近年来,我国对于海洋资源日趋重视,海洋工程结构日渐增多,故而水下结构的修复问题也愈发重要。本文针对水下湿法焊接技术在实际修复工作中存在的电弧稳定性差,组织淬硬,修复结构形式受尺寸限制问题,提出机械约束辅助水下湿法电弧增材修复方法。旨在通过辅助装置对电弧气泡演化行为进行调控,从而提高修复过程电弧稳定性。同时通过多层增材过程改善修复沉积层组织,最终达到提高水下修复质量并扩大修复适用范围的目的。首先对比研究了不同条件下多层增材过程与平板堆焊过程的电弧气泡演化行为,基于此研究在无孔机械约束装置的基础上设计有孔机械约束装置。研究表明,无孔机械约束辅助下两种过程的电弧稳定性相比于无装置条件都要有明显提升,但由于其多层增材过程电弧气泡演化行为比平板堆焊过程更不稳定,因此表现出了更差的电弧稳定性。为解决该问题,基于调控多层增材过程电弧气泡演化行为设计了有孔机械约束装置,在无孔机械约束装置的基础上进一步提升了电弧稳定性。结果表明,相比于无孔机械约束辅助,有孔机械约束辅助下的多层增材过程电压电流变异系数的倒数之和提升了20%,不稳定燃烧过程比例降低了67%,实现了水下湿法电弧增材修复过程更高的电弧稳定性。然后研究了工艺参数对沉积层成形及沉积过程电弧稳定性的影响。研究表明随着焊接电压的增加,沉积层宽度、高度逐渐增大,电弧稳定性先增大后减小,在焊接电压为32V时电弧稳定性最好;随着送丝速度的增加,沉积层的宽度和高度逐渐增大,电弧稳定性先增大后减小,在送丝速度为8.5m/min时电弧稳定性最好;随着焊接速度的增加,沉积层宽度和高度逐渐减小,电弧稳定性先增大后减小,在焊接速度为2.5mm/s时电弧稳定性最好。最后以增材墙体试样代表修复沉积层进行微观组织与力学性能研究。研究表明多层增材过程产生的热影响作用有助于修复沉积层组织塑性的提高:修复沉积层组织以多边形铁素体为主,母材热影响区组织以回火马氏体为主。后续沉积层对前道沉积层的热影响作用类似近处正火、远处回火作用;第二道沉积层对母材热影响区的热影响作用类似低温回火作用,该作用使得该区域最高硬度由309HV降低到了216HV。增材墙体试样纵向抗拉强度为433MPa,达到了母材实际抗拉强度的78.3%;其断后伸长率为10.8%,达到了母材实际伸长率的95.6%。其拉伸断口为典型的韧性断口,断口形貌主要为韧窝。最终进行了模拟修复试验,在水体环境中使用增材修复方法成功地连接了间距20mm的板材,证明该方法具有可行性且能够实现更大尺寸结构的修复。