При сварке на прямой полярности размеры анодного пятна определяют ширину сварного шва. Вместе с тем, при заданных токе и напряжении, на дуге от ширины шва зависит и глубина проплавления изделия, так как она определяется давлением дуги на сварочную ванну. Таким образом, размеры анодного пятна оказывают влияние не только на технологические параметры процесса сварки, но и на прочностные свойства сварного соединения. На размеры анодного пятна оказывает непосредственное влияние диаметр столба дуги, который в свою очередь зависит от состава дугового газа, на который существенное влияние оказывают пары металла с катодного пятна на электроде. Аналогично, при сварке на обратной полярности, когда катодное пятно находится на изделии, процессы в нем также, в конечном счете, оказывают влияние на технологические особенности процесса сварки и прочностные свойства сварного соединения. Следовательно, определение количества металла, испаряющегося на катоде, является важной задачей не только с теоретической, но и с практической точек зрения. Поэтому мы будем рассматривать количество металла, испаряющегося с катода.
Ионы, переносящие ионный ток в катодной области, образуются в ионизационной части этой области. В настоящее время известны различные способы образования ионов из нейтральных атомов, но какие именно превалируют в катодной области не известно. Однако для всех механизмов иони- зации характерно, что даже небольшая разница в потенциалах ионизации (Ui) атомов оказывает значительное влияние на величину вероятности ионизации, причем чем меньше Ui, тем больше вероятность ионизации атома. В катодной области, кроме атомов металла электрода, могут присутствовать и атомы защитного газа, например, при сварке в Аr — атомы Аr, а при сварке в СО2 — атомы С и О, так как при средней температуре дуги 7000К, характерной для сварки в СО2, молекулы СО2 должны полностью разлагаться на атомарный кислород и атомарный углерод. Потенциалы ионизации этих атомов равны UiAr = 15,8 эВ, UiO = 13,6 эВ, UiC = 11,3 эВ и значительно больше потенциала ионизации атомов железа UiFe = 7,9эВ. Это свидетельствует о том, что при нахождении в равных условиях вероятность ионизации атомов железа во много раз больше, чем атомов защитного газа. Следовательно, ионы, образующиеся в ионизационной части катодной области, будут почти полностью образовываться из атомов железа, чему будет способствовать не только более низкий Ui, но и значительно большая концентрация атомов железа в катодной области по сравнению с концентрацией атомов защитного газа.
