Опубликовано

Аппарат плазменной сварки

Содержание

Осциллятор — что это такое и для чего нужен?

Назначение осциллятора – зажечь и стабилизировать сварочную дугу вне зависимости от условий сварки. Причем этот прибор одинаково эффективен на сварочных аппаратах как постоянного, так и переменного тока. Принцип действия основан на искровой генерации затухающих колебаний.

Схема осциллятора достаточно сложна с точки зрения техники настройки. Однако работает она по простым законам физики.
Основа прибора – повышающий трансформатор, работающий на стандартно низкой частоте. Со вторичной обмотки снимается напряжение порядка 2000-3000 вольт.

Далее вступает в работу колебательный контур, формирующий ток высокой частоты. Внутренние обмотки переходят в режим высокочастотного трансформатора. Частота преобразования 150-200 кГц, при этом напряжение поднимается до 6000 вольт.

Высоковольтный осциллятор, что это и как работает смотрите в этом видео

Вторичные характеристики говорят о безопасности осциллятора. Мощность составляет не более 250 Вт, а продолжительность эффективных импульсов – не более 10-30 микросекунд. При этом дуга возбуждается, а при контакте с человеком не протекает ток, опасный для жизни.

Важно! Зная эту особенность осцилляторов, многие сварщики легкомысленно подходят к соблюдению техники безопасности. Это недопустимо – преобразователь может дать сбой, и оператор получит электрическую травму.

По способу возбуждения дуги, есть два варианта работы осцилляторов

Непрерывного действия

Интегрированы в блок питания сварочного аппарата. Возбуждение дуги происходит за счет приложения тока высокой частоты непосредственно к силовым кабелям аппарата. После чего не важно, какой ток выдаст основной блок питания. Дуга все равно остается стабильной.

Импульсного действия

Подключаются последовательно к силовым кабелям. Система не такая сложная, нет необходимости в монтаже дросселей, шунтирующих высокое напряжение и защищающих сварочный аппарат. Эффективно работает со сварочниками переменного тока. Дуга стабильно горит при смене направления тока в каждом полупериоде.

Общий элемент – блокировочный конденсатор. Он подобран таким образом, что через него свободно протекает ток высокой частоты (формируемый осциллятором), а стандартный ток с блока питания блокируется. Эта схема гарантирует гальваническую развязку между осциллятором и трансформатором блока питания.

Осциллятор для инвертора своими руками

Есть опробованная схема, для изготовления которой не придется разыскивать дефицитные детали. Несмотря на простоту исполнения – качество дугообразования ненамного хуже заводских аналогов.

Осциллятор подсоединяется к выходам силовых проводов (электрод и масса). Поскольку данная схема непрерывного действия – подключение параллельное. Можно установить плату внутри сварочного аппарата, соблюдая экранирование от импульсного блока питания. Если есть подходящий корпус – монтаж выполняется в виде отдельного блока.

Важно! Подключение к сети осуществляется только через трансформатор. Иначе, при отключении основного аппарата, осциллятор останется под напряжением. Это опасно.

После сборки схемы, ее необходимо настроить. Калибровка производится по состоянию и устойчивости дуги. Качество дугообразования настраивается подбором номинала тиристоров.

Еще один пример самодельного осциллятора для инвертора — видео.

Дроссель Др 1 наматывается вручную. На кольцо R40 х 25 х 80 из феррита с магнитной проницаемостью М2000НМ, накручивается провод сечением 2,5 квадрата. Трансформатор Т 1 лучше использовать готовый. Отлично подходит строчный трансформатор от старых телевизоров с кинескопом. Например, ТС180-2.

Выключатель S1 размыкает высоковольтную дугу. Для безопасной смены электрода он должен быть разомкнут.

При подключении осциллятора невозможно угадать «полярность» (ноль-фаза). Для контроля правильности соединения используется индикатор МТХ-90. Он должен светиться.

Осциллятор для плазмореза делаем своими руками

Для розжига плазмы в резаке достаточно напряжения 20000 вольт постоянного тока. Поэтому подойдет искровой осциллятор. Чтобы не создавать сложный повышающий трансформатор, проще использовать банальный умножитель напряжения. Сила тока не имеет значения. Схема компактная, и выполняется буквально из бросовых деталей времен СССР.

Осциллятор для плазмореза — видео рекомендации.

Важно! При намотке высоковольтного трансформатора обязательно обеспечьте изоляцию между обмотками. Несмотря на малую мощность, 20 к Вольт легко «прошьют» первичку, и выведут трансформатор из строя.

Чтобы витки обмотки не вибрировали под нагрузкой, трансформатор пропитывается эпоксидной смолой.

Накопительный конденсатор – капризная часть схемы. После перебора нескольких вариантов, лучше всего показал себя «кондер» от стартера для люминесцентных ламп.

Схема управления плазморезом и осциллятором


При замыкании стартовой кнопки S3 включается схема блока питания инвертора плазмореза. Одновременно подается питание на схему осциллятора.

Время его работы определено разрядом конденсатора С5. Затем закрываются транзисторы Т7 и Т8, питание осциллятора прекращается. Цикл длится 2-3 секунды, за это время дуга плазмореза становится устойчивой.

После размыкания кнопки S3 конденсатор С5 перезаряжается, и система готова к повторному циклу запуска плазмотрона.

Самодельный осциллятор для плазмореза: немного теории

Внешний вид электронного блока осциллятора заводского изготовления представлен на рисунке.

Сварочный осциллятор марки ВСД-02, используемый для стабилизации горения дуги. Ист. http://met-all.org/oborudovanie/svarochnye/svarochnyj-oscillyator-svoimi-rukami.html.

Современные осцилляторы делятся на два класса действия:

  • непрерывного действия. Этот класс к сварочному току добавляется ток высокой частоты (150…250 КГц) и с большим значением напряжения (3000…6000 В). В таких условиях дуга будет зажигаться даже без прикосновения электрода к поверхности соединяемых заготовок. Более того, она будет гореть очень устойчиво даже при небольших значениях сварочного тока (благодаря высокой частоте тока, вырабатываемого осциллятором). И, что тоже не маловажно, электроэнергия с такими характеристиками не опасна для здоровья рабочего, работающего на этом устройстве;
  • импульсные. Электрическая схема этого класса может предусматривать его параллельное или последовательное подключение.

Примеры электрических схем указаны на рисунке.

Параллельное и последовательное подключение осциллятора. Ист. http://met-all.org/oborudovanie/svarochnye/svarochnyj-oscillyator-svoimi-rukami.html.

Большую эффективность имеет устройства, которые подключены к электрической цепи плазмореза последовательно. Объясняется это тем, что в их схеме не применяется, за ненадобностью, защита от высокого напряжения. Применение осциллятора, кроме того, позволяет расширить опции плазмореза и обрабатывать «проблемные» металлы или сплавы:

  • алюминий;
  • «нержавейка» и т. п.

Осциллятор для плазмореза своими руками

Осциллятор, который при желании нетрудно изготовить своими руками, чаще всего, относится к устройствам непрерывного действия. Рассмотрим конструкцию гаджета.

В общем случае осциллятор состоит из следующих основных узлов:

  • колебательный контур. Он играет роль искрового генератора затухающих колебаний. Колебательный контур состоит из следующих компонентов:
    • накопительный конденсатор;
    • катушка индуктивности. Её роль выполняет, как правило, обмотка высокочастотного трансформатора;
  • разрядник;
  • дроссельные катушки;
  • трансформатор высокой частоты.

Если у вас есть необходимый инструмент, навыки работы с электронной техникой и желание собрать осциллятор для плазмореза своими руками, то вам предстоит собрать и настроить указанные выше узлы.

Схема

Чтобы было понятно, что вы будете создавать, расскажем, в общих чертах, о принципе действия осциллятора. Сетевое напряжение после повышающего трансформатора поступает на конденсатор колебательного контура и заряжает его. Когда конденсатор зарядился до оптимального значения, предусмотренного параметрами электросхемы, происходит его разряд через разрядник (пробой воздушного зазора).

Внешний вид самодельного разрядника приведён на рисунке.

Самодельный одноискровый разрядник. Ист. http://met-all.org/oborudovanie/svarochnye/svarochnyj-oscillyator-svoimi-rukami.html.

Импульс, возникший в этот момент на разряднике, возбуждает колебания в колебательном контуре (колебания представляют собой обмен энергией между ёмкостью конденсатора и индуктивностью обмотки высокочастотного трансформатора). В колебательном контуре возникают затухающие высокочастотные электрические колебания, соответствующие его резонансной частоте.

