодом, и центральным катодом горит только дежурная дуга для возбуждения основной в любой момент времени. Сварочный аппарат закрытого типа имеет только дугу между центральным электродом и соплом.
Сделать долговечный по 2-му принципу довольно трудно. При прохождении основного сварочного тока через сопло-анод этот элемент испытывает колоссальные тепловые нагрузки и требует очень качественного охлаждения и использования соответствующих материалов. Обеспечить термостойкость конструкции, когда делается такой аппарат своими руками, очень трудно. Когда делается плазменный аппарат своими руками, для долговечности лучше выбирать открытую схему.
Вернуться к оглавлению
Практическая реализация
Часто при кустарном изготовлении плазменного сварочного аппарата сопло вытачивают из меди. При отсутствии альтернативы такой вариант возможен, но сопло становится расходным материалом даже при прохождении через него только дежурного тока. Его придется часто менять. Если удастся достать небольшой кусочек кругляка из молибдена или тантала, лучше сопло изготовить из них. Тогда можно будет ограничиваться периодической чисткой.
Размер центрального отверстия в сопле подбирают опытным путем. Начинать нужно с диаметра 0,5 мм и постепенно растачивать его до 2 мм, пока поток плазмы не станет удовлетворительным.
Конусный зазор между центральным вольфрамовым катодом и соплом-анодом должен составлять 2,5-3 мм.
Сопло вкручивается в полую рубашку охлаждения, которая через фторопластовый изолятор соединяется с держателем центрального электрода. В рубашке охлаждения циркулирует охлаждающая жидкость. В качестве таковой в теплое время года можно использовать дистиллированную воду, зимой лучше антифриз.
Рубашка охлаждения представляет собой 2 полые медные трубки. Внутренняя диаметром и длиной около 20 мм располагается на переднем конце внешней трубки с диаметром около 50 мм и длиной порядка 80 мм. Пространство между торцами внутренней трубки и стенками наружной запаивают тонкой листовой медью. В рубашку с помощью газовой горелки впаивают медные трубки диаметром 8 мм. По ним поступает и отводится охлаждающая жидкость. Кроме того, к рубашке охлаждения нужно припаять клемму для подачи положительного заряда.
Во внутренней трубке делают резьбу, в которую вкручивают съемное сопло из термостойких материалов. На выдвинутом конце наружной трубки также нарезают внутреннюю резьбу. В нее вкручивается изолирующее кольцо из фторопласта. В кольцо вкручивается держатель центрального электрода.
Через стенку наружной трубки в пространство между рубашкой охлаждения и фторопластовым изолятором впаивается трубка подачи аргона такого же диаметра, как для охлаждения.
По рубашке охлаждения циркулирует жидкость из бачка стеклоочистителя. Питание на насос его электродвигателя подается через отдельный выпрямитель на 12 В. Выход для подачи на бачке уже есть, возврат жидкости можно врезать через стенку или крышку бачка. Для этого в крышке сверлится отверстие и вставляется отрезок трубки через гермоввод. Резиновые шланги циркуляции жидкости и подачи аргона соединяются со своими трубками хомутами.
Положительный заряд берется от основного источника питания. Для ограничения тока через поверхность сопла подбирается подходящий электронный балласт. Подаваемый электрический ток должен иметь постоянное значение в районе 5-7 А. Оптимальная величина тока подбирается экспериментально. Это должен быть минимальный ток, который обеспечивает устойчивое горение дежурной дуги.
Возбуждение дежурной дуги между соплом и вольфрамовым катодом может осуществляться одним из двух способов. Встроенным в сварочный аппарат осциллятором или при его отсутствии контактным способом. Второй вариант требует усложнения конструкции плазменной горелки. Держатель центрального электрода при контактном возбуждении делают подпружиненным относительно сопла.
При нажатии на резиновую кнопку штока, соединенного с держателем электрода, острый конец центрального вольфрамового катода контактирует с конусной поверхностью штока. При коротком замыкании в точке контакта резко повышается температура, что позволяет возбудить дугу при отведении пружиной катода от анода. Контакт должен быть очень кратковременным, иначе поверхность сопла пригорит.
Возбуждение тока высокочастотным осциллятором предпочтительнее для долговечности конструкции. Но его приобретение или даже изготовление делает для плазменной сварки нерентабельным.
При работе положительный вывод сварочного аппарата соединяется с деталью без балласта. Когда сопло оказывается на расстоянии несколько миллиметров от заготовки, электрический ток переключается с сопла на деталь. Его значение вырастает до выставленного на сварочном аппарате, а образование из аргона плазмы интенсифицируется. Регулируя подачу аргона и сварочный ток, можно добиться необходимой интенсивности течения плазмы из сопла.
В отличие от , инвертор отличается компактностью, малым весом и высоким КПД, что объясняет его популярность в домашних мастерских, небольших гаражах и цехах.
Он позволяет закрывать большинство потребностей в сварочных работах, но для качественной резки требуется лазерный аппарат или плазморез.
Лазерное оборудование очень дорогое, плазморез тоже стоит недешево. небольшой толщины имеет прекрасные характеристики, недостижимые при использовании электросварки. При этом силовой блок у плазмореза и во многом имеют одинаковые характеристики.
