Плазменная резка металла и видео инструкция

Особенности конструкции основные элементы

У любой установки плазменного вида резки металла с ЧПУ есть пару систем, входящие в её структуру в обязательном порядке. Необходимо отметить вначале, что у этого агрегата есть блок питания, работающий под конкретные параметры работы с целью обеспечения правильной и стабильной работоспособности всего оборудования.

Также в конструкции находится специальный резак плазмы либо, как его ещё называют, плазмотрон со специфической конструкцией. Также содержится воздушный компрессор, который дает возможность подать поток воздуха под определённым давлением.

Плазменная резка ЧПУ, как процесс, подразумевает под собой использование оборудования, где в наличии находится специальный пакет со шлангами и кабелями. Зачастую, основным источником питания является простой трансформатор либо инверторное оборудование.

Конструкция плазменного станка с ЧПУ.

С их помощью регулируется подача тока на устройство, чтобы совершать данный процесс под определенные параметры.

Главным преимуществом рассматриваемого оборудования, функционирующего на трансформаторе, считается способность резать трубы с толстым слоем металлической поверхности.

Плазменное инверторное оборудование потребляет минимальное количество электроэнергии, что дает возможность эффективно применять его в сфере маленьких производств.

Чтобы создать агрегат для данного процесса с ЧПУ самостоятельно, необходимо воспользоваться чертежами и тогда результат будет точным и эффективным. Самой основной деталью этой конструкции считается резак, либо как его ещё называют плазмотрон.

С его помощью можно нарезать любую заготовку вне зависимости от размера или формы. Кроме этого оно довольно-таки простое в использовании и имеет следующие элементы: сопло, электроды и охладительную систему посреди двух прошлых деталей. Резак имеет специальный канал, через который подается сжатый воздух под конкретным давлением.

Связь компрессора, источника питания и плазмотрона формирует пакет со шлангами и кабелями. Необходимо сделать акцент на стоимости такого агрегата, который продается в любом специализированном магазине. Он довольно высокий, из-за чего большинство мастеров предпочитают собрать конструкцию самостоятельно из подручных средств.

Резак на основе трансформатора

Как и другие компоненты системы, источник питания собирают или дорабатывают своими руками. Подробная инструкция помогает легко справиться с этой задачей.

Схема устройства

В электрическую цепь аппарата входят такие узлы:

• сварочный трансформатор с выпрямителем;
• пусковое реле;
• осциллятор;
• резистор, понижающий напряжение вспомогательной дуги;
• кнопка запуска;
• контактор, деактивирующий изначальную дугу;
• компрессор с элементами управления.

На правильно составленной схеме должны отображаться все элементы вне зависимости от мест их расположения.

Какие детали будут необходимы

Помимо сварочного инвертора, для создания аппарата потребуются:

1. Держатель со сменным стержнем. При силе тока до 100 А и толщине обрабатываемой детали до 5 см элемент изготавливают из меди. Держатель более мощного агрегата снабжают каналами для жидкостного охлаждения. Для розжига дуги оставляют расстояние в 2 мм между соплом и электродом. Главный стержень делают подвижным.
2. Изолятор из фторопласта. По причине быстрого износа деталь является сменной.
3. Корпус с соплом.
4. Кабели: силовой и для розжига дежурной дуги.
5. Шланги. В аппаратах с жидкостным охлаждением неизолированный провод находится в трубке, подающей воду к горелке. Также потребуется отдельный шланг для вывода газа в сопло.

Сборка плазменного резака

Работу начинают с переделки сварочного трансформатора. Количество витков обмотки выбирают с учетом будущих характеристик оборудования и разрезаемых деталей.

При толщине листа до 1,2 см, силе тока 50 А и напряжении холостого хода 20 В устанавливают такие значения:

• сечение сердечника – 107 мм²;
• число витков первичной обмотки – 225, вторичной – 205.

После переделки трансформатора подсоединяют другие элементы:

1. Компрессор производительностью 140-190 л в минуту. Давление, создаваемое агрегатом, должно составлять более 4,5 бара.
2. Кабели и шланги для объединения компонентов. Сечение питающего провода зависит от мощности плазмореза. При силе тока 50 А оно составляет 6 мм². Сечение провода для дежурной дуги – 1,5 мм². Рекомендованный диаметр воздушного шланга – 1 см.
3. Осциллятор. При создании плазмореза из трансформатора в качестве этого блока можно использовать автомобильную систему электронного зажигания.

