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特种加工技术

短电弧加工技术的研究

摘要

短电弧强电加工技术在对高硬度、高强度、高韧性的难加工材料的高效加工方面具有突出的优良性能。

针对目前短电弧加工机理还不清楚，技术工艺方法还不够先进等现实问题，以短电弧加工技术现有研究成果为基础，进行短电弧加工技术的深入分析和研究是必要。

本论文对短电弧加工机理进行了深入的研究，主要研究的内容：

借鉴气体电弧放电对短电弧加工中的基本规律进行了深入研究分析，在此基础上提出短电弧放电加工的理论问题和对气液混合介质在短电弧加工中所起到的特殊作用进行了较为详细地分析和研究。

关键词：

短电弧加工加工机理放电通道

ABSTRACT

Shortarcmachining（SAM）techniquehasspecialperformanceonmachininghardmachiningmaterialswhichhavegreatrigidity，intensityandtenacity.Atthistime,theworkingmechanismofSAMtechniqueisnotyetclear，andthetechnologicalmethodisnotveryadvanced．Itisnecessarytoresearchabouttechnicalmechanismquestionbasedonformerstudyconclusions．

Inthispaper,athoroughstudyoftheprincipleofSEAMwasmade,themaincontentasfollow:

arcdischargegasfromthetheoryofshort-arcprocessingofthebasiclawoftheprocessingcarriedoutin-depthresearchandanalysis,inthisbasedonshort-arcdischargeprocessingtheoreticalissue.andonthegas-liquidmixtureprocessingintheshortarcofthespecialroleplayedbyamoredetailedanalysisandresearch.

Keywords:

MechanismofShortArcMachiningmachiningprocessingmechanismofchannel

引言

制造业的整体能力和水平将决定各国的经济实力、国防实力、综合国力和在全球经济中的竞争与合作能力，决定着一个国家、特别是发展中国家实现现代化的进程。

随着材料科学的发展和进步，高熔点、高硬度、高强度、高韧性、高脆性等高性能的新材料的诞生;多样化和个性化的产品促使各种复杂结构与特殊工艺要求的零部件大量出现，给机械加工业带来了巨大的挑战。

传统的机械加工实质是利用较硬的工具材料来去除相对较软的工件材料。

当工件材料越来越难加工，而且工件形状越来越复杂时，传统的机械加工已难以或无法满足生产的需要。

由此而产生各种特种加工技术。

电加工技术就是其中一种，它是利用电能转化成的热能去除工件材料，不受材料硬度、强度、韧性等的限制。

根据生产的迫切需求，人们通过多种途径，借助于多种能量方式，寻求新的加工工艺途径，由此各种有别于传统加工方法的特种加工方法应运而生。

现在特种加工已经成为机械加工技术中的不可或缺的一个重要部分。

短电弧加工技术就是为应对挑战而产生出来的加工技术。

短电弧加工技术在使用过程中以它的高效率，低劳动强度，低功耗的特点现已逐渐被制造业接受。

1、放电加工的基本原理

放电加工的原理是基于工具和工件（正、负电极）之间放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。

研究结果表明，电加工蚀除的主要原因是:

放电时电弧通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、气化和气液混合介质的冲蚀而被蚀除掉，形成放电凹坑，达到去除的目的。

而达到以上目的必须要有一定的条件，须解决以下问题：

1、必须有足够的放电强度，以及有很大的电流密度，否则金属只有是发热而不能熔化和气化。

2、放电时间必须极短，必须是间歇性的、脉冲性的瞬时放电，一般每一脉冲延续时间应小于0.001s才能使热量来不及传导扩散到其余部分，从而能局部的蚀除金属，否则，就会像电弧持续放电那样，使整个工件发热，表面“烧糊”，只能用于切割和电焊，无法用于尺寸加工。

3、必须能把放电加工后的金属小屑等电蚀产物从电极间隙中排出去，否则，加工过程无法正常连续进行。

1.1、放电加工的机理

放电时，电极表面的金属材料究竟是怎样被蚀除下来的，这一微观的物理过程即是所谓电加工的机理。

也就是电加工的物理本质。

从大量电火花放电和阳极-机械加工等电加工实验资料来看，每次电腐蚀的微观过程是电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程。