В момент резонанса на обкладках конденсатора колебательного контура образуется высокое напряжение (величина зависит от добротности «Q» колебательного контура), которое через разделительный конденсатор и обмотку катушки поступает на резак и производит поджиг. Параметры разделительного конденсатора подбираются таким образом, чтобы его реактивное сопротивление препятствовало прохождению тока низкой (сетевой) частоты и не препятствовало высокой частоте.

Вот один из вариантов принципиальной электрической схемы самодельного осциллятора.

Принципиальная электрическая схема осциллятора, который можно собрать своими руками. Ист. http://ismith.ru/welding-equip/svarochnyj-oscillyator-svoimi-rukami/.

Пояснения к схеме:

1. Назначение индикатора «МТХ-90». В момент разряда накопительного конденсатора (при условии правильного подключения всего устройства) светится табло «Контроль фазировки».

2. S1- выключатель дугообразователя;

3. Дроссель Др1 представляет собой катушку из 15 витков провода сечением 2,5 кв. мм, намотанную на кольце R40 х 25 х 80 из феррита с магнитной проницаемостью M2000HM.

4. Т1 – импульсный трансформатор генератора строчной развёртки (на сленге — «строчник») типа «ТС180-2».

Большим «плюсом» этой электрической схемы служит тот факт, что для её реализации не требуются какие-либо дефицитные или дорогостоящие детали (материалы).

Следует учесть, что осциллятор в процессе работы, благодаря разряднику, создаёт большие электропомехи. Для их нейтрализации, необходимо осуществлять монтаж всех компонентов в «глухом» металлическом корпусе.

Пример конструкции приведён на рисунке.

Пример монтажа осциллятора в «глухом» корпусе. Ист. http://m.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=115840.

Настройка осциллятора должна осуществляться с тем плазморезом, с которым он будет в дальнейшем работать. Заключается она в подборе опытным путём терристоров. Ориентироваться следует на устойчивость сварочной дуги.

Внимание! При настройке и последующей работе с осциллятором следует строго соблюдать правила техники безопасности при работе с электроприборами. Гаджет – устройство непрерывного действия с импульсным питанием, и на его выходных контактах остаётся напряжение после отключения питания от сети.

Видео

Посмотрите небольшой ролик с описанием одного из вариантов осциллятора своими руками:

Устройство плазмореза

Плазморез состоит из нескольких блоков:

Устройство плазмореза. Плазменная резка осуществляется плазморезом, который состоит из нескольких блоков

  • источник электропитания;
  • плазмотрон (резак);
  • компрессор;
  • комплект кабель-шлангов (отдельно ).

Источник электропитания

Источником электропитания может быть:

  • трансформатор. Достоинством его является то, что он практически не чувствителен к перепадам напряжения электросети и позволяет резать заготовки большой толщины, а недостатком – значительный вес и низкий КПД;
  • инвертор. Единственным его недостатком является то, что он не позволяет резать заготовки большой толщины. Достоинств много:
    • при питании от него стабильно горит дуга;
    • КПД на 30 % выше, чем у трансформатора;
    • дешевле, экономичнее и легче трансформатора;
    • его удобно использовать в труднодоступных местах.

Подробнее смотрите в статье про источники питания.

Плазмотрон

Плазмотрон – это плазменный резак, с помощью которого разрезается заготовка. Он является основным узлом плазмореза.

Конструкция и схема подключения плазмотрона

Конструкция плазмотрона состоит из следующих составляющих:

  • электрод;
  • сопло;
  • охладитель;
  • колпачок.

Узнайте больше .

Компрессор

Компрессор в плазморезе требуется для подачи воздуха. Он должен обеспечивать тангенциальную (или вихревую) подачу сжатого воздуха, которая обеспечит расположение катодного пятна плазменной дуги строго по центру электрода. Если этого не будет обеспечено, то возможны неприятные последствия:

  • плазменная дуга будет гореть нестабильно;
  • могут образоваться одновременно две дуги;
  • плазмотрон может выйти из строя.

Про компрессоры смотрите больше информации на этой странице.

Принцип работы

Результат работы плазмотрона

Принцип действия плазмотрона заключается в следующем. Создаётся поток высокотемпературного ионизированного воздуха, электропроводность которого равна электропроводности разрезаемой заготовки (т.е. воздух перестаёт быть изолятором и становится проводником электрического тока).

Образуется электрическая дуга, которая локально разогревает обрабатываемую заготовку: металл плавится и появляется рез. Температура плазмы в этот момент достигает 25000 – 30000 °С. Появляющиеся на поверхности разрезаемой заготовки частички расплавленного металла будут сдуваться с нее потоком воздуха из сопла.

Технология

Технология плазменной резки металла вкратце может быть описана следующим образом. Плазменной обработке поддаются все виды металлов толщиой до 220 мм.

Эффект появляется после воспламенения плазмообразующего газа при образовании искры в контуре электрической дуги (между наконечником форсунки и неплавящимся электродом. От искры загорается поток газа, здесь же он ионизируется, превращаясь в управляемую плазму (с крайне высокой, 800 и даже 1500 м/с скоростью выхода).

В выходном отверстии, от сужения, происходит ускорение потока плазмообразующего носителя. Высокоскоростная плазменная струя позволяет получить температуру на выходе около 20 0000с. Узконаправленная струя в тысячи градусов буквально проплавляет материал в точечной области воздействия, нагрев вокруг места обработки незначительный.

Плазменно-дуговой способ используется с замыканием обрабатываемой поверхности в проводящий контур. Другой вид резки (плазменной струей) — работает при наличии стороннего (косвенного) образования высокотемпературного компонента в рабочей схеме плазмотрона. Нарезаемый металл не включен в проводящий контур

Резка плазменной струей

Раскрой заготовок плазменной струей применяется для обработки материалов, не проводящих электрический ток. При резке этим методом дуга горит между формирующим наконечником плазмотрона и электродом, а сам разрезаемый объект в электрической цепи не участвует. Для разрезания заготовки используется струя плазмы.

Плазменно-дуговая резка

Плазменно-дуговой резке подвергаются токопроводящие материалы. При выполнении резки этим методом дуга горит между разрезаемой заготовкой и электродом, её столб совмещен со струей плазмы. Последняя образуется за счет поступления газа, его нагрева и ионизации. Газ, продуваемый через сопло, обжимает дугу, придает ей проникающие свойства и обеспечивает интенсивное плазмообразование. Высокая температура газа создает высочайшую скорость истечения и увеличивает активное воздействие плазмы на плавящийся металл. Газ выдувает из зоны реза капли металла. Для активизации процесса используется дуга постоянного тока прямой полярности.

Плазменно-дуговая резка применяется при:

  • производстве деталей с прямолинейными и фигурными контурами;
  • вырезании отверстий или проемов в металле;
  • изготовлении заготовок для сварки, штамповки и механической обработки;
  • обработке кромок поковок;
  • резке труб, полос, прутков и профилей;
  • обработке литья.

Виды плазменной резки

В зависимости от среды, существуют три вида плазменной резки:

  • простой. Этот метод подразумевает использование только воздуха (или азота) и электрического тока;
  • с защитным газом. Применяются два вида газа: плазмообразующий и защитный, который сохраняет зону реза от влияний окружающей среды. В результате повышается качество реза;
  • с водой. В этом случае вода выполняет функцию, аналогичную защитному газу. Кроме того, она охлаждает компоненты плазмотрона и поглощает вредные выделения.

Основанная на указанных принципах плазменная резка обеспечивает не только высокопроизводительное производство, но и совершенно пожаробезопасное: применяемые в технологии материалы не огнеопасны.

Посмотрите ролики, где наглядно объясняется, как происходит плазменная резка:

Принцип работы воздушно-плазменной резки металла

Воздушно-плазменная резка: на чем основан принцип осуществления. Плазма, производящая резку, является разогретым газом с высоким значением электропроводности. Его еще называют ионизованным. Генерируется плазма специальным дуговым элементом. Принято называть этот способ резки плазменным.

Обычная дуга сжимается плазмотроном. Ионизованный газ вдувается в нее, с помощью чего она может генерировать горячий воздух. Она способна производить обработку, при помощи повышенной температуры.Металл разрезается, плавясь при этом.