Воздушный шланг соединяют с отводом компрессора. Провод клавиши пуска подключают к управляющему блоку.

Особенности использования

При работе с резаком из трансформатора от сварочного полуавтомата тщательно соблюдают правила безопасности, что объясняется воздействием следующих вредных факторов:

1. Брызг расплава. Под влиянием плазмы металл нагревается до экстремальной температуры. Воздушный поток выдувает его из линии разреза. Попадание брызг на некоторые материалы приводит к их возгоранию. Контакт расплава с кожей человека приводит к глубоким ожогам. Поэтому плазменную струю направляют в противоположную от сварщика и легковоспламеняющихся материалов сторону.
2. Запыленности и загрязненности воздуха вредными газами. Металл при плазменной резке начинает гореть. Дым опасен для органов дыхания человека. Поэтому над рабочим столом устанавливают вытяжку. Мастер надевает респиратор.
3. Яркого света. Плазмотрон является мощным генератором ультрафиолетового излучения, вызывающего ожог сетчатки глаза. Поэтому резчик надевает защитную маску, оборудует рабочую зону передвижным щитом.
4. Температуры. Края полученных заготовок длительное время сохраняют тепло. Прикасаться к ним можно только в рукавицах после остывания деталей.

Виды аппаратов для плазменной резки металла

Отличительные технические характеристики аппаратов для плазменной резки и сварки металла, позволяют их разделить на виды.

На сегодняшний день потребительским спросом пользуются инверторные аппараты и трансформаторные источники резки.

При этом цена каждой конкретной модели зависит от мощности и продолжительности работы оборудования.

Видео:

Инверторные устройства характеризуются легким весом, компактными размерами и небольшим потреблением энергии.

Минусом использования данного типа аппаратов плазменной резки и сварки является их сверхчувствительность к сбою напряжения, из-за чего цена на подобные отечественные аппараты сравнительно невысокая.

Особенно эта проблема касается фирменных моделей, которые не приспособлены к эксплуатации в условиях наших электросетей.

При этом если из строя выйдет система защиты аппарата, без сервисного обслуживания уже не обойтись.

Кроме того инверторные устройства имеют ограничение по рабочей мощности, которое не превышает 70 А, и небольшой срок включения при большом токе.

Такие аппараты при падающем напряжении теряют рабочую мощность, но не выходят из строя. За счет чего и цена на данный тип плазморезов намного выше.

Трансформаторные устройства имеют высокий показатель продолжительности включения, при этом ПВ может доходить до 100% (при стандартной норме для ручной резки в 70 процентов).

Аппараты применяются для автоматической резки металла с применением ЧПУ.

При этом время беспрерывной эксплуатации плазмотрона намного превышает время функционирования устройства ручной резки.

Минусом трансформаторных установок являются тяжелый вес, большое энергопотребление и габариты.

Трансформаторные аппараты плазменной резки имеют между собой отличия, которые заключаются в разных технологиях охлаждения плазмотрона.

Видео:

Как правило, стационарные установки работают при водяном охлаждении, переносные аппараты – за счет воздушного охлаждения.

Устройства воздушно-плазменной резки имеют компактные размеры и небольшой вес, благодаря чему их можно беспроблемно транспортировать.

Приемлемая цена позволяет приобрести подобные модели для бытовых условий.

Функционирование аппарата воздушно плазменной резки сводится к использованию сжатого воздуха, он необходим для образования плазмы, и охлаждения.

Максимальная толщина металла, с которой воздушно плазменный аппарат может справиться, равняется 50-55 мм.

Как показывает видео, аппарат плазменной резки со встроенным компрессором можно эксплуатировать на любом участке, так как устройство не зависит от пневматической сети.

Оборудование для плазменной резки металла с водяным охлаждением представляет собой мощную установку, способную разрезать твердый материал толщиной от 80 до 100 мм.

Устройства могут эксплуатироваться в составе с комплектом ЧПУ. Более подробно об особенностях их эксплуатации далее в статье и в видео сюжете.

Плазменная резка и ее преимущества

Плазменная резка – процесс резки электропроводящих материалов с использованием плазменной электрической дуги при температуре до +30 000 °C.

Первое преимущество использования плазменного резака – нет необходимости подготавливать устройство к началу работы, например, нагревать горелку или материал, который необходимо разрезать. Плазменный резак сразу готов к использованию и обеспечивает высокую эффективность, достигая очень высоких скоростей обработки материала. Например, производительность плазменного резака с ЧПУ в сравнении с кислородно-газовым методом выше почти в семь раз, что кардинально влияет на эффективность работы.