根据电加工放电的电流和电压波形分析及相关放电研究分析把电加工放电过程分为以下四个过程

1.1.1、放电通道建立：

当脉冲电压施加于工具电极与工件之间时，两极之间立即形成一个电场。

电场强度与电压成正比，与距离成反比，即随着极间电压的升高或是极间距离的减小，极间电场强度也将随着增大。

由于工具电极和工件的微观表面是凸凹不平的，当工具电极与工件电极相对旋转中，两极间离得最近的突出点或尖端出的电场强度一般为最大，液体介质中不可避免的含有某种杂质（如金属微粒、碳粒子、胶体粒子等），也有一些自由电子，使介质呈现一定的电导率。

在电场作用下，这些杂质将使极间电场更不均匀。

当阴极表面某处的电场强度增加到100V/μm左右时，就会产生场致电子反射，由阴极表面向阳极逸出负电子。

在电场作用下负电子高速向阳极运动并撞击工作液介质中的分子或中性原子，产生碰撞电离，由形成带负电的粒子（主要是电子）和带正电的粒子（正离子），导致带电粒子雪崩式增多，使介质击穿而形成放电通道。

从雪崩电离开始，到建立放电通道的过程非常迅速，一般小于0.1μs，间隙电阻从绝缘状况迅速降低到几分之一欧姆，间隙电流迅速上升到最大值（几安到几千安）。

电压则由击穿电压迅速下降到放电维持电压，电流则由0上升到某一峰值电流。

放电通道是由带正电（正离子）粒子和带负电粒子（电子）以及中性粒子（原子或分子）组成的等离子体。

带电粒子高速运动相互碰撞，产生大量的热，使通道温度相当高，通道中心温度可高达10000°C以上。

由于放电时电流产生磁场，磁场又反过来对电子流产生向心的磁压缩效应和周围介质惯性动力压缩效应的作用。

通道瞬间扩展受到很大阻力，故放电开始阶段通道截面很小，而通道内有瞬时高温热膨胀形成的初始压力可达数十兆帕。

高压高温的放电通道以及随后的气化（以后发展成气泡）急速扩展，并产生一个强烈的冲击波向四周传播。

在放电过程中，同时还伴随着一系列派生现象，其中有热效应，电磁效应，光效应，声效应及频率范围很宽的电磁波辐射和局部的爆炸冲击波等。

1.1.2、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀：

间介质一旦被电离、击穿、形成放电通道后、电压使通道的电子高速奔向正极，正离子奔向负极。

电能变成动能，动能通过碰撞又转变为热能，于是在通道内，正极和负极表面分别形成瞬时热源，分别达到5000°C以上的温度。

通道高温首先把工作液介质气化，进而热裂分解气化成小气泡和游离碳等，水基工作液热分解为H2O2的气态分子甚至原子等。

正负及表面的高温除使工作液气化、热分解气化外，也是金属材料熔化，直至沸腾气化。

这是气化后的工作液和金属蒸气，瞬时间体积猛增，迅速热膨胀，就像火药、爆竹点燃后那样具有爆炸的特性。

观察短电弧加工过程，可以见到放电间隙间冒出很多小气泡，工作液逐渐变黑，并听到轻微而清脆的爆炸声，这一阶段中各种小气泡最后成为一个大气泡充满在放电间隙中放电通道的周期，并不断向外扩大。

主要靠此热膨胀和局部微爆炸及气液介质的冲蚀作用，使熔化、气化了的电极材料抛出蚀除。

1.1.3、电极材料的抛出：

通道和正负极表面放电点瞬时高温使工作液气化和金属材料熔化、气化、热膨胀产生很高的瞬时压力。

通道中心的压力最高，使气化了的气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的“气泡”。

气泡上下、内外的瞬时压力并不相等，压力高处的熔融金属液体和蒸气就被排挤、抛出而进入工作液中。

由于表面张力和内聚力的作用，使抛出的材料具有最小表面积，冷凝时凝聚成细小的圆球颗粒（直径约0.1~300μm，随脉冲能量而异）。

图4-1a、b、c、d为放电过程中3个阶段放电间隙状态的示意图。

实际上熔化和气化了的金属在抛离电极表面时，向四处飞溅，除绝大部分抛入工作液中收缩成小颗粒外，有一小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上。

