Sursa de căldură pentru sudarea cu arc este un arc electric și este un proces important și mai versatil. În acest proces, intensitatea ridicată a căldurii este generată de arcul dintre electrozi care poate topi orice material cunoscut. Este util să înțelegeți elementele fundamentale ale arcului electric pentru a obține cunoștințe adecvate despre sudarea cu arc.

Un arc de sudare convertește energia electrică în energie termică prin conductorul electric gazos. Conductorul electric gazos este cunoscut sub numele de plasmă. Arcul electric se dezvoltă de obicei între doi electrozi, anume anod și catod. Datorită formei electrozilor, indiferent de polaritate, arcul de sudare pare să fie întotdeauna în formă de clopot.
Când curentul trece prin electrod, datorită efectului Joule, electrodul este încălzit și electronii sunt emiși de pe suprafața fierbinte a electrodului prin efectul de emisie termoionică. Electronii emiși prin emisia termoionică se accelerează datorită diferenței de potențial dintre electrozi și ionizează gazele prezente între electrozi. Electronii și ionii se deplasează spre partea atractivă respectivă atunci când curentul trece prin gazul ionizat. Descărcarea arcului rezultată se datorează efectului combinat al curentului mai mare și al tensiunii scăzute. În timpul acestei descărcări de arc, datorită fluxului de curent, procesul de ionizare este auto-întreținut datorită producției continue de plasmă, iar între electrozi se formează un arc stabil.

În general, arcul de sudare poate fi împărțit în cinci părți, și anume, punctul catodic, zona de scădere la catod, coloana arcului, zona de scădere la anod și punctul anodic, așa cum este descris în Fig. 2. O scădere bruscă de tensiune este observată la zonele de scădere catodică și anodică, în timp ce scăderea de tensiune este treptată la coloana arcului.

Punct catodic

O regiune în care electronii sunt emiși de la suprafață se numește punct catodic. Din punct, electronii se deplasează radial și axial către anod.

Există trei tipuri diferite de puncte catodice, și anume:

(i) Punct catodic mobil
(ii) Punct catodic termoionic
(iii) Modul normal

(i) Spot catodic mobil

În materiale precum aluminiul, magneziul și cuprul, se observă un punct catodic mobil. Prezența stratului de oxid aderent întârzie formarea punctului catodic stabil, iar emisia are loc prin stratul de oxid oriunde acesta este slab. Unul sau mai multe puncte catodice care apar la suprafața catodului, ce se deplasează cu viteză mare, vor lăsa de obicei în spate o urmă vizibilă. Pelicula de oxid de pe suprafața metalului se slăbește astfel prin mișcarea spotului catodic mobil.

(ii) Emisia termoionică

Emisia termoionică are loc la vârful catodului atunci când curentul trece prin electrod. Creșterea temperaturii electrodului crește emisia de electroni de la punctul catodic.

(iii) Modul normal

În modul normal, punctul catodic nu formează niciun punct bine definit. Într-un electrod din oțel acoperit cu conținut scăzut de carbon, punctul catodic pare să învelească întreg vârful topit al electrodului.

Zona de scădere la catod

Este regiunea gazoasă adiacentă catodului în care are loc o scădere bruscă a tensiunii. Este de obicei cauzată de un exces de ioni pozitivi la catod creat de o sarcină spațială pozitivă, care protejează catodul. Însă, în unele forme de curent electric neauto-susținut într-un gaz în care există o emisie intensă de electroni din catod, o scădere la catod este dezvoltată de sarcina spațială negativă (un exces de electroni); o astfel de scădere la catod limitează emisia și inhibă creșterea ulterioară a sarcinii spațiale. Principalele procese care fac posibilă curgerea curentului electric într-un gaz operează în zona de scădere la catod și în imediata apropiere a acesteia.

Coloana arcului

Este porțiunea vizibilă strălucitoare a arcului și are o temperatură ridicată și un gradient de potențial scăzut. Temperatura coloanei arcului depinde de gazele prezente în ea și de cantitatea de curent de sudare care curge în circuit. Temperatura coloanei de arc, care variază de la 6.000^oC la mai mult de 20.000^oC, depinde de gazele prezente în coloana arcului. La o temperatură atât de ridicată, aproape toate gazele prezente în coloana arcului se sparg în formă atomică și apoi se sparg în electroni și ioni. Secțiunea transversală a coloanei arcului este circulară și conține două zone concentrice. Zona interioară se numește plasmă care transportă cea mai mare parte a curentului și are cea mai mare temperatură, în timp ce zona exterioară este relativ mai rece.

Zona de scădere la anod

Scăderea la anod este conexiunea electrică dintre coloana arcului și polul pozitiv (anod), iar o mică scădere de temperatură are loc de la coloana arcului la anod datorită mai puținilor ioni în această regiune. Dacă piesa de prelucrat acționează ca anod, densitatea medie de curent este destul de scăzută; scăderea de tensiune este între 1 și 3 volți. Adâncimea zonei de scădere este de ordinul 10^-2–10^-1 mm. Când electrodul tijă acționează ca un anod, punctul anodic ocupă emisfera inferioară a picăturii topite la vârful electrodului (Messler 2004; Welding brazing and soldering 1998).