Резак может использоваться для резки различных материалов и особенно металлов различной толщины. Стандартный диапазон толщины составляет от 0,5 мм до 160 мм. Плазменный резак характеризуется, прежде всего, высокой точностью резки и способностью обработки материала вертикально и под углом. Резак минимально влияет на структуру разрезаемого материала, что обусловлено чрезвычайно узкой зоной резания и низким нагревом. Устройство очень быстро пробивает материал, гарантируя небольшой разрыв и минимальную потерю материала, а края и поверхность остаются гладкими и без лишних дефектов.

Технологические моменты плазменной резки

Понять, как работает плазморез, позволяет последовательное изучение этапов плазменной резки металлов:

• нажимается кнопка розжига, приводящая к началу подачи тока от трансформатора или инвертора к плазмотрону;
• внутри плазмотрона появляется дежурная электродуга с температурой 70000С;
• происходит зажигание дуги между наконечником сопла и электродом;
• происходит поступление сжатого воздуха в камеру, который проходит через дугу, нагреваясь и ионизируясь;
• в сопле происходит обжатие поступающего воздуха, вырывающегося из него единым потоком со скоростью 3 м/с;
• обжатый воздух, вырывающийся из сопла, разогревается до 300000С, превращаясь в плазму;
• при соприкосновении плазмы с изделием дежурная дуга гаснет, зажигается режущая (рабочая);
• рабочая дуга плавит металл в месте воздействия, результатом становится рез;
• части расплавленного металла сдуваются с изделия воздушными потоками, вырывающимися из сопла.

Любая технология плазменной резки металла зависит от скорости реза и расхода воздуха. Высокая скорость способствует появлению более тонкого реза. При низкой скорости и высокой силе тока ширина реза становится больше.

При усиленном расходе воздуха происходит увеличение скорости резки. Чем больше диаметр сопла, тем меньше скорость и шире рез.

Принципиальная схема устройства

На типовом чертеже самодельного плазмореза отображают следующие элементы:

1. Электрод. На этот компонент поступает напряжение от блока питания, благодаря чему осуществляется ионизация газовой среды. Для производства стержня используют тугоплавкие металлы – титан, гафний, цирконий.
2. Сопло. Узел пропускает воздух, создает направленную струю из ионизированного газа.
3. Охладитель. Отводит тепло от сопла, препятствуя перегреву плазмотрона.

Собираемый по типовой схеме аппарат имеет следующий принцип работы:

1. Нажатием на клавишу «Пуск» включается реле. Оно обеспечивает подачу электричества к управляющему блоку.
2. Второе реле направляет ток на инвертор. После этого включается система продувки горелки. Мощный воздушный поток попадает в камеру, прочищая ее.
3. Срабатывает осциллятор, который ионизирует рабочий газ, циркулирующий между анодом и катодом. На этой стадии появляется первичная дуга.
4. При поднесении горелки к металлу возникает разряд. Формируется режущая дуга.
5. С помощью геркона отключается подача тока для розжига. При пропаже режущей дуги она возобновляется.
6. После окончания резки реле включает компрессор. Нагнетаемый им воздух охлаждает сопло, удаляет продукты горения металла.

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 о шлангах тут).

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 об устройстве резака здесь.

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.

Эксплуатационные преимущества аппарата

Станок плазменной резки металла с ЧПУ владеет некоторыми преимуществами:

• рабочие операции по раскрою металлических листов сложной конфигурации выполняются с уникальной точностью;
• плазморез отличается низким потреблением электроэнергии, не нуждается в дополнительных устройствах и финансовых затратах. Производственные издержки снижаются, а рентабельность возрастает;

• аппарат имеет высокую производительность плазменной резки ЧПУ. Ни одно устройство, занимающееся раскроем металлов (кроме лазера) неспособно достичь аналогичной скорости, какая есть у плазмореза. Этим обусловлено его промышленное применение для выпуска массовой продукции;
• аппарат удобен в эксплуатации и прост в обслуживании;
• устройство способно разрезать плазмой листы всех металлов, низколегированных и углеродистых сталей, чугуна толщиной от 0,5 до 150 мм, обеспечивая чистоту среза. Дополнительная обработка торцов раскроенных заготовок не нужна;
• плазморезы, работающие без выделения газа и открытого огня, – безопасны;
• есть функция автоматического определения толщины листа металла.