这种互相飞溅、镀覆以及吸附的现象，在某些条件下可以用来减少或补偿工具电极在加工过程中的损耗。

半裸在空气中短电弧加工时，可以见到橘红色甚至蓝白色的电弧四溅，他们就是被抛出的金属高温熔滴、小屑。

实际上，金属材料的蚀除、抛出过程远比上述的要复杂。

放电过程中工作液不断气化，正极受电子撞击，负极受正离子撞击，电极材料不断熔化，气泡不断扩大。

当放电结束后，气泡温度不再升高，但由于液体介质惯性作用使气泡继续扩展，致使气泡内压力急剧降低，甚至降到大气压以下，形成局部真空，使在高压下溶解在熔化和过热液态金属材料中的气体析出，以及液态金属本身在低压下在沸腾。

由于压力的骤降，使熔融金属材料及其蒸气从小坑中再次爆沸飞溅而被抛出。

熔融材料抛出后，在电极表面形成单个脉冲的放电痕，其放大示意图如图3-4所示。

熔化区未被抛出的材料冷凝后残留在电极表面，形成熔化凝固层，在四周形成稍凸起的翻边。

熔化凝固层下面是热影响层，再往下才是无变化的金属材料基体。

总之，材料的抛出是热爆炸力、电磁动力、流体动力等综合作用的结果，对这一复杂的抛出机理的认识还在不断深化中。

正极、负极分别受电子、正离子撞击的能量、热量不同；不同电极材料的熔点、气化点不同；脉冲宽度、脉冲电流大小不同，正、负电极上被抛出材料的数量也不会相同，目前还无法定量计算。

1.1.4、极间介质的消电离:

随着极间两放电点距离增大当电弧长度达到临界值时消失，脉冲电流也迅速降为零。

但此后仍应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，这样可以保证按两极相对最近处或电阻率最小处形成下一击穿发电通道。

在加工过程中产生的电蚀产物（如金属微粒、碳粒子、气泡等）如果来不及排除、扩散出去，就会改变间隙介质的成分和降低绝缘强度。

脉冲电弧放电是产生的热量如不及时传出，带电粒子的自由能不以降低，将大大减少复合的几率，使消电离过程不充分，结果将是下一个脉冲放电通道不能顺利地转移到其它部位，而始终集中在某一部位，使该处介质局部过热而破坏消电离过程，脉冲放电将恶性循环的转变为有害的连续稳定电弧放电，同时工作液局部高温分解后可能积炭，在该处聚成焦粒而在两极间搭桥，使加

工无法进行下去，并烧伤电极对。

到目前为止，人们对于电加工微观过程的了解还是很不够的，诸如工作液成分作用、间隙介质的击穿、放电间隙内的状况、正负电极间能量的转换与分配、材料的抛出，以及短电弧加工过程热场、流场、力场的变化，通道结构及其高频振荡等等，都还需要进一步研究。

2、放电加工中的基本规律

2.1影响材料放电腐蚀的主要因素

放电加工过程中，材料被放电腐蚀的规律是十分复杂的综合性问题。

研究影响材料放电腐蚀的原因，对于应用放电加工方法，提高放电加工的生产率，降低工具电极的损耗是极其重要的。

这些只要因素有：

1）、极性效应

在放电加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。

即使是相同材料，例如钢加工钢，正，负电极的电蚀量也是不同。

这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。

如果两电极材料不同，则极性效应更复杂。

在生产中，通常把工件接脉冲电源的正极（工具电极接负极）时，称“正极性”加工；反之，工件接脉冲电源的负极（工具电极接正极）时，称“反极性”加工。

产生极性效应的原因很复杂，对这一问题的笼统解释是：

在放电过程，正、负电极表面分别受到负电子和正离子的轰击和瞬时的热源的作用，在两极表面所分配到的能量不一样，因而熔化、气化抛出的电蚀量也不一样。

这是因为电子的质量和惯性均小，容易获得很高的加速度，在击穿放电的初始阶段就有大量的电子奔向正极，把能量传递给阳极表面，是电极材料迅速熔化和气化；而正离子则由于质量和惯性较大，起动和加速较慢，在击穿放电的初级阶段，大量的正离子来不及到达负极表面，而到达负极表面并传递能量的只有一小部分正离子。

