Газы даже при температурах, намного превышающих комнатную, состоят из недиссоциированных молекул, т. е. являются изоляторами. Наличие в газе положительно и отрицательно заряженных ионов и электронов делает его проводником электрического тока.

Возникновение дуги обусловлено ионизацией дугового промежутка, сопровождающейся затратой энергии:

где e — заряд электрона;

U_i — потенциал ионизации.

Ионизация вызвана появлением в газовом промежутке заряженных частиц. Причины их возникновения следующие:

1. термоэлектронная эмиссия катода, возникающая при достаточном его нагревании;
2. фотоэлектронная эмиссия, когда электроны, получив энергию за счет излучения (ультрафиолетового, рентгеновского, гамма-лучей, радиоактивных элементов), покидают поверхность катода. Чем меньше длина волны излучения, тем большее число электронов вылетает из поверхности катода в единицу времени;
3. автоэлектронная эмиссия, при которой энергия, необходимая электронам для выхода из катода в дуговой промежуток, сообщается силовым электрическим полем. Этот вид эмиссии возможен даже при низких температурах катода;
4. ударная эмиссия или эмиссия в результате неупругих ударов быстрых частиц (электронов, ионов, атомов) о нейтральные, имеющиеся в дуговом промежутке. В результате образуются новые заряженные частицы, которые становятся переносчиками электрического тока.

Для отрыва от атома электрона нужно совершить работу, называемую работой ионизации, величина которой будет различной для разных элементов. Работа ионизации Е_i численно равна потенциалу ионизации U_i выраженному в вольтах.

Для стабильного горения сварочной дуги необходимо, чтобы в ее столбе все время находились заряженные частицы, количество которых уменьшается вследствие рекомбинации. При этом чем ниже потенциал ионизации, тем легче создать проводящую газовую среду для поддержания дугового разряда. Ионизирующее действие материалов определяется не только величиной потенциала ионизации, но и упругостью пара данного соединения или простого вещества, так как упругость пара определяет скорость испарения и тем самым концентрацию легкоионизирующихся атомов в атмосфере дуги. Поэтому эффективный потенциал ионизации любой газовой смеси зависит не только от потенциала ионизации, но и от концентрации элементов в дуговом промежутке.

Наличие в дуге даже небольшого количества легкоионизирующихся элементов заметно улучшает стабильность горения дуги за счет снижения эффективного потенциала ионизации газовой смеси.

Если дуга горит в парах, состоящих из паров железа (U_i = 7,8 в) и небольшого количества (5%) паров калия (U_i= 4,3 в), то она будет устойчива, так как эффективный потенциал ионизации будет равен U₀= 5,4 в.

Поэтому введение в состав электродных покрытий элементов с низким потенциалом ионизации способствует быстрому зажиганию и устойчивому горению сварочной дуги вследствие того, что меньшее количество энергии требуется для ионизации газовой смеси.

Об ионизирующем действии материалов электродных покрытий и флюсов можно судить по обрывной длине дуги.