Осуществление обработки металла происходит благодаря, как плазменной дуге, так и струе. В первом варианте на металлическое изделие оказывается прямое воздействие, во втором — косвенное. Наиболее распространенным и действенным является метод резки с помощью действия напрямую. Для материала, который не обладает электропроводностью (как правило это неметаллические изделия) применяют способ непрямого влияния. При любом из вариантов разрезаемый материал не теряет агрегатного состояния и его конструкция слабо подвергается деформации.

Принцип работы плазменного резака

Плазмотрон – это техническое устройство, которое образует электрический разряд между электродом (катодом) и поверхностью обрабатываемого изделия (анодом), это происходит в потоке газа который образует плазму.

Принцип работы устройства: для охлаждения применяется вода или газ, для получения плазмы используется плазмообразующий газ. Поток входящего в камеру газа подвергается нагреванию до высоких температур после чего ионизируется, тем самым приобретает свойства плазмы. Плазмообразующий газ и охлаждающий подаются в различные каналы плазматрона. При подаче питания между катодом и соплом образуется так называемый вспомогательный разряд, визуально её можно видеть как небольшой факел.

Основная (рабочая дуга) образуется при касании второстепенного разряда обрабатываемой поверхности, которая в данном случае выполняет роль анода (плюс). Стабилизация разряда может осуществляться магнитным полем, водой либо газом, зачастую стабилизирующий газ является и плазмообразующим. После этого можно проводить резку материала, нанесение покрытий, сварку, наплавку или даже добычу полезных ископаемых, путём разрушения горных пород.

Условно конструкцию плазмотрона можно представить как несколько основных элементов:

  1. изолятор;
  2. электрод;
  3. сопло;
  4. механизм для подвода плазмообразующего газа;
  5. дуговая камера.

Конструкция и принцип работы плазмотрона с совмещенным соплом и каналом

Особенностью плазмотрона, использующего воздушно-плазменную резку является совмещение канала и сопла. Воздух проходит через канал сопла наружу. Принцип работы схож, при подаче электропитания промеж катодом и соплом образуется вспомогательный разряд. Воздух закрученный по спирали, стабилизирует и сжимает столб рабочего разряда. Он же предотвращает соприкосновение электрической дуги стенок соплового канала.

Типы плазмотронов

Плазмотроны можно условно разделить на три глобальных типа

  1. электродуговые;
  2. высокочастотные;
  3. комбинированные.

Устройства работающие на основе электрической дуги оснащены одним катодом, который подключен к источнику питания постоянного тока. Для охлаждения применяют воду, которая находится в охладительных каналах.

Можно выделить следующие виды электродуговых аппаратов

  • с прямой дугой;
  • косвенной дугой (плазмотроны косвенного действия);
  • с использованием электролитического электрода;
  • вращающимися электродами;
  • вращающейся дугой.

Автомат: принцип работы

Станок плазменной автоматической резки имеет:

  1. пульт управления,
  2. плазмотрон
  3. рабочий стол для заготовок.

Автомат для резки (Китай)
Источник фото: ru.made-in-china.com

На пульте управления происходит корректировка предварительно установленных программ, если резка отклоняется от установленных параметров. Для оперативного исправления в процессе работы и выбора оптимальных режимов резания.

Через установленный на рабочем столе лист, пропускается электрический ток. Между поверхностью листа и плазмотроном пробегает первичная электродуга. В которой сжатый воздух, разогревается до состояния плазмы. Первичная дуга скрывается в раскаленной ионизированной струе, которая и режет металла.

Резка начинается с середины или с края. Чем чаще происходит прерывание дуги и зажигание новой искры, тем меньше становится ресурс сопла и катода. Грамотный оператор автоматической резки выбирает режимы резания по таблице и отталкиваясь от конкретных условий (толщина металла, диаметр сопла). Благодаря чему можно добиться значительного сокращения расходов. По окончанию операции, автомат самостоятельно оповестит оператора, выключит и отведет плазмотрон от материала.

Какие газы используются, их особенности

Плазменная резка металла представляет собой процесс проплавления и удаления расплава за счет теплоты, получаемой от плазменной дуги. Скорость и качество резки определяются плазмообразующей средой. Также, плазмообразующая среда влияет на глубину газонасыщенного слоя и характер физико-химических процессов на кромках среза. При обработке алюминия, меди и сплавов, изготовленных на их основе, используются следующие плазмообразующие газы:

  • Сжатый воздух;
  • Кислород;
  • Азотно-кислородная смесь;
  • Азот;
  • Аргоно-водородная смесь.

ВАЖНО! Для некоторых марок металла недопустимо применение определенных плазмообразующих смесей (к примеру, для резки титана нельзя использовать смеси, содержащие в составе азот или водород).

Все газы, используемые при выполнении плазменной обработки, условно делятся на защитные и плазмообразующие.

В целях бытового назначения (толщина до 50 мм, сила тока дуги – менее 200 А) применяется сжатый воздух, который может использоваться как защитный, так и плазмообразующий газ, а в более сложных условиях промышленного назначения применяются другие газовые смеси, которые содержат кислород, азот, аргон, гелий или водород.

Достоинства и недостатки плазменной резки

Обработка металлов аппаратами или станками плазменной резки дает в работе целый ряд преимуществ.

  1. По сравнению с кислородной горелкой, плазморез обладает более высокой мощностью, и соответственно, производительностью, и по данному параметру уступает только лазерным установкам промышленного масштаба.
  2. Плазменная резка выгодна с экономической точки зрения при толщине металла до 60 мм. Для резки материалов с толщиной более 60 мм рекомендуется использовать кислородную резку.
  3. Современные плазморезы отличаются высокоточной и качественной обработкой металлов. Срез получается «чистый», с минимальной шириной, благодаря чему, практически не требует дополнительной шлифовки.
  4. Также, плазменно-дуговая обработка характеризуется универсальностью применения, безопасностью и низким уровнем загрязнения окружающей среды.

Из недостатков можно отметить скромную толщину среза (до 100 мм), а также невозможность одновременной работы двух плазморезов и соблюдение жестких требований к отклонениям от перпендикулярности среза.

Плазмотрон — что это

Устройство, в котором образуется плазма, называется плазмотроном. Или, другими словами, — плазмогенератор. Плазма — среда, состоящая из отрицательных и положительных радикалов, ионизированный газ. Имеет квазинейтральные свойства. То есть, в малом объёме, по сравнению с общей субстанцией, обладает нулевым зарядом.

Существуют два основных вида устройства плазмотрона:

  • прямого действия;
  • косвенного действия.

В первом виде, деталь является частью электрической сети. Катод — это головка плазмотрона, анод — заготовка. Между ними возникает электродуга и протекает плазменный разряд.

Во втором виде, дуга горит внутри плазмотрона. Обработка детали осуществляется только плазменной струёй.

Общее устройство:

  • стержневой вольфрамовый (графитовый) катод;
  • дуговая камера с вихреобразователем для создания плазмы;
  • сопло, — разгоняет поток ионизированного газа, формирует его толщину;
  • элементы подвода газа, охладителя (вода);
  • электрокабель.

Рабочим телом выступает воздух или различные газы. Пароводяной плазмотрон для охлаждения использует воду, которая, после регенерации, превращается в пар и направляется в вихревую камеру.

Принцип работы плазмотрона:

  1. Газ (воздух) под высоким давлением, проходя вихреобразователь, попадает в дуговую камеру.
  2. Между электродом и соплом зажигается первичная (дежурная) дуга. Она необходима для создания основной, рабочего электроразряда. Дежурная дуга не касается стенок сопла из-за вихревого потока газов.
  3. За счёт выделенного тепла и высокой температуры образуется ионизированный газ (плазма).
  4. Скорость потоку придаёт сопло.

Электродуга разогревает металл, плавит его. Удаление расплава осуществляется высокоскоростным потоком ионизированного газа, или смеси водорода и кислорода, если используется пароводяной плазмотрон.

Резка металла осуществляется различными типами плазмотронов:

  • воздушно-плазменный;
  • газоплазменный;
  • индукционный (высокочастотный);
  • комбинированные;
  • пароводяной плазмотрон.

Индукционный резак

Разновидность высокочастотного устройства. Используется принцип индуктивно-связанной плазмы. Для получения такого разряда используется переменное магнитное поле, создаваемое индукционной катушкой. Частота колебаний находится в диапазоне 1-100МГц.

Для прохождения высокочастотной мощности, головка плазмотрона выполняется из диэлектрика. Например, используется кварцевый материал (стекло) или керамика. Это позволяет в качестве рабочего тела применять не только воздух, но и кислород, азот, аргон, водяной пар.