Недостатков у данного оборудования практически нет. Но их не используют для раскроя листов высоколегированной стали с толщиной, превышающей 10 см, а также титана.

При грамотном регулярном обслуживании, можно гарантировать плазморезу большой срок службы. О специфике, периодичности его выполнения можно узнать из видео материалов.

Схема работы плазмореза

Итак, когда вы нажимаете на кнопку розжига, источник электрической энергии автоматически включается, и в резак попадает высокочастотный ток. Из-за этого появляется дежурная дуга между электродом и наконечником сопла. Температура дуги составляет от +6 000 до +8 000 градусов

Следует обратить внимание на то, что дуга между разрезаемым металлом и электродом появляется не сразу, на это требуется время

После этого в камеру резака начинает поступать воздух, находившийся в компрессоре (сжатый). Воздух начинает нагреваться при прохождении через камеру, в которой расположена дежурная дуга, и его становится больше в 100 раз. Помимо этого он начинает ионизироваться, по сути, превращаясь в токопроводящую среду, хотя воздух сам по себе является диэлектриком.

Сопло, которое сужено до 0,3 см создает плазменный поток, который вылетает из резака с большой скоростью (от 2 до 3 метров в секунду). Температура воздуха, который стал ионизированным, достигает до +30 000 градусов. С такой температурой воздух по проводимости становится таким же, как и проводимость металла. Как только плазма попадает на обрабатываемую поверхность, дежурная дуга выключается, но вместо нее включается рабочая. Плавление металлической заготовки производится в месте среза, откуда жидкий металл сдувается воздухом, который попадает в зону среза. Это и есть схема резки.

Сравнение: сварка аргоном или плазмой

Сварка аргоном – Gas Tungsten Arc Welding (на русский переводится немного длиннее: дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа) и плазменная сварка часто путаются между собой неспециалистами из-за внешней схожести оборудования и даже части расходных материалов. Между тем, это совсем разные процессы.

Аппарат для плазменной сварки

Отличие аргонной сварки от плазменной сварки

Аргонная сварка производится в атмосфере аргона при обычном давлении, плотность энергии в дуге не превышает таковую для простой сварки. Просто сварочная ванна защищается от действия кислорода, а вольфрамовый электрод практически не расходуется.

Плазменная сварка выполняется плазмотроном – генератором плазменной дуги в атмосфере повышенного давления. При этом достигается очень высокая температура в узком столбе плазмы. В отличие от дуги атмосферного давления, факел у плазменной дуги почти цилиндрической формы, давление на металл в 5-8 раз больше.

Аргон или плазма: что лучше

Каждый вид процесса хорош для своих целей. Аргоновая сварка имеет очень широкую область применения: можно варить практически все, что вообще способно образовывать сплавы с приемлемыми механическими свойствами. Очень широко используется аргоновая сварка в аэрокосмической промышленности, особенно в ракетной технике, где к тонким металлическим деталям и швам предъявлены очень высокие прочностные требования.

Плазменная сварка также имеет свои преимущества. Хотя наиболее широко плазмотроны используются для резки металла (т.к. очень быстро и ровно режут), для сварочных работ они тоже применяются. Например, там, где требуется минимальное коробление металла, выгодно уменьшать зону термического воздействия. Для этого как раз и хороша плазменная сварка.

Плазменная сварка, без всяких сомнений, представляет большой интерес как мощный источник нагрева с малой областью воздействия. Тот факт, что запатентована она была еще в начале 60-х прошлого века, а в открытых источниках о ней до сих пор можно найти не так уж много информации, говорит о том, что эта технология попала в гражданскую промышленность от военных, которые тщательно скрывают все и всегда, просто по природе своего ведомства. А действительно ценные вещи они берегут пуще глаз до последнего. Таким образом, и для гражданских инженеров в промышленности, и для домашних умельцев тут открывается большое поле для самостоятельных исследований.

Замолвим слово и о труборезах

Очень популярны и труборезные станки, которые можно отнести к группе портальных.  Например, для резки труб применяют Автом-3 с плазменным резаком. Его скорость в несколько раз превышает аналогичный показатель газового резака. Наиболее востребованы станки плазменной резки, рассчитанные на раскрой стальных труб, с толщиной стенок 38-40 мм. Они способны резать трубу достаточно быстро, и ее отрезки будут с ровными краями.

