Давно известно, что столб дуги имеет форму усеченного конуса, большее основание которого находится на изделии независимо от полярности. Однако причина расширения столба дуги у поверхности изделия до сих пор не установлена. Поэтому, нам необходимо определить процессы, способствующие расширению столба у поверхности изделия.
Рассмотрим вначале схемы, приведенные на рис. 1, в случае, если «изделием» является не расплавляемая пластина.
Для этого мы рассмотрим все возможные формы столба дуги. Пусть диаметр столба дуги у поверхности пластины меньше, чем у торца электрода (см. рис. 1 а). В этом случае отраженные от поверхности пластины высоконагретые газовые потоки направлены примерно вдоль поверхности пластины. Эти потоки охватывают столб дуги в его нижней части, подогревают газ, окружающий столб дуги, и в первую очередь газ, находящийся у нижней части столба дуги, чему способствует не только близость столба и отраженного потока, но и то, что в этом месте нейтральный газ заключен как бы между столбом и отраженным потоком, образующими между собой острый угол, что способствует еще большему подогреву газа до высокой температуры и, как следствие, расширению столба в нижней части. На рис. 1 а направление расширения столба показано стрелками. Следовательно, когда на нерасплавляемой пластине находится меньшее основание конусообразной дуги, столб будет стремиться к цилиндрической форме. Теперь рассмотрим, является ли цилиндрическая форма дуги в этом случае устойчивой (см. рис. 1б).
Для схемы, показанной на рис. 1б, можно провести такие же рассуждения и прийти к выводу, что и цилиндрическая форма столба дуги тоже неустойчива, так как он стремится принять форму конуса с большим основанием у поверхности пластины. На рис. 1в показан столб дуги в виде усеченного конуса с большим основанием у поверхности пластины. При этом подход защитного газа к нижнему основанию конуса более свободен, чем в предыдущих случаях, что способствует его более интенсивному охлаждению. Кроме того, расстояние между наружной поверхностью столба в его нижней части и отраженным газовым потоком больше, чем в предыдущих случаях, что также уменьшает интенсивность нагрева газа на этом участке. Следовательно, по мере расширения нижней части столба дуги (см. рис. 1а, б, в) уменьшается интенсивность подогрева газа около нижней части столба дуги и улучшаются условия его охлаждения. Это означает, что этот процесс затухает при определенной конусности дуги и направлении отраженного потока.