Индуктивно-связанная плазма характеризуется:

  • высокой плотностью электронов;
  • температурой ~ 6000K, — любое вещество переходит в атомарное состояние.

Высокая концентрация электронов и положительных ионов даёт преимущество при поверхностной обработке металлов, например, травлении. Индуктивная катушка находится вне активной зоны горения. Такое разделение позволило использовать для охлаждения воздух.

Индукционный плазмотрон — специфическое оборудование, применяемое для решения узких задач. С его помощью получают чистые порошковые металлы.

Комбинированные аппараты

Представляют собой симбиоз электрической дуги и токов высокой частоты. Магнитное поле используется для сжатия электрического разряда.

По стабилизации электродуги плазмотроны подразделяются на типы:

  • газовые;
  • водяные;
  • магнитные.

Функция стабилизации влияет на сжатие электродуги, направление вдоль оси электрода и в отверстии сопла.

Газовые устройства

Одна из самых простых и распространённых схем. Принцип основан на сжатии столба дуги плазмообразующим газом. Кроме этого, реализуется охлаждение стенок. Головка плазмотрона работает в щадящих условиях.

Водяные устройства

Пароводяной плазмотрон использует в качестве рабочего тела паровой газ. Водяная система, с учётом регенерации пара, позволила добиться высокой степени сжатия столба электродуги. Температура достигла 50000°C. В конструкции применён графитовый электрод, подающийся в зону горения автоматически. Ускоренному сгоранию углерода способствует наличие высокотемпературного водяного пара.

Схема пароводяного плазмотрона

Несмотря на усложнение конструкции, паровой плазменный резак, является одним из самых востребованных устройств.

Водоохлаждаемая головка резака — вторая конструкция (после воздушной), применяемая умельцами при конструировании своими руками модели плазменного резака.

Магнитные резаки

Магнитная система менее эффективна, по сравнению с предыдущими. Но, преимущество — это регулировка сжатия электродуги без потери рабочего тела (газа).

Плазменные сварочные аппараты: технология работы

Плазма – это четвертое состояние вещества, ионизированный газ, состоящий из ионов простых веществ: газов или металлов и электронов, а также электромагнитного излучения, которое неизбежно возникает при возбуждении атомов. Энергия и температура плазмы могут располагаться в очень широких пределах. Нас интересует область температур 5000 – 10000°С и энергия, лучше сказать, мощность от сотен Ватт до сотен кВт. Она легко достижима в аппаратах сегодняшнего дня. В плазмотроне она может быть получена в следующем порядке:

  • Дуга горит между вольфрамовым катодом и соплом – это косвенная дуга.
  • Дуга горит между катодом, соплом и деталью – смешанная дуга.
  • Дуга горит между катодом и деталью – это прямая дуга.

Дугу в плазмотроне накачивают рабочим газом, при небольшом давлении: 0.2… 5 бар, которое зависит от тока. Рабочее напряжение плазменной дуги выше обычной в несколько раз, а ток имеет тот же порядок. Поскольку электрическая дуга имеет склонность к филаментации (распадается на отдельные каналы), то рабочий газ предварительно завихривают на входе. Дуга сжимается в узкий шнур и остается прямой за счет высокой скорости ионного газа. Как следствие, получаем большую энергию и мощность в ее пятне. Плавление металла происходит тоже в области пятна.

Создать плазму при помощи электрического тока и рабочего газа можно нажатием кнопки и, после небольшого прогрева горелки, использовать для:

Сварки

Плазменная дуга нагревает любой, известный в Периодической системе элементов, металл или сплав таких металлов, до плавления и даже кипения в нормальных условиях. Необходимым условием является лишь мощность дуги для данной массы свариваемых деталей. И можно варить на здоровье.

Остается только защитить ванну (область сварки) инертным газом: азотом, аргоном, или органическими парами спирта или ацетона (восстановление за счет свободных радикалов). Это делает, благодаря своей конструкции, горелка плазмотрона. Конечно, с небольшой помощью мастерства сварщика.

Резки

Высочайшая температура плазменной дуги и ее узкий канал обеспечивают идеальные условия для глубокой резки самых тугоплавких металлов и неметаллов. Неметаллы режутся косвенной дугой, а металлы – любой из них, в зависимости от толщины. При этом, за счет энергии плазмы, достигается самая высокая скорость и качество, уступающее только лазеру, резки. Для поддержания постоянного расстояния между соплом горелки и поверхностью реза могут быть использованы упорные ролики.

Пайки

При работе с защитным газом, или использовании смесей воды со спиртом или ацетоном в качестве рабочих жидкостей, атмосфера в области пайки оказывается без кислорода. В первом случае рабочий газ вытесняет кислород, во втором случае – связывает за счет восстановления свободных радикалов органических молекул, имеющихся в плазме. Благодаря этому, при значительной экономии флюсов, можно паять любые виды металлов, какие только совместимы между собой и припоями.

Аппарат плазменной сварки: какие бывают

Принято делить аппараты на разновидности по их мощности. За меру берут сварочный ток в плазменной дуге. Но не только ток отличает аппараты в данном случае. Есть и отличия в конструкции аппаратов и горелок.

Микроплазменные

Промышленный источник микроплазменной сварки SBI PMI 50 TL Basic

Микроплазменными называют аппараты, работающие при токе от 100 миллиампер до 25 А. Они подходят, начиная от нижнего предела, для сварочных работ по ювелирным изделиям и вплоть до резки листового металла толщиной 10 мм.

Это простые аппараты, работающие на постоянном токе, диаметр их сопла имеет величину от 1.3 до 2.5-3 мм.

Рабочий газ получают из воды и спиртовых или ацетоновых смесей.

Катод изготавливают из меди с легированием гафнием.

На среднем токе

Аппараты среднего тока работают в пределах 50-150 ампер. Преимущественно, они используются для резки металла. Рабочим газом служит обычный воздух, как самый дешевый, и оптимальный при том, вариант. Однако, эти же аппараты могут применяться и с другими рабочими и защитными газами. Источники питания для них более совершенны, конструкции горелок сложнее, с вольфрамовым легированным катодом, иногда имеют подвод охлаждающей воды для анода и часто – высоковольтный импульсный запуск и режим малого тока для дежурной дуги.

На большом токе

Сильноточные аппараты создают дугу с током от 150 А и, вообще говоря, малоактуальны для индивидуального потребителя. Их используют в судостроительной промышленности, в ядерном машиностроении и в приборостроении для ядерной физики. Очень часто эти аппараты являются лишь частью роботизированных комплексов. Их горелки используют вольфрамовые катоды, легированные бериллием, торием, или лантаноидами, для максимального понижения работы выхода электронов.

Плазменный аппарат для сварки и резки: из каких узлов состоит

Плазменный аппарат состоит из источника питания, горелки, а также газовой и электрической арматуры.

Источником питания в старых аппаратах служил классический трансформатор, работающий на частоте сети. Такие аппараты были очень громоздкими и тяжелыми. (Как и все старые сварочные аппараты.) Современные импульсные преобразователи на IGBT-транзисторах, управляемые микрокомпьютерами, полностью вытесняют старую технику и придают новой небывалую прежде функциональность.

Прежде всего, они обеспечивают нужный рабочий ток, его стабильность и регулирование в каждом режиме. Более продвинутые аппараты имеют режим дежурной дуги на малом токе, высоковольтный генератор для бесконтактного запуска дуги.

В некоторые аппараты также встроены компрессоры для подачи сжатого воздуха в горелки. Это для удобства и мобильности в условиях ремонтных цехов и мастерских.

Конструкции горелок зависят от мощности аппарата. Для микроплазменных горелок очень характерна конструкция с подвижным катодом, который замыкается на анод-сопло при помощи кнопки с задней стороны инструмента, и, тем самым, возбуждается дуга. Эта же кнопка служит винтом для регулировки зазора между анодом и катодом. В корпус с рукояткой встроен баллончик, емкостью 0.1…0.3 л. для рабочего раствора.

Горелки помощнее устроены с неподвижным катодом, все их основные части располагаются коаксиально (на общей оси) в следующем порядке: катод, полость для рабочего газа, промежуточная втулка, полость для защитного газа, анод (с полостью для водяного охлаждения анода на мощных аппаратах), корпус.

Наиболее мощные горелки не имеют рукоятки, а крепятся на манипуляторах роботов или в станках для резки (сварки) труб или листовых материалов.

