针对目前高氮奥氏体不锈钢CMT电弧增材过程中存在的熔覆过程不稳定、氮损失、氮气孔等问题,本课题基于机器人CMT电弧增材制造技术,研究四元保护气体对高氮钢增材过程影响,优化高氮钢CMT电弧增材保护气成分配比。首先,进行了CMT熔敷金属增材试验,通过高速摄像观察不同保护气下的熔滴过渡情况,发现高氮钢CMT熔滴过渡过程不稳定的主要原因在于熔滴形成过程中发生爆炸飞溅。通过采集与之相对应的电弧形态与电信号参数,分析其变化规律,发现当N2含量处于0%～10%,O2含量处于0%～2%,He含量处于0%～30%时,能够得到比较稳定的熔覆过程。然后,通过对熔敷金属表面成形、气孔率、氮含量、微观组织与成分以及显微硬度的系统研究,分析发现N2的添加有助于平衡熔池内外氮分压,抑制气孔的生成,熔池凝固模式由FA凝固模式改变为A凝固模式;He的添加会有益于内部气孔的上浮,抑制内部气孔形成,但含量过高时会延长熔池存在时间,导致氮含量损失加剧,且会促进铁素体枝晶的进一步长大,形成二次枝晶甚至三次枝晶;O2的添加能够增加液态熔池中氮的过饱和度,减少氮原子相互结合生成氮气的倾向,抑制气孔的生成,而含量过多时则会加剧Mn的烧损,抑制了奥氏体组织的形成,同时条状、粒状铁素体数量增多。最后依据制定的保护气工艺窗口,进行了增材构件的表面成形、内部缺陷以及拉伸性能等方面的研究。分析发现2～5号构件表面成形良好,平面度在1.3mm左右;增材构件道间存在的裂纹与层内存在的夹杂缺陷是由于在增材过程中产生的Mn的氧化物所导致。通过优化保护气成分,能够得到气孔较少、缺陷率较低的增材构件。增材构件的拉伸宏观断口均存在明显的塑性变形,微观断口均存在大量的韧窝以及球形第二相粒子,断裂模式为微孔聚集型断裂,最大抗拉强度达到870MPa,断后延伸率达到30%。最终,优化的最佳保护气配比为73.5%Ar+5%N2+1.5%O2+20%He。