Дугове зварювання вугільним електродом була винайдена російським інженером Миколою Бенардосом ще в 1882 році. По суті, це найстаріший спосіб електрозварювання. На сьогоднішній день вугільні або графітові електроди використовуються значно рідше, ніж металеві, але все ж у них залишається своя сфера застосування.

Властивості і різновиди
Вугільний електрод являє собою твердий стрижень, що складається з вугілля (коксу) і декількох добавок. У ролі сполучного елемента тут застосовується смола. Такими стрижнями можна зварювати всі сорти і різновиди металів - від тугоплавких і важких до легких і пористих. Діаметр вугільного електрода може варіюватися від 1,5 до 25 мм, а довжина - від 25 до 300 мм (найдовші використовуються тоді, коли з'єднуються деталі розташовуються в важкодоступному місці). Також вони можуть мати різну форму:

• круглу;
• напівкруглу;
• прямокутну;
• порожнисту.

У більшості ситуацій для роботи застосовуються круглі і напівкруглі електроди - це кращий варіант для отримання стандартного зварного шва Прямокутні вироби в основному використовуються для закладення дефектів на сталевих поверхнях, а порожнисті характеризуються тим, що здатні створити в місці з'єднання канавку у вигляді букви U.
Варто також знати, що крім звичайних існують обміднення вугільні електроди. На них наносять мідне напилення для збільшення міцності, але при цьому все інші експлуатаційні властивості залишаються приблизно такими ж.

особливості процесу
Електроди, зроблені з вугілля, відрізняться від металевих тим, що відносяться до неплавким. Це означає, що при зварюванні вони грають роль провідника електрики, але не стають частиною зварювальної ванни. В ході роботи вугільні стрижні розігріваються до дуже високої температури. А якщо продовжувати нагрівати, то практично відразу з розплавленого стану вони перейдуть в стан кипіння (до слова, вугілля кипить при температурі 4200 ° C). Через особливості матеріалу використовувати в процесі зварювання можна тільки постійний електричний струм прямої полярності. Відповідно, мінус (катод) тут повинен знаходитися на електроді, а плюс (анод) на металевій поверхні виробу.

При роботі з вугільними електродами зварнику, як правило, потрібні присадні елементи. При цьому зварювати можна двома шляхами:
• зліва направо (в такому випадку присадка виявляється позаду електрода);
• справа наліво (попереду знаходиться присадка).

Цікаво, що при зварюванні зліва направо теплова енергія використовується ефективніше, і це дозволяє збільшити швидкість роботи. Однак на практиці частіше можна зустріти технологію «справа наліво» - вона звичніше.
У деяких ситуаціях можна обійтися і без присадки, наприклад, при відбортовці тонких металевих виробів або при зварюванні кутових стиків. Причому якщо використовувати вугільний електрод без присадок для з'єднання металевих листів, що мають товщину до 3 мм, то продуктивність буде на порядок більше, ніж при зварюванні з іншими електропровідниками.

Застосування в домашніх майстерень
Для роботи з вугільними електродами в домашніх умовах підійде стандартний елекродуговой зварювальний апарат. Так як теплопровідність вугільних стрижнів мала, можна створювати дугу при силі струму всього в 3-5 Ампер. Причому ця електродуги при необхідності витягується в довжину в 30-50 міліметрів. Електрод випаровується повільно і не липне до металу, тому вести вугільну дугу у напрямку майбутнього шва досить легко. Навички, необхідні для виконання простих робіт (таких як зварювання проводів, зварювання тонких металевих пластин і так далі), купуються в даному випадку дуже швидко.

Варити домашнім майстрам слід не на вулиці, а строго в закритих приміщеннях. Вугільна дуга реагує на подиху вітру, газові потоки, магнітні поля та інші впливи.
Щоб не витрачати час на перестановку електрода в тримачі і щоб він не дуже нагрівався під час зварювання, його можна заздалегідь заточити з обох кінців. Коли один кінець перегріється, електротримач повертається на 180 °, і зварювання триває іншим кінцем.
Майстрам, у яких в наявності не дуже багато витратних матеріалів, слід скористатися даними радою.

Вугільні і графітові електроди деякі фахівці використовують, щоб варити мідні шини на трансформаторних підстанціях. А в домашніх кустарних майстерень такими електродами можна, наприклад, зварювати мідні дроти. Хорошим присадним матеріалом в даній ситуації стануть бронзові прутки. Діаметри таких прутків підбираються залежно від товщини зварювальних деталей і розраховуються за спеціальними формулами.
Додатково до всього вугільними електродами можна виконувати не тільки зварювальні роботи, але і операції з різання металевих виробів. 

Робота з алюмінієм
Вугільними електродами з'єднують навіть алюмінієві вироби, які традиційно вважаються складними для зварювання. Алюміній володіє малою щільністю, значною теплопровідністю і стійкістю до корозії. Плавиться цей метал при температурі 660 ° C, до того ж він досить добре поєднується з киснем, через що покривається плівкою окису алюмінію (хімічна формула - Al2O3). Наявність такої плівки, а також легкість освіти тріщин і пор в металі шва - головні труднощі, з якими стикаються при зварюванні алюмінію. Але застосування вугільних електродів дозволяє справлятися з ними.

Зокрема, саме такий спосіб використовують для з'єднання алюмінієвих шин в цехах електролізу. Зварюють шини традиційно встик на підкладці з графіту або алюмінію. З боків шин монтують графітові пластини з вирізами навпаки шва. Дані вирізи дають можливість вивести кінцеву і початкову точку шва за межі робочого перетину.
При зварюванні алюмінієвих поверхонь вугільної дугового зварювання присадним матеріалом служить дріт або пруток з того ж металу. Для того щоб окісна плівка не заважала і не вплинула на результат, на кромки шва додають флюс марки АФ-4А, який представляє собою однорідний дрібнодисперсний порошок білого кольору.