О материалах для катодов уже говорилось, можно только напомнить: в простых бытовых плазморезах используют медь (реже вольфрам), легированную гафнием. Это наиболее безопасный для здоровья аппарат, в отличии от тех, в которых используется бериллий, пыль которого (или его окислов) является опасным для легких веществом, канцерогеном, и требует соблюдения норм на ПДК: вентиляции и взятия проб для анализа. Опасен также слаборадиоактивный торий, при попадании в легкие.

Для соединения аппарата с горелкой используется т.н. кабель-пакет. Это название обозначает шланг для подачи рабочего и защитного газов, охлаждающей воды, обратной воды, силовых проводов (основного тока), провода для пусковой искры, а также проводов цепи управления. Все они помещаются внутрь общего гибкого шланга “пакетом”, откуда и название. К аппарату кабель-пакет подключается в нескольких соответствующих точках: штуцер для газа часто одновременно служит и для подачи тока через катод. В бытовых аппаратах к горелке подводится только ток, так что, в этом случае, можно говорить просто о кабеле.

Возможности плазменных сварочников

Ниже показаны возможности на примере аппарата «Горыныч»:

  • Сварка и пайка любых цветных металлов, а также нержавеющих сталей (толщина свариваемого металла зависит от модели устройства).
  • Резка цветных и черных металлов.
  • Закалка всех видов сталей.
  • Создание химических соединений, получаемых под действием высокой температуры.
  • Термическая усадка всех видов пластмасс и полимеров, включая ПВД, ПП, ПНД и ПВХ.
  • Очистка поверхностей от грибка, плесени и других видов органических загрязнений.
  • Сварка двух и более металлов, сплавов или сталей между собой.
  • Пайка при помощи мягких припоев.
  • Плавление металлов в частных кузнях.
  • Первоначальная термическая обработка.
  • Резка стекла и различных органических элементов (кварц, гранит, графит и многое другое).
  • Начальное воронение компактных деталей.
  • Порошковое напыление на небольшой площади.
  • Создание и разделка стекла и изделий из стекла.
  • Тушение начальных очагов возгорание водяным паром (без создания электрической дуги между катодом и анодом).

Подробнее о возможностях аппарата Горыныч смотрите в этом материале.

Плазменный сварочный аппарат для дома и дачи

В домашних условиях в распоряжении у потребителя обычно только однофазная сеть 220 В. Ему недоступны никакие технические газы, кроме, разве что, сжатого воздуха, сильные защитные средства и санитарный контроль тоже недоступны. Поэтому выбирать следует однофазный плазменный аппарат на 2-3 кВт. Там уже производитель предусмотрел все остальные условия.

Еще одна важная мысль. Когда пользуются таким аппаратом, в горелке достаточно быстро расходуются детали, соприкасающиеся с дугой – катоды и сопла. Значит, приобретая плазменный сварочник надо быть уверенным, что можно купить расходники без проблем. Так что, лучше покупать аппараты либо российских фирм, либо у солидных зарубежных компаний.

Неплохой аппарат AURORA PRO AIRFORCE 60 IGBT стоит около 40 000 р. Его инвертор хорошо переносит перегрузки.

По такой же цене есть аппарат КЕДР CUT-40B. Он отличается малым выгоранием сопла и катода, имеет встроенный компрессор и регулятор давления.(Купить можно .)

Универсальный аппарат Горыныч позволяет не только резать, но и варить металлы и стоит около 50 000 р. (См. ссылку на обзор выше).

Также неплохие аппараты латвийской разработки (изготовляют китайцы) Ресанта различных моделей.

Аппараты микроплазменной сварки

Для промышленности выпускают не только мощные аппараты для резки металла. Например, микроплазменные сварочные аппараты SBI PMI 50 TL Basic и SBI PMI 50 TL (Австрия) могут использоваться для ювелирного производства, для изготовления приборов, работ по стеклу и многого другого.

SBI PMI 50 TL Basic работает на аргоне, для защиты сварочной ванны от кислорода используется аргоно-гелиевая или аргоно-водородная (восстановительная) смесь. Аппарат имеет полностью программируемый режим работы, очень развитую систему управления и интерфейсы (основной CAN-Bus + протоколы по желанию заказчика) для автоматизированных систем (может работать с роботами-манипуляторами).

SBI PMI 50 TL от базовой модели отличается повышенной мощностью при тех же функциях.

Из других аппаратов аналогичные функции может выполнять оборудование Klein Schweisser 25i10 Micro Plasma, Klein Schweisser 50i10 Micro Plasma от компании Electro Plasma Equipment Pvt. ltd. (Индия). Компания Process Welding System Inc. (США, Теннесси) также изготавливает весьма совершенное плазменное оборудование для микроплазменных работ.

Популярные производители аппаратов для плазменной сварки

Горыныч

ООО “АCпромт” выпускает два аппарата для плазменной сварки “Горыныч”: ГП37-10 и ГП37-12. Это оригинальная российская разработка (автор Д.А. Дуюнов). Они весьма популярны в кругах ремесленников и умельцев.

Их также используют на некоторых производствах для ремонтных и вспомогательных работ. Второй аппарат отличается от первого немного более мощным источником питания. Оба аппарата просты в работе и хорошо подходят для обучения практических специалистов по работе с плазменной дугой.

Аппараты недороги (30…50 тыс. р.) и по карману частным лицам. Расходные материалы для них совсем недороги.

Мультиплаз

Мультиплаз – это российская компания, находится в Москве. Выпускает аппараты Мультиплаз 3500, 4000, 7500 и 15000.

Аппарат 3500 сделан универсальным: режет все до 10 мм, варит и паяет множество материалов, кажется, имеет неплохие характеристики, но дороговат: цена на сегодня больше 130 000. Аппарат снабжен двумя горелками для удобства, каждая горелка ставится вертикально и сразу готова к работе.

Плазар

Снят с производства. Можно купить только с рук. Обзор аппарата .

Плазариум

Компания Плазариум (Россия) занимается плазменными технологиями и применением их в промышленности. В числе прочей продукции выпускает аппараты PLAZARIUM SP3 для разнообразных работ с применением плазмы: пайка, плавка металлов и неметаллов, сварка, резка. Аппарат способен работать с температурой от 100 до 10 000 градусов, использует воду в качестве рабочего тела для плазмы.

FUBAG

FUBAG GmbH – немецкое предприятие, выпускающее огромный ассортимент оборудования для строительства и ремонта. Плазморезы представлены моделями PLASMA 25, 25 AIR (с компрессором), 30, 40, 65 Т, 100. Аппараты сделаны с немецкой практичностью – с простым на вид регулятором тока, но всегда стабильно дающим установленное значение. Это инструмент для производительной работы. Аппараты профессиональные и предназначены для резки материалов.

BlueWeld

Итальянская компания BlueWeld работает с начала 1960-х годов. В настоящее время имеет филиалы по всему миру и ее продукция пользуется большим спросом. Аппараты Prestige Plasma 41, 54, 34, 31 – переносные, для воздушной плазменной резки металла. Есть также передвижные (на роликах и колесах) трехфазные модели повышенной мощности. Все аппараты инверторного типа.

TELWIN

Telwin – итальянская компания, работает еще с шестидесятых годов прошлого века. Аппараты для плазменной резки имеют марку TECNICA PLASMA 31, 34, 41, 60 HF (последний с бесконтактным запуском). Это однофазные аппараты для ручной работы. Основное назначение – резка металлов и тугоплавких материалов. Есть также трехфазные аппараты.

AURORA

AURORA — марка китайской группы компаний. Производит различную продукцию. Из плазменной техники, которую она производит известны аппараты AuroraPRO AIRHOLD 40, 42, AIRFORCE 80 (трехфазный), MULTIWATT 40-160 (Plasma+MMA+TIG) (универсальный аппарат с большими возможностями). Аппараты отличаются небольшой ценой, имеется бесконтактный запуск, кабели длиной 3 метра.

СВАРОГ

Сварог -это торговая компания, которая продает китайскую технику под собственной маркой. Известно о шести плазменных инверторах: REAL CUT 45, CUT 40 B, PRO CUT 45, CUT 70, CUT 100 и CUT 160.

Первый из аппаратов стоит очень дешево: около 23 000 руб и притом имеет хорошие характеристики: бесконтактный запуск, встроенный компрессор, режет металл до 12 мм. Следующие два аппарата – это более мощные. Последние три аппарата самые мощные для трехфазной сети. CUT 160 способен резать сталь толщиной до 55 мм, стоит (рекомендованная цена) коло 160 000 руб.