Возникает желание сэкономить, и при небольшой доработке использовать его и для плазменной резки. Оказалось, что это возможно, и можно встретить много способов переделки сварочных аппаратов, в том числе инверторных, в плазморезы.
Аппарат плазменной резки представляет собой тот же сварочный инвертор с осциллятором и плазмотроном, кабелем массы с зажимом и внешним или внутренним компрессором. Часто компрессор используется внешний и в комплект поставки не входит.
Если у владельца сварочного инвертора имеется еще и компрессор, то можно получить самодельный плазморез, приобретя плазмотрон и сделав осциллятор. В итоге получится универсальный сварочный аппарат.
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.
Плазмотрон своими руками
При изготовлении плазмореза из сварочного инвертора своими руками самой сложной частью работ является производство качественной режущей головки (плазмотрона).
Инструменты и материалы
Если делать плазменный резак своими руками, то легче использовать в качестве рабочего тела воздух. Для изготовления понадобятся:
Расходные материалы плазмореза в виде сопел, электрода стоит купить в магазине сварочного оборудования. Они в процессе резки и сварки выгорают, поэтому имеет смысл приобретать по несколько штук на каждый диаметр сопла.
Чем тоньше металл для резки, тем меньше должно быть отверстие сопла горелки плазмореза. Чем толще металл, тем больше отверстие сопла. Наиболее часто используется сопло с диаметром 3 мм, оно перекрывает большой диапазон толщин и видов металлов.
Сборка
Сопла горелки плазмореза прикрепляются прижимной гайкой. Непосредственно за ним располагается электрод и изолирующая втулка, которая не позволяет возникнуть дуге в ненужном месте устройства.
Затем расположен завихритель потока, который направляет его в нужную точку. Вся конструкция помещается во фторопластовый и металлический корпус. К выходу трубки на ручке горелки плазмореза приваривается патрубок для подсоединения воздушного шланга.
Электроды и кабель
Для плазмотрона требуется специальный электрод из тугоплавкого материала. Обычно их изготавливают из тория, бериллия, гафния и циркония. Их применяют из-за образования при нагреве тугоплавких окислов на поверхности электрода, что увеличивает длительность его работы.
При использовании в домашних условиях предпочтительней применение электродов из гафния и циркония. При резке металла они не вырабатывают токсичных веществ в отличие от тория и бериллия.
Кабель от инвертора и шланг от компрессора к горелке плазмореза нужно прокладывать в одной гофрированной трубе или шланге, что обеспечит охлаждение кабеля в случае его нагрева и удобство в работе.
Сечение медного провода нужно выбрать не менее 5-6 мм2. Зажим на конце провода должен обеспечивать надежный контакт с металлической деталью, в противном случае дуга с дежурной не перекинется на основную дугу.
Компрессор на выходе должен иметь редуктор для получения нормированного давления на плазмотроне.
Варианты прямого и косвенного действия
Конструкция горелки плазмореза довольно сложная, выполнить в домашних условиях даже при наличии различных станков и инструментов сложно без высокой квалификации работника. Поэтому изготовление деталей плазмотрона нужно поручить специалистам , а еще лучше приобрести в магазине. Выше была описана горелка плазмотрона прямого действия, она может резать только металлы.
Существуют плазморезы с головками косвенного действия. Они способны резать и неметаллические материалы. В них роль анода выполняет сопло, и электрическая дуга находится внутри горелки плазмореза, наружу под давлением выходит только плазменная струя.
При простоте конструкции устройство требует очень точных настроек, в самодеятельном изготовлении практически не применяется.
Доработка инвертора
Для использования инверторного источника питания для плазмореза его нужно доработать. К нему нужно подключить осциллятор с блоком управления, который будет выполнять функцию пускателя, поджигающего дугу.
Схем осцилляторов встречается довольно много, но принцип действия один. При запуске осциллятора между анодом и катодом проходят высоковольтные импульсы, которые ионизируют воздух между контактами. Это приводит к снижению сопротивления и вызывает возникновение электрической дуги.
Затем включается газовый электроклапан и под давлением воздух начинает проходить между анодом и катодом через электрическую дугу. Превращаясь в плазму и достигая металлической заготовки, струя замыкает цепь через нее и кабель массы.
Основной ток величиной примерно 200 А начинает течь по новой электрической цепи. Это вызывает срабатывание датчика тока, что приводит к отключению осциллятора. Функциональная схема осциллятора изображена на рисунке.
Функциональная схема осциллятора
В случае отсутствия опыта работы с электрическими схемами можно воспользоваться осциллятором заводского производства типа ВСД-02. В зависимости от инструкции по подключению они присоединяются последовательно или параллельно в схему питания плазмотрона.
Перед изготовлением плазмореза, необходимо определить предварительно с какими металлами, и какой толщины хотите работать. Для работы с черным металлом достаточно компрессора.
Для резки цветных металлов потребуется азот, высоколегированной стали нужен аргон. В связи с этим, возможно, потребуется тележка для перевозки газовых баллонов и понижающие редукторы.
Как любое оборудование и инструмент, сварочный аппарат с плазменной головкой требует определенной сноровки от пользователя. Движение резака должно быть равномерным, скорость зависит от толщины металла и его вида.
Медленное движение приводит к образованию широкого реза с неровными краями. Быстрое перемещение приведет к тому, что металл прорезается не во всех местах. При должной сноровке можно получить качественный и ровный срез.