所以在用短脉冲加工时，电子的轰击作用大于离子的轰击作用，正极的蚀除速度，这是工件应接正极。

当采用长脉冲（即放电持续时间较长）加工时，质量和惯性大的正离子的质量大，对负极表面的轰击破坏、发热作用强，同时自由电子挣脱负极获取逸出功，而正离子到达负极后于电子结合释放位能和热能，故负极的蚀除速度将大于正极，这是工件应接负极。

因此，当采用窄脉冲（例如纯铜电极加工钢时，ti<10μs）精加工时，应选用正极性加工；当采用长脉冲（例如纯铜加工钢时，ti>80μs）粗加工时，应采用负极性加工，可以得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。

能量在两极上的分配对两个电极电蚀量的影响是一个极为重要的因素，而电子和正离子对电极表面的轰击则是影响能量分布的主要因素，因此，电子轰击和离子轰击无疑是影响极性效应的重要因素。

但是，近年来的生产实践和研究结果表明，正是电极表面能吸附工作液中分解游离出来带有负电荷的碳微粒，形成熔点和气化点较高的薄层碳黑膜，保护正极，减小电极损耗。

例如当脉冲宽为12μs、脉间为15μs时，往往正极蚀除速度大于负极，应采用正极性加工。

当脉宽不变时，逐步把脉间减少（应配置以抬刀，以防止拉弧），使有利于碳黑膜在正极上的形式，就会使负极蚀除速度大于正极而可以改用负极性加工。

这实际上是极性效应和正极上的形式，就会使负极蚀除速度大于正极而可以改用负极性加工。

这实际上是极性效应和正极吸附碳黑之后对正极的保护作用的综合效果。

由此可见，极性效应是一个较为复杂的问题。

除了脉宽、脉间的影响外，还有脉冲峰值电流、放电电压、工作液以及电极对的材料等都会影响到极性效应。

从提高加工生产率和减少工具损耗的角度来看，极性效应愈显著愈好，故在电弧加工过程中必须充分利用极性效应。

当用交变的脉冲电流加工时，单个脉冲的极性效应便互抵消，增加了工具的损耗。

因此，放电加工一般都采用单向脉冲直流电源，而不能用交流电源。

为了充分地利用极性效应，最大限度的降低工具电极的损耗，以合理选用工具电极的材料，根据电极对材料的物理性能、加工要求选用最佳的电参数，正确的选用极性、使工件的蚀除速度最高，工具损耗尽可能小。

2）、电参数对电蚀量的影响

电参数主要是指电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度ti、脉冲间隔te、脉冲频率f、峰值电流ie、峰值电压u和极性等

研究结果表明，在点加工过程中，无论正极或负极，都存在单个脉冲的蚀除量q与单个脉冲能量Wm在一定范围内成正比关系。

某一段时间内的总蚀除量q约等于这段时间内各单个有效脉冲蚀除量的总和，故正、负极的蚀除量速度与单个脉冲能量、脉冲频率成正比。

用公式表示为

由于电弧放电间隙的电阻的非线性特性，击穿后间隙上的电弧维持电压是一个于电极对材料及工作液的种类有关的数值电弧维持电压与脉冲电压幅值、极间距离以及放电电流大小关系不大，因而正负极的电蚀量正比于平均放电电流的大小和电流脉宽；对于矩形波脉冲电流，实际上正比与放电电流的幅值。

提高电蚀量和生产率的用途在于：

提高脉冲频率；增加单个脉冲能量；或者说增加平均放电电流和脉冲宽度，减小脉间时间，设法提高系数KaKc。

当然，实际生产是要考虑到这些因素之间的相互制约关系和对其他工艺指标的影响，例如脉冲间隔时间过短，将产生连续的电弧放电；随着单个脉冲能量的增加，加工表面出粗造度也随之增大。