Электросварочные аппараты теряют свои позиции как в промышленном секторе, так и бытовом. И это – вполне естественно. Технический прогресс шагает уверенно вперед, внося свои новинки в повседневную жизнь. Более половины промышленных, бытовых сварочных задач решается с помощью плазменного оборудования.

Притом, работа производится не только с металлами. Можно, например, оплавить поверхность железобетонных конструкций, сделав таким образом надежную герметичную гидроизоляцию.

Краткое содержимое статьи:

  • Устройство
  • Принцип работы
  • Классификация
  • Модели популярных производителей
  • Технология плазменной сварки
  • Фото плазменного сварочного аппарата

Устройство

Основные компоненты плазменного сварочного аппарата:

  • Источник питания;
  • Плазмотрон (специальная горелка с фторопластовым корпусом и электродным (катодным) узлом).
  • Рабочая смесь;
  • Защитный газ;
  • Охлаждающая среда (либо – охлаждение воздухом).

Плазмообразующая рабочая смесь может быть разнородной по составу:

  • Чистый аргон;
  • К аргону примешивается водород;
  • Аргон с гелием;
  • Воздушная масса;
  • Водород;
  • Азот;
  • Раствор воды и спирта.

Электрический разряд превращает рабочую среду в плазменную в виде ионизированного газа с высокой, в десятки тысяч градусов, температурой.

Происходит сжимание плазменной дуги до тончайшего луча с высокой удельной мощностью на квадратный миллиметр площади, что позволяет справиться с такими сварочными задачами, которые при использовании электроразрядной дуги не всегда успешны, либо вовсе вовсе не доступны.

Помимо высокой температуры плазмосварочный аппарат обладает другими преимуществами:

  • Работает с высоким КПД;
  • Защитный газ расходуется в малом количестве;
  • Прогревается небольшая площадь материала (малая усадка, деформация поверхности);
  • Сваривание металла с неметаллом.

Технология плазменной сварки

Существенно отличается от других ее видов. Плазменная сварка является самым безопасным видом сварки. Не используются взрывоопасные кислородные баллоны, не выделяются в атмосферу вредные вещества. Однако проводить работы лучше в большом гараже или на свежем воздухе.

Для того чтобы провести плазменную сварку своими руками понадобится:

  • Моток присадочной проволоки;
  • Плазменный сварочный аппарат;
  • Пачка электродов.

В процессе работы нужно следовать следующим рекомендациям:

  • Выполняется конусообразная заточка электродов, длиною 5 мм/с притупленным острием.
  • Во время их установки проследить, чтобы их центральная ось и плазмообразующей насадки – совпадали.
  • Подготавливается сварочный стык (зачищается поверхность реза, обезжиривается).
  • Обеспечить совпадение стыков, скрепляя их сборочными приспособлениями.
  • Защитный газ подается до пробуждения дуги, отключается через несколько секунд после ее обрыва.
  • Плазменная горелка держится не дальше сантиметра от заготовки.
  • Важно суметь удержать плазменную дугу на протяжении всего процесса.
  • При обрыве дуги необходимо зачистить шов до 20-ти миллиметров к месту обрыва.
  • Следить, чтобы металл не перегревался, вовремя его охлаждать используя сжатый воздух.
  • Для придания швам правильной формы используйте присадочную проволоку.

Есть еще масса мелочей, которые нужно учитывать в процессе работы. В конечном счете, сварить нужные детали, конструкции, используя плазменный аппарат не так уж сложно. Опыт в такого рода делах очень важен.

При наличии подходящего оборудования, соблюдении правил пожарной безопасности сам процесс работы доставит огромное удовольствие.

Сущность плазменной сварки

Плазмой называется состояние газа, в которое оно переходит под воздействием электрической дуги. Образуется она в специальном наконечнике, который называется плазмотрон (это как горелка в газовой сварке). Плавление плазмой – это такая техника, при которой для образования плазмы применяются горелка, в которой находится вольфрамовый электрод, сопла плазмы и труб подачи газа и водяного охлаждения. Данный вид незаменим для обработки изделий из металла высокой прочности и толщины (до 9 мм). Он немного схож с методикой дуговой сварки, но в отличие от электрода, который обеспечивает нагрев до 5-7 тысяч градусов, воздействует на изделие сверхвысокой температурой – до 30 тысяч градусов. От этого данный способ часто называют «плазменно-дуговая сварка». Выполнять работы таким аппаратом можно в любом пространственном положении изделия.

Плазменная сварка металла, благодаря высокой температуре воздействия на изделие позволяет обрабатывать широкий спектр металлов – бронза, титан, нержавейка, углеродистая сталь, латунь, чугун, алюминий. Такой способ применяется в разных отраслях производств – приборостроение, машиностроение, пищевая промышленность, изготовление медицинского оборудования, ювелирное дело, химическое производство и многие другие. Плазменная сварка и резка металлов необходима и незаменима практически в каждом производстве.

Плазменная сварка и резка металлов бывает двух видов:

  1. Плавление металла дугой, которая возникает между изделием и неплавящимся электродом
  2. Сварка плазменной струей, которая образуется благодаря дуге горит между наконечником плазмотрона и неплавящимся электродом.

В качестве материалов для образования плазмы чаще всего применяется воздух, кислород, аргон и азот. Величина тока в плазме может быть разной, и различают три подвида:

  1. Микроплазменная сварка, которая реализуется на малом токе до 25 А
  2. Работа на средних токах – до 150А
  3. На больших токах, свыше 150А.

Говоря простыми словами, суть данного способа состоит в ионизации рабочего газа, который под давлением переходит в состояние плазмы и обеспечивает высокую температуру, используемую для расплавления металлов для резки или соединения.

Технология плазменной сварки делится на две разновидности:

  • плазменная сварка прямого действия;
  • плазменная сварка косвенного действия.

Плазменная сварка косвенного действия

В данном случае плазма образуется похожим способом, как и в плазменной сварке прямого действия. Отличие состоит в том, источник питания подключен к электроду и соплу, в результате чего образуется дуга между ними, и как следствие, на выходе из горелки — плазменная струя. Скорость выхода потока плазмы контролируется давлением газа. Основной секрет кроется в том, что газ, переходя в состояние плазмы увеличивает свой объем в 50 раз, за счет чего буквально вылетает из аппарата струей. Энергия расширяющегося газа совместно с тепловой энергией, сообщаемой струе газа, делает плазму мощным источником энергии.

Этот метод не так широко применяется, как первый, хотя имеет достаточное количество преимуществ. Во-первых, он обеспечивает бесперебойную работу даже при микроплазменной сварке (на малых токах). Во-вторых, он позволяет экономить газ (который стоит немало). В-третьих, за счет высокого давления практически нет разбрызгивания. Таким способом можно и варить и резать металл, но для резки не потребуется инертный газ, так как его функция – защищать сварочную ванну, а при разрезании металла она не образуется.

В завершение можно отметить, что устройство горелки прямого и косвенного метода сильно не отличаются. На картинке слева указана технология образования плазменной струи. Процесс происходит следующим образом: вольфрамовый электрод 2 подключен к отрицательному заряду, а сопло 4 к положительному. За счет этого дуга образуется между соплом и электродом,что характерно при косвенном методе.

На картинке справа, при прямом методе, дуга образуется между негативно-заряженным электродом и рабочей деталью, с положительным зарядом. Для поджога и возбуждения дуги используется временно подающийся ток на сопло, который после возбуждения дуги отключается.

Аппарат для работы

Аппарат воздушно плазменной сварки представляет собой небольшое техническое оборудование, весом не более 9-10 килограмм. Принцип работы его следующий: внутри находятся схемы управления, выпрямитель тока и трансформатор. Для работы к нему подключается установка с рабочими газами в баллонах – для образования плазмы и инертный газ, необходимый для защиты сварочного шва от окисления. На выходе подключается горелка с газами отдельно для резки. В связи с тем, что данный способ образует слишком высокий температурный режим, в горелке есть специальный отсек для охлаждающей жидкости. Данный аппарат по внешним признаком похож на инвертор. В продаже представлено множество моделей с различными функциями. Если говорить о самом простом, он самый компактный (около 5 кг) с минимальным количеством настроек, в которых разберется не то что новичок, а даже ребенок.

Модели, которые в цене дороже, имеют дополнительные настройки и функции, которые кроме резки и сварки могут выполнять пайку, воронение, оксидирование и закалку металла. Самыми простыми изделия считаются с минимально мощностью до 12А. Их стоимость колеблется в пределах 30 тысяч русских рублей. Оборудование на класс выше и мощнее, до 150А стоят от 40 и до 150 тысяч, зависимо от производителя и дополнительных функций. Самые дорогие модели имеют мощность от 150А, а их стоимость может даже превышать миллион рублей. Для профессионалов, которые постоянно занимаются сплавлением, рекомендуется приобретать качественное и дорогое оборудование. Заплатив один раз можно получить многофункциональное устройство, с помощью которого можно выполнять всевозможные процедуры по металлообработке.

