Процес зварювання вугільними електродами характеризується такими особливостями:
— температури плавлення і кипіння вугільних електродів досить високі й настільки близькі (Тпл = 3800°С, Ткип = 4200°С), що практично процес плавлення не вдається спостерігати, видно тільки повільне випаровування;
— зварювання вугільними електродами можна вести тільки на прямій полярності (мінус на електроді). При зворотній полярності спостерігається недостатньо стійке горіння дуги, незадовільне формування шва, проходить навуглецювання наплавленого металу, електрод сильно розігрівається на великій довжині, що призводить до його випаровування;
— коефіцієнт корисної дії дуги при зварюванні вугільним електродом значно нижчий, ніж при зварюванні металевим плавким електродом;
— дуга в процесі зварювання чуттєва до різних зовнішніх впливів, потоків газів, вітру і т. д., а також сильно піддається магнітному дуттю.
Вугільні електроди успішно використовують для зварювання тонких металевих листів, заварювання дефектів лиття, зварювання кольорових металів і наплавлювання твердих сплавів.
На сьогодні використовують наступні способи зварювання вугільним електродом тонколистового металу: без присаджувального матеріалу; з подачею присаджувального матеріалу в дугу; з попереднім укладанням присаджувального матеріалу.
Зварювання без присаджувального матеріалу є найпростішим способом, який широко застосовують. При цьому способі дуга оплавляє кромки зварних деталей. Його застосовують для зварювання листів при з'єднаннях із відбортуванням, кутових з'єднань і внапуск.
Слід зауважити, що продуктивність зварювання при товщині листів 1-3 мм може бути значно вищою продуктивності ручного дугового зварювання покритими металевими електродами. Без присаджувального матеріалу успішно зварюють кутники, швелери та інші профілі, в яких шов утворюється за рахунок розплавленого металу кромок або поличок.
Зварювання стикових з'єднань цим способом дає послаблений шов і тому його можна застосовувати тільки ц тих випадках, коли шов не буде піддаватися значному навантаженню.
Характерні типи зварних з'єднань, які можна виконувати цим способом
Зварювання тонких листів із подачею присаджувального матеріалу в дугу. При цьому зварник у лівій руці тримає присаджувальний пруток, а в правій — тримач із вугільним електродом. Факел дуги направляють на кінець присаджувального матеріалу, запобігаючи пропалу при зварюванні тонких листів. Цей спосіб ефективний при зварюванні кольорових металів і виправленні дефектів лиття.
Зварювання з подачею присаджувального матеріалу в дугу можна виконувати «лівим» і «правим» способами. При «лівому» способі присаджувальний пруток розташовують між електродом та основнимметалом; полум'я дуги направлено на основний метал. При «правому» способі присаджувальний пруток розташовують між наплавленим валиком і вугільним електродом, а полум'я дуги направлено на розплавлений метал.
При «правому» способі нагрівання концентрованіше, чим ири «лівому», що дозволяє зварювати на великих швидкостях. Але при «правому» способі можливі пропали. На практиці частіше застосовують «лівий» спосіб, а «правий» — при зварюванні товстих металевих деталей.
Зварювання з попереднім укладанням прутів або стрічок застосовують при виконанні стикових і кутових швів на металевих листах.
При цьому утворюється посилений шов за рахунок сплавлення кромок зварних листів і присаджувального прутка.
Зварювальний струм підбирають залежно від товщини металу, виду зварного з'єднання, діаметра електрода залежно від товщини зварних листів із таким розрахунком, щоб електрод не розігрівався по всій довжині до світло-чорного кипіння, при якому він швидко випаровується та розтікається.
Приблизний режим зварювання з'єднань низьковуглецевої сталі вугільним електродом
Орієнтовні режими зварних з'єднань із відбортуванням кромок при використанні графітових електродів
Збільшення щільності струму можна допускати при користуванні графітовими електродами, що тонші й зручніші в роботі.
При зварюванні тонких листів вугільним електродом зовнішній вигляд шва кращий, ніж при зварюванні покритим металевим електродом.
Механічні властивості зварних з'єднань практично знаходяться на рівні властивостей основного металу.
Вугільні електроди успішно застосовують для зварювання кольорових металів і для наплавлення твердих сплавів. При цьому використовують дугу дотичної дії, яка збуджується між двома вугільними електродами. Зварювання ведуть на змінному струмі