真空電弧爐熔煉，是在真空條件下，通過低電壓、大電流形成的電弧作為熱源來熔煉金屬或合金，并產生鑄錠的冶金生產過程。產生電弧的電極可以是損耗的，也可以是不損耗的。科研儀器非標不損耗的電極在熔煉過程中電極實際上只是產生熱量，使熔池中的爐料熔化，電極本身并不消耗。這種電極一般采用高耐熱材料，如鎢（鍍釷）、金屬碳化物或石墨等制造，近代采用的水冷電極也是一種不損耗電極。為有助于氣體離子化及減少電極蒸發，一般在惰性氣體保護下，而不在真空下使用。采用非自耗電極的真空電弧爐叫做非自耗電極及電弧爐，簡稱非自耗爐。損耗電極是通常把需要熔化的材料制成棒狀電極，電極在熔煉過程中消耗。采用自耗電極的真空電弧爐叫做自耗電極電弧爐，簡稱自耗爐。目前真空電弧熔煉已經應用相當廣泛，不僅用來生產活潑金屬（鈦）和難熔金屬（如鎢、鉬、釩、鋯等），而且也用來生產大量的鎳基合金。

  真空自耗電極電弧熔煉爐（VAR）的基本過程是，金屬電極在直流電弧高溫作用下，迅速熔化并在水冷結晶器內凝固。當液態金屬以熔滴形式通過近5000K的電弧區并匯聚到結晶器保持和凝固的過程中，發生一些列的物理化學反應，使金屬得到精煉，從而達到成分均勻，金屬凈化、改善結晶結構，提高性能的目的。

  隨著陰極被加熱的溫度的提高，發射出的熱電子在電場作用下使得氣體發生電離。在電弧中，引起氣體電離的方式有如下方式：

  ①.熱電子與氣體分子的碰撞電離；

  ②.高溫氣體在高能作用下相互碰撞產生的熱電離；

  ③.原子吸收光能發生的光電離；

  ④.電場作用下的正負離子運動與氣體分子碰撞產生的連鎖電離過程。

  在整個電離過程中，一方面存在氣體分子不斷離解為正離子和電子的電離過程；另一方又存在正離子捕獲電子而復原成中性分子的復合過程。在一定條件下，這兩個過程將達到動態平衡，保持一定的電離度。

  在電場作用下，氣體發生電離而導電的現象叫做氣體放電。氣體放電有微光放電、輝光放電、弧光放電三種形式，輝光放電和弧光放電都是氣體自激導電的形式。輝光放電的特點是電壓高電流小，僅有少量電子和正離子參與導電過程。由于弧光放電是在低壓大電流的條件下產生電離、中和及電子發射過程，所以電弧能產生很高的溫度而使金屬熔化，并發出耀眼的光。電弧實際上是由陰極發射的熱電子和氣體電離以后離子構成的等離子體組成。電弧分為陰極區、弧柱區和陽極區三部分組成，在真空中電弧的外形猶如一個鐘罩。

  電弧的穩定性對真空電弧熔煉是非常重要的，當爐內氣體壓力和其他工藝參數控制不好時，電弧便不穩定，易產生邊弧和擴散弧，嚴重時會燒穿坩堝，造成嚴重事故。因此在工藝設計和熔煉過程中必須確保電弧的穩定，電弧的穩定除了弧長之外，主要收到爐內壓力和電磁場的影響。

  ①.壓力對電弧的影響

  真空自耗電極電弧爐熔煉時，爐室的壓力要比弧區的壓力低。爐內壓力對電弧的影響，一般弧柱隨著氣體壓力增高，弧柱斷面被壓縮，電流密度增大，弧柱溫度升高。實踐證明，氣相壓力在10⁵～6.7×10³Pa范圍內電弧是穩定的，。當壓力在6.7×10³～67Pa時，科研儀器非標電弧在坩堝內會嚴重漂移，弧芯與四周暈光的界線逐漸消失，陰極斑點面積擴大，電流密度降低，弧柱開始分散，并且電極可能爬上電極側面和坩堝之間，這種現象稱為“爬弧”，爬弧可能造成坩堝燒穿出現事故。當氣壓降低到67Pa以下時，電弧又恢復穩定，此電弧稱為真空電弧，此壓力稱為臨界壓力。一般電弧熔煉的壓力控制在67Pa～1.3Pa之間就是要創造真空電弧熔煉的環境。

  ②.磁場對電弧的影響及穩弧線圈的作用

  在理想情況下,電弧的軸線應該與電極的軸線相重合,但電弧本身是由各種荷電質點組成的等離子體,當電弧受到周圍氣流和磁場的干擾,電弧將發生不同程度的歪扭和偏轉,電弧的這種改變被稱為吹偏,分為氣吹偏和磁吹偏。為了避免磁吹偏，常利用外加磁場來穩定電弧。就是外加一個沿電極軸線方向的縱向磁場，這一磁場是靠繞在電弧爐水冷結晶器外的電磁線圈建立起來的，稱這一線圈為穩弧線圈。穩弧線圈可以糾正電弧中任何帶電粒子由于受到某種干擾而偏離軸線的運動。

  一般電弧熔煉過程，弧區和兩極的溫度有明顯不同。具體的溫度值與電極材料、電流大小、氣相成分等都有關系。對于以鈦做陰極的自耗電弧爐來說，陰極的溫度高達1775℃，科研儀器非標作為陽極的金屬熔池的表面溫度約為1850℃，而弧柱中心的溫度則高達4700℃。