Преимущества и недостатки

Плазменная сварка прямого действия и косвенного имеет свои преимущества и недостатки, как и другие виды сварки. Основными плюсами, что делают этот метод незаменимым для использования во многих промышленных отраслях, являются следующие:

  • высокий коэффициент полезного действия и высокая скорость выполнения работ;
  • высококачественная резка металла оставляет гладкие кромки и не требует дополнительной их обработки;
  • возможность варить и резать изделия, толщиной почти в сантиметр;
  • при работе нет шлаков и отходов;
  • контроль глубины провара металла, что позволяет избежать пропалов и деформации;
  • простота в использовании аппарата.

Кроме положительных моментов, можно отметить несколько недостатков:

  • дороговизна оборудования и высокая стоимость работ;
  • в сфере профессионального использования высокие требования к мастеру;
  • необходимость постоянного контроля над охлаждением, из-за высокой рабочей температуры.

В принципе, все эти минусы, можно превратить в плюсы, если посмотреть на это с другой стороны. Профессиональный мастер, имеющий качественное оборудование может работать в любой сфере и при этом зарабатывать хорошие деньги.

Что выбрать: трансформатор или инвертор?

За счет наличия особенностей и параметров аппаратов для проведения плазменной резки возможно разделить их на типы. Наибольшую популярность завоевали инверторы и трансформаторы. Стоимость аппарата каждой модели будет определяться заявленной мощностью и рабочими циклами.

Инверторы обладают малым весом, компактными габаритами и минимально потребляют электроэнергию. К недостаткам оборудования можно отнести повышенную чувствительность к перепадам напряжения. Не каждый инвертор способен функционировать в особенностях режима нашей электрической сети. Если выходит из строя система защиты аппарата, то необходимо обращаться в сервисный центр. Также инверторные плазморезы обладают ограничением по номинальной мощности – не более 70 ампер и малым периодом включения оборудования при большом токе.

Трансформатор, по традиции, считается более надежным, чем инвертор. Они даже при ощутимом падении напряжения теряют только часть мощности, но не ломаются. Это свойство определяет более высокую стоимость. Плазморезы на основе трансформатора могут работать и включаться в рабочий режим на больший срок. Подобное оборудование применяется в автоматических линиях с ЧПУ. Отрицательным моментом трансформаторного плазмореза будет значительная масса, высокое энергопотребление и размеры.

Наибольшее значение толщины металла, которое способен резать плазморез составляет от 50 до 55 миллиметров. Среднее значение мощности оборудования равняется 150 – 180 А.

Принцип действия

После нажатия на кнопку розжига происходит пуск источника электроэнергии, подающий в рабочий инструмент высокочастотный ток. Возникает дуга (дежурная) между расположенным в резаке (плазмотроне) наконечником и электродом. Температурный диапазон от 6 до 8 тысяч градусов. Стоит заметить, что рабочая дуга создается не моментально, существует определенная задержка.

Затем в полость плазмотрона поступает сжатый воздух. Для этого предназначается компрессор. Проходя сквозь камеру с дежурной дугой на электроде, он подвергается нагреву и увеличивается в объеме. Процесс сопровождается ионизацией воздуха, что переводит его в токопроводящее состояние.

Через узкое сопло плазмотрона полученный поток плазмы подается к обрабатываемой детали. Скорость потока составляет 2 – 3 м/с. Воздух в ионизированном состоянии способен нагреваться до 30 000°С. В этом состоянии значение электропроводимость воздуха близка к проводимости металлических элементов.

После контакта плазмы с разрезаемой поверхностью дежурная дуга отключается и действовать начинает рабочая. Далее осуществляется плавка в точках резки, из которых расплавленный металл продувается подаваемым воздухом.

Подробно про технологию плазменной резки и работу с оборудованием возможно почитать в соответствующей статье.

Отличия аппаратов прямого и косвенного действия

Имеются различные типы аппаратов, отличающихся принципами работы. В оборудовании прямого действия предполагается работа электрической дуги. Она приобретает цилиндрическую форму и непосредственно соединяется с газовой струёй. Подобная конструкция оборудования позволяет обеспечить высокую температуру дуге (до 20 000°С) и высокоэффективную охлаждающую систему для других компонентов плазмореза.

В аппаратах косвенного действия работа предполагается с меньшим КПД. Это определяет их меньшее распространение в производстве. Конструктивная особенность оборудования состоит в том, что активные точки цепи размещаются на особых вольфрамовых электродах или трубе. Применяются они чаще для проведения нагрева и напыления, но для резки практически не используются. Чаще всего применяются в ремонте автомобилей.

Общей чертой является присутствие в конструкции воздушного фильтра (продлевает срок эксплуатации электрода, обеспечивает быстрый запуск оборудования) и охладителя (создает условия для длительной эксплуатации аппарата без перерыва). Отличным показателем является возможность непрерывной работы устройства на протяжении 1 часа с 20-минутным перерывом.

Конструкция

При должном желании и умении самодельный плазморез способен создать любой желающий. Но чтобы он мог полноценно и эффективно функционировать необходимо соблюдать определенные правила. Желательно примерять инвертор, т.к. именно он способен обеспечить стабильную подачу тока и стабильную работу дуги. В результате не возникают перебои и значительно уменьшится расход электричества. Но стоит учесть, что плазморез на основе инвертора способен справиться с меньшей толщиной металла, чем трансформатор.

Необходимые комплектующие

Перед началом сборочных работ необходимо подготовить ряд комплектующих, материалов и оборудования:

  1. Инвертор или трансформатор с подходящей мощностью. Чтобы исключить ошибку необходимо определиться с планируемой толщиной резания. Уже на основании этой информации подбирать нужное устройство. Однако с учетом ручной резки стоит выбрать именно инвертор, т.к. он меньше весит и потребляет меньше электричества.
  2. Плазмотрон или плазменный резак. Тоже имеются свои особенности выбора. Прямого действия лучше выбирать для работы с токопроводящими материалами, а косвенного – для не токопроводящих.
  3. Компрессор сжатого воздуха. Требуется уделять внимание номинальной мощности, т.к он обязан справляться с возлагаемой нагрузкой и соответствовать остальным компонентам.
    Кабель-шланг. Требуется для соединения всех комплектующих плазмореза и подачи воздуха к плазмотрону.

Подбор блока питания

Работу плазмореза обеспечивает блок питания. Он формирует заданные параметры электрического тока, напряжения и подает их к режущему узлу. Основным питающим узлом может стать:

  • Инвертор;
  • Трансформатор.

Подходить к выбору питающего элемента необходимо, учитывая особенности аппаратов, описанные выше.

Плазмотрон является генератором плазмы. Это рабочий инструмент, в котором формируется плазменная струя, непосредственно разрезающая материалы.

Основными особенностями устройства являются:

  • Создание сверхвысокой температуры;
  • Простая регулировка мощности тока, запуска и остановки рабочих режимов;
  • Компактные габариты;
  • Надежность работы.

Конструктивно плазмотрон состоит из:

  • Электрод/катод, имеющие в своем составе цирконий или гафний. Эти металлы отличаются высоким уровнем термоэлектронной эмиссией;
  • Сопло в основном изолируется от электрода;
  • Механизм, закручивающий плазмообразующий газ.

Сопло, электрод являются расходными материалами плазмотрона. Если плазморезом обрабатывается заготовка до 10 миллиметров, то один комплект электродов расходуется в течение 8 часов работы. Износ происходит равномерно, что позволяет менять их одновременно.

При несвоевременной замене электрода может нарушаться качество резки – изменяется геометрия реза или возникают волны на поверхности. В катоде постепенно выгорает гафниевая вставка. Если она обладает выработкой более 2 миллиметров, то электрод может пригорать и перегревать плазмотрон. Это значит, что не вовремя замененные электроды повлекут за собой быстрый выход из строя остальных элементов рабочего инструмента.

Все плазмотроны можно разделить на 3 объемные группы:

  • Электродуговой – имеет минимум один анод и катод, которые подключены к источнику питания с постоянным током;
  • Высокочастотный – отсутствуют и электроды, и катоды. Связь с питающим устройством основывается на индуктивных/емкостных принципах;
  • Комбинированный – функционирует при воздействии высокочастотного тока и горении дуговых разрядов.