Если нужно разрезать трубы диаметром от 100 до 315 мм из нержавейки или малоуглеродных сортов стали (при толщине до 2 мм), которые будут применяться в монтаже систем промвентиляции, наиболее эффективен труборез ТВ-30. Он способен работать в режиме ручного управления или автоматического, имея систему ЧПУ. Плазменным оборудованием этого типа можно пользоваться от сети с напряжением 380 В, с давлением подаваемого сжатого воздуха выше 0.6 МПа.

Достижения высокой точности послужит труборез с ЧПУ Vanad Miron. Технологические операции по резке труб выполняются автоматически, обязательно наличие температуры +5 – + 40˚С и вытяжной вентиляции.

Труборезный станок способен выполнять некоторые подготовительные действия при подготовке поверхности: зачищать сварочные швы, снимать фаску и разделывать кромки. У него есть возможность резать, помимо круглых, трубы квадратного или прямоугольного сечения.

Труборезную установку переносного типа использую при выполнении работы в труднодоступном месте в случае малосерийных заказов. Например, у плазменных станков Титан ПИПР 15-5 есть однофазный инвертор, выполняющий воздушно-плазменную резку, здесь применяется контактный способ дугового зажигания.

Топ-5 лучших плазморезов

Cebora Power Plasma 3035/M CNC ЧПУ 279-01

Профессиональный плазморез — надёжный, дорогой и производительный. Цены на этот агрегат начинаются от 141 000 рублей, однако он стоит каждой копейки от этой суммы. Аппарат оснащён высокочастотной системой поджига дуги и обеспечивает высокое качество реза в любых условиях и в течение любого времени. Максимальная потребляемая мощность составляет 2400 ватт, максимальный ток — 30 ампер, что позволяет обеспечить толщину реза до 15 мм. Для работы плазморезу нужен компрессор с производительностью до 60 литров в минуту и давлением в 3,5 бар.

Цена: ₽ 141 474

Cebora Power Plasma 3035/M

Fubag PLASMA 40

Ручной инвертор для плазменной резки полупрофессионального класса с полуавтоматическим управлением. Для поджига дуги используется высокая частота. Продолжительность включения при максимальном токе достигает 60%. Максимальный сварочный ток при непрерывной работе — 30 ампер. Режущий ток может настраиваться в пределах 20-40 ампер, что позволяет резать металл толщиной до 15 мм. Для работы плазморезу нужен компрессор, способный обеспечить подачу воздуха не менее 100 литров в минуту при давлении от 3,5 до 6 бар. Цена устройства — около 39 000 рублей.

Цена: ₽ 39 170

Fubag PLASMA 40

РЕСАНТА ИПР-40

Профессиональный ручной инвертор для плазменной резки. Выпускается под известным и заслуживающим доверия отечественным брендом. Оснащён высокочастотным поджигом дуги. Обеспечивает продолжительность включения при максимальном токе до 35%. Режущий ток может настраиваться в диапазоне от 15 до 40 ампер, что позволяет резать с помощью этого плазмотрона металл толщиной до 12 мм. Система воздушного охлаждения отличается простотой и надёжностью. Очень достойный и надёжный аппарат, отдать за который придётся относительно немного — менее 31 000 рублей.

Цена: ₽ 30 780

РЕСАНТА ИПР-40

Сварог REAL CUT 45 (L207)

Инвертор для плазменной резки полупрофессионального класса от российского бренда. Инструмент ручного типа, с воздушным охлаждением. Оснащён высокочастотной системой поджига дуги. Продолжительность включения при максимальном токе в 30 ампер составляет 60 %. Способен резать металл толщиной до 12 мм. Требует компрессора с расходом воздуха не менее 100 литров в минуту и давлением в пределах 4 бар. Корпус металлический, устойчивый к повреждениям. Отдать за такой производительный аппарат 23 500 рублей совершенно не жалко.

Цена: ₽ 23 590

Сварог REAL CUT 45

DGM CUT-40

Недорогой плазморез с высоковольтным контактным поджигом. Способен выдавать силу тока от 15 до 40 ампер, что позволяет ему резать черные металлы толщиной до 15 мм и цветные — до 9 мм. Работает с компрессором производительностью не ниже 150 литров в минуту и рабочим давлением в пределах 4,5-6 бар. Оснащён эргономичной рукоятью и складной ручкой для переноски. Продолжительность включения при 20 градусах составляет 60%. При цене в районе 16 500 рублей — один из наиболее доступных бытовых аппаратов для плазменной резки металлов.

Цена: ₽ 16 470

плазморез DGM CUT