3）、工作液对电蚀除量的影响

在放电加工过程中，工作液的作用是：

形成放电击穿放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态；对放电通道产生压缩作用；帮助电蚀产物的抛出和排除；对工具，工件产生冷却作用。

因而，工作液对电蚀量也有较大的影响。

介电性能好密度和粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效应，但粘度大不利于电蚀产物的排出，影响正常放电。

目前，放电加工主要采用油类等作为工作液，粗加工是采用的脉冲能量大，加工间隙也较大，爆炸排屑抛出能力强，往往选用介电性能、粘度较大的全损耗系统用油（即机油），且全损耗系统用油的燃点较高，大能量加工时着火燃烧的可能性小；而在半精、精加工时放电间隙较小，排屑比较困难，故一般选用粘度较小、流动性好、渗透性好的煤油作为工作液。

由于油类工作液有味，容易燃烧，尤其在大能量粗加工施工作液高温分解产生的烟气很大，故寻找一种像水一样的流动性好、不产生碳黑、不燃烧、无色无味、廉价的工作液介质一直是努力的目标。

水的绝缘性能和粘度较低，在同样加工条件下，和煤油相比，水的放电间隙较大，对通道的压缩作用差，蚀除量较少，且易锈蚀机床，但经过采用各种添加剂，可以改善其性能，且研究表明，水基工作液在粗加工时的加工速度可大大高于煤油，但在大面积精加工中取代煤油还有一段距离。

4）、影响电蚀量的一些因素

影响电蚀除量还有其他一些因素。

首先是加工过程的稳定性。

对稳定性影响最大的是放电加工的自动进给和调节系统，以及正确加工参数的选择和调节。

加工过程不稳定将干扰一直破坏正常放电，是有效脉冲利用率降低。

随着加工深度、加工面积的增加，都不利于电蚀产物的排出，影响加工的稳定性；降低加工速度，严重时将造成结碳拉弧，使加工难以进行。

为了改善排屑条件，提高加工速度和防止拉弧，常采用强迫冲油和工具电极定时抬刀等措施。

如果加工面积较小，而采用的加工电流较大，也会使局部电蚀产物浓度过高，放电点不能分散转移，放电后的余热来不及传播扩散而积累起来，造成过热，形成持续电弧，破坏加工的稳定性。

电极材料对加工的稳定性也有影响。

钢电极加工时不易稳定，纯铜、黄铜加工钢是则比较稳定。

脉冲电源的波形及其前后沿陡度影响着输入能量的集中或分散程度，对电蚀量也有很大的影响。

放电加工过程中电极材料瞬时熔化或气化而抛出，如果抛出速度很高，就会冲击另一电极表面而使其蚀除量增大；如果抛出速度较低，则当喷射到另一表面时，会反粘和涂覆在电极表面，减少其蚀除量。

此外，正极上碳黑膜的形成将起“保护”作用，大大降低正电极的蚀除量。

3、电弧放电机理分析

电弧放电形式多种多样如雷击放电产生的电弧，高压击穿放电产生的电弧，及脉冲放电产生的电弧等等。

针对我们目前短电弧电弧放电研究由于条件有限我们借用条件与我们短电弧放电基本相同的气液两相滑动弧放电过程进行分析。

3.1放电过程

（一）电弧放电区域分析

图5.1为高速摄影机拍摄电弧放电过程。

从图中不难看出气液两相滑动弧放电电弧区域比较明显电弧由不同部分组成：

1、击穿（起弧端）区:

即通道建立处，此处特点是明亮的蓝色电弧标志着击穿的产生。

2、准平衡区（电弧开始拉长）:

此处特点是电弧移动速率很快，能看到呈细丝状的短小电弧，整个区域是透明的蓝色。

3、非平衡区（电弧继续拉长）:

电弧继续延伸，强烈的黄光区域，且有强烈的闪动，象火焰一样。

4、淬灭区（电弧达临界长度熄灭）:

电弧延伸到了电极的外延，该区域时长时短，很不稳定。

但相同气流量下，气液两相时该区域的平均长度比气相时长。

从四个区域的电弧的颜色可以看出它是由明亮的蓝色逐渐变为淡黄从热学上分析我们可以直接得到蓝色发光电弧部分温度最高依次降低淡黄色温度最低。

基于短电弧加工机理主要是电弧产生高温融化金属而蚀除金属，所以电能转化为热能有效被利用于蚀除金属部分主要为蓝色发光部分（即准平衡区、平衡区和非平衡区的部分）。

而黄色及淡黄色部分（即非平衡区的部分及淬火区）由于温度较低不足以熔化很厚的金属层只能熔化金属表层很薄一层与金属去除无很大作用，只能起到微量去除及淬火作用在实验中我们也看到被加工表呈墨蓝色表面着足以证明被加工表面有被淬火过的迹象。

但当通水后在非平衡区和淬火区电弧明显变亮者产生原因为流体对电弧通道压缩，弧柱被压缩的程度愈强即弧柱直径愈小，而弧中心温度就愈高。

弧径减小但电流密度不变导致自磁压缩增强，以进一步提高弧柱中的压力和弧中心温度，所以电弧弧光明显变亮。

（二）放电过程分析

从上图电弧部分可以看出电弧放电也存在四个过程包括：

放电通道的建立（即击穿）、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀（准平衡区及平衡区）、电极材料的抛出（非平衡区）、消电离过程（淬火区）。

这也是电加工过程所共有的过程，但也有所区别。

从图示可以看出短电弧放电过程与当前的电火花放电过程有所不同主要在以下方面：

1）、通道的结构。

电火花放电通道认为是单通道，即在一次放电时间内只存在一个放电通道，所以电火花加工表面每一次脉冲放电加工蚀去一个凹坑。

这是由于电火花加工时如果是多通道放电较之短电弧加工电流小得多，单脉冲能量分配到多通道中能量就不足以蚀除工件表面。

短电弧放电通道如图示5.1右图可以看出为多通道放电即在一次放电时间内形成多个放电通道为多通道放电群组，所以短电弧加工表面每次脉冲放电加工蚀除面为多个凹坑。

这也是短电弧加工金属去除率高于电火花加工的主要原因。

2）、消电离过程。

电火花放电过程中的消电离过程是在脉冲放电间隙时放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的介电中性。

以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，这样可以保证按两极相对最近处或电阻率最小处形成下一击穿放电通道。

但短电弧加工放电过程中的消电离过程则是在两旋转电极两放电点随着旋转两放电点距离增大当电弧距离达到临界距离时断弧并恢复介电中性。

这是由于电火花加工中的消电离过程还要防止在两电极上的两放电点在电极和工件的旋转过程中距离增大产生电弧放电这种放电在电火花中为有害的放电过程，会烧伤工具电极和工件表面影响表表面度，短电弧放电本身就是电弧放电所以与电火花加工的消电离过程有所不同。

如果进一步研究电火花消电离过程主要消除的是上图中那一区域的电弧在为以后提高短电弧加工表面精度有极其重要的作用，作者妄加推测电火花防止产生的稳定电弧的应为非平衡区和淬火区的电弧因为这两区域中的的电弧对工具电极和工件都有烧伤作用，但目前短电弧加工还处在粗糙加工阶段，精度Ra≥12μm。

所以该两区域电弧对短电弧加工表面影响还不明显。

2.2电弧过程分析

下面为电弧从产生发展到断弧的全过程高速摄影图

如图所示，在击穿点，即电极的最窄间距处（见图5.2），电弧击穿标志是明亮蓝色电弧。

电弧随着气流开始向下滑移（见图5.3），每根电弧都是由蓝色的“焰心”（核心区）和黄色的“外焰”（扩散区）组成，绝大部分电流从此通道中通过，电离度最大。

因为两个弧根沿电极壁面的移动很少同步，所以电弧形状通常是不对称的。

随着电弧继续向下延伸（见图5.4），通水前后的电弧开始有明显不同，气液两相的电弧“外焰”部分比气相明显，产生原因主要是流体弧压缩作用（见图5.4）两图中通水后的电弧通道比不通水的电弧通道明显小。

由于受气流扰动、电源电压的改变、局部电场的变化等因素的影响，电弧寿命十分不稳定，有长有短。

通过高速摄影的图片可以观察到，电弧运动到电极中下部时经常会出现滞留现象，即弧根