Исходя из метода стабилизации дуги, все плазмотроны также можно разделить на газовый, водяной и магнитный типы. Подобная система является чрезвычайно важной для работы инструмента, т.к. она формирует сжатие потока и фиксирует его на центральной оси сопла.

В настоящее время в продаже имеются различные модификации плазмотронов. Возможно, необходимо изучить предложения, и купить готовый. Однако сделать самодельный в домашних условиях вполне возможно. Для этого требуется:

  • Рукоятка. Необходимо предусмотреть отверстия для проводов.
  • Кнопка.
  • Соответствующий электрод, рассчитанный под действующий ток.
  • Изолятор.
  • Завихритель потока.
  • Сопло. Желательно комплект с различными диаметрами.
  • Наконечник. Необходимо предусмотреть защиту от брызг.
  • Дистанционная пружина. Позволяет выдерживать зазор между поверхностью и соплом.
  • Насадка для удаления нагара и снятия фаски.

Проводить работу можно одним плазмотроном за счет сменных оголовков с различными диаметрами, направляющие плазменный поток на деталь. Необходимо обратить внимание, что они, так же как и электроды, в процессе работы станут оплавляться.

Сопло закрепляется прижимной гайкой. Непосредственно за ним находится электрод и изолятор, предупреждающий розжиг дуги в неположенном месте. Далее размещен завихритель потока, позволяющий усилить эффект дуги. Все элементы размещаются во фторопластовом корпусе. Что-то возможно сделать самостоятельно, а что-то придется приобретать в магазине.

Заводской плазмотрон позволит проводить работу без перегрева более длительное время за счет системы воздушного охлаждения. Однако при кратковременной резке это неважный параметр.

Осциллятор

Осциллятор представляет собой генератор, который вырабатывает высокочастотный ток. Подобный элемент включается в цепь плазмореза между источником питания и плазмотроном. Способны действовать по одной из схем:

  1. Создание кратковременного импульса, который способствует возникновению дуги без прикосновения к поверхности изделия. Внешне представляет собой малую молнию, подаваемую с торца электрода.
  2. Поддержка постоянного напряжения с высоким значением напряжения, накладываемое на сварочный ток. Обеспечивает сохранность стабильного поддержания дуги.

Оборудование позволяет быстро создавать дугу и приступать к резке металла.

В основной своей массе обладают схожим строением и состоят из:

  • Выпрямителя напряжения;
  • Блока накопителя заряда (конденсаторы);
  • Блок питания;
  • Модуль создания импульсов. Включает в себя колебательный контур и разрядник;
  • Блок управления;
  • Повышающего трансформатора;
  • Прибора контроля напряжения.

Основной задачей является модернизация входящего напряжения. Происходит повышение частоты и уровня напряжения, уменьшая период действия менее 1 секунды. Последовательность работы следующая:

  1. Нажимается кнопка на резаке;
  2. В выпрямителе ток выравнивается и становится однонаправленным;
  3. В конденсаторах происходит накопление заряда;
  4. Ток подается на колебательный контур трансформаторных обмоток, повышая уровень напряжения;
  5. Контроль за импульсом осуществляет схема управления;
  6. Импульсом создается разряд на электроде, поджигающий дугу;
  7. Действие импульса завершается;
  8. После прекращения резки осциллятором производится продувка плазмотрона на протяжении еще 4 секунд. За счет этого достигается охлаждение электрода и обрабатываемой поверхности.

В зависимости от типа осциллятора он может применяться по-разному. Однако общей характеристикой является повышение напряжения до 3000 – 5000 вольт и частоты от 150 до 500 кГц. Основные же отличия состоят в интервалах действия высокочастотного тока.

Для использования в плазморезе целесообразно использовать осциллятор для бесконтактного розжига дуги. Подобные элементы применяются для работы в аргоновых сварочниках. В них вольфрамовые электроды будут быстро затупляться если производить контакт с изделием. Включение в схему аппарата осциллятора позволит создавать дугу не совершая контакта с плоскостью детали.

Использование осциллятора позволяет существенно снижать потребность в дорогих расходных материалах и улучшать процесс резки. Правильно подобранное оборудование в соответствии с планируемой работой позволяет повышать ее качество и скорость.

Электроды

Электродам отводится немаловажная роль в процессе создания, поддержания дуги и непосредственной резки. В составе присутствуют металлы, позволяющие электроду не перегреваться и преждевременно не разрушаться при работе с дугой в высокотемпературных режимах.

При покупке электродов для плазмореза необходимо уточнять их состав. С содержанием бериллия и тория создаются вредные пары. Они подойдут для работы в соответствующих условиях, с надлежащей защитой работника, т. е. требуется дополнительная вентиляция. Из-за этого для применения в быту лучше покупать гафниевые электроды.

Компрессор и кабель — шланги

В конструкции большинства самодельных плазморезов включаются компрессоры и шланговые трасы для направления воздуха к плазмотрону. Данный элемент конструкции позволяет разогревать электрическую дугу до 8000°С. Дополнительной функцией является продувка рабочих каналов, очищая их от загрязнений и проводя удаление конденсата. Кроме этого, сжатый воздух способствует охлаждению компонентов аппарата при длительной работе.

Для работы плазмореза возможно применять обычный компрессор сжатого воздуха. Воздухообмен осуществляется тонкими шлангами с подходящими разъемами. На входе размещается электрический клапан, который регулирует процесс подачи воздуха.

В канале от аппарата к горелке размещается электрический кабель. Поэтому здесь необходимо размещать шланг с большим диаметром, в котором может разместиться кабель. Проходящий воздух несет и вентиляционную функцию, так как способен охладить провод.

Масса должна выполняться из кабеля с сечением от 5 мм2. Должен быть зажим. При плохом контакте массы переключение рабочей дуги на дежурную будет проблематичным.

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.

  1. Источник питания. Требуется для подачи на электрод горелки электрического тока. В качестве источника питания может выступать либо трансформатор (сварочный), выдающий переменный ток, либо сварочный агрегат инверторного типа, на выходе которого наблюдается постоянный ток. Исходя из вышесказанного, предпочтительнее использовать инвертор, причем с функцией аргонной сварки. В таком случае он будет иметь разъем для подключения шлангопакета и место для подсоединения газового шланга, что упростит переделку аппарата.
  2. Плазмотрон (резак). Является очень важной деталью оборудования, которая имеет сложную конструкцию. В плазмотроне происходит образование струи плазмы под воздействием электрического тока и направленного потока воздуха. Если вы решились собрать плазморез своими руками, то данный элемент лучше приобрести в готовом виде, на китайских сайтах.
  3. Осциллятор. Требуется для эффективного розжига дуги и ее стабилизации. Как уже говорилось выше, паяется по несложной схеме. Но если вы не сильны в радиоделе, то данный модуль можно купить в Китае за 1400 руб.
  4. Компрессор. Предназначен для создания воздушного потока, поступающего в горелку. Благодаря ему охлаждается плазмотрон, повышается температура плазмы и сдувается расплавленный металл с места реза на заготовке. Для самоделки подойдет любой компрессор, к которому обычно подключают краскопульт. Но чтобы убрать водяные пары из воздуха, нагнетаемого компрессором, потребуется установка фильтра-осушителя.
  5. Кабель-шланг. Через него в горелку поступает ток, способствующий розжигу электрической дуги и ионизации газов. Также через данный шланг подается сжатый воздух в горелку. Кабель-шланг можно изготовить самостоятельно, разместив электрический кабель и кислородный шланг внутри, например, водопроводного шланга подходящего диаметра. Но все же лучше купить готовый шлангопакет, который будет иметь все элементы для подсоединения к плазмотрону и к агрегату.
  6. Кабель массы. Имеет на конце зажим для прикрепления к обрабатываемому металлу.

Советы по эксплуатации самодельного плазмореза

Для того чтобы самодельный плазморез из сварочного инвертора мог работать эффективно и продолжительное время, следует прислушаться к советам специалистов, относящихся к эксплуатации аппарата.

  1. 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.
  2. Поскольку сопло резака подвергается воздействию высоких температур, то оно со временем изнашивается и выходит из строя. Поэтому следует заранее побеспокоиться о приобретении запасных сопел.
  3. Подбирая комплектующие для плазмореза, следует учитывать, какой мощности агрегат вы хотите получить. В первую очередь это касается выбора подходящего инвертора.
  4. 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”.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *