随着工业技术发展,增材制造技术以其独特的制造工艺在航天、航海、生物医疗等行业占有了自己的一席之地,利用金属增材技术已经能制造性能良好的不锈钢叶轮零件。电弧增材制造以其高沉积速率、强适应性、低成本特点在大型复杂难加工易变形构件领域得到广泛关注。而TIG电弧增材制造以其良好的稳定性、无飞溅,可以实现高品质成形制等优点,目前在航空、航海、能源等领域的复杂结构大尺寸、小批量制造中广泛使用。本文针对TIG增材的电弧物理特性及组织演变规律进行研究,搭建TIG电弧增材制造系统,从TIG焊增材成形工艺、电弧物理特性和组织演变三个方面进行讨论。本文主要研究内容如下:合适的电弧增材工艺参数是获得性能良好的构件的前提。增材电流和熔滴过渡形式是影响电弧稳定性及构件成形形貌的重要参数,本文分别以三种不同的电流大小进行增材工艺试验,并对三组电流下增材成形形貌、电弧过渡形式以及电弧形貌进行对比最终确定焊接电流200A,焊接速度250-260mm/min,送丝速度200cm/min,层间冷去时间60s左右,过渡形式为搭桥过渡条件下为最优参数。在TIG电弧增材的过程中,随着增材层数的增加,增材电弧的性能也发生变化。通过TIG电弧增材的光学采集试验系统获得增材电弧的谱线分布及电弧的特征谱强度分布,并通过分析增材电弧的几何形貌,获得增材电弧的直观变化趋势。进一步利用相对强度法计算增材电弧中心位置温度,分析增材过程中电弧温度的变化趋势,得到了增材电弧中心位置温度在前5层整体呈上升趋势,5层后电弧中心温度小幅度降低后,再稳定在一定范围的变化趋势。根据电弧热源的热流分布特点,分析增材电弧中热源的变化规律,得到了增材热源随着沉积层数增加,电弧中心温度升高并向两边呈高斯分布辐射,在五层后,温度分布趋势稳定在一定范围的变化特点。对增材过程中电弧物理性能的分析为增材构件中热量输入的研究奠定基础。增材过程中各沉积层经历了重复的预热,加热及后热的过程,其组织变化由增材过程中电弧的输入热量与工件散热的热过程共同决定。本文分别对热累积非平衡状态和热累积平衡状态下,增材构件沉积过程中顶层的微观组织形貌进行观察,讨论多层沉积层中顶层微观组织形貌变化行为,接着分别对热累积非平衡状态和热累积平衡状态下,增材构件整体的微观组织形貌进行观察,分析不同层增材构件的整体微观组织,得到了不同状态下的微观组织形貌结构和组织演变规律。