金属堆焊成型技术是近年来加工制造领域的一次重大突破,很快引起了高度关注。该技术具有成型效率高、生产成本低、成型路径灵活的优点,且由金属材料直接堆焊成型的零件组织致密,综合力学性能较好。但成型过程温度变化剧烈,多次重复加热会影响层间应力及冶金结合强度,使得多道堆焊过程应力分析复杂,变形难以预测。本文建立了以GMAW弧为热源,金属焊丝作为填充材料的单道墙分析模型,得到了堆焊过程温度场、应力变形场数值模拟结果,对成型过程影响因素进行了分析和研究。通过有限元模拟得到了单道10层堆焊过程的温度场和应力变形场。由焊接件整体温度云图观察焊接熔池形貌特征和堆焊过程中的热量累积,分析不同部位热循环曲线,得到焊接过程的温度梯度和变化速率。对焊接过程温度场进行了红外热成像仪实验验证,实际加工时的焊接熔池形貌、热影响区及热循环曲线与模拟时的基本吻合,证明了热源模型和冷却系数的正确校核。通过探究层间应力的演化过程和变形规律,分析了堆焊过程中后层成型时对前层应力的影响,得到了焊后残余变形的主要部位和变形趋势。基于数值模拟结果并结合堆焊实验对成型过程影响因素进行了研究。随堆焊速度减小,熔焊区纵向拉应力越小,横向拉应力越大。焊接速度的减小可降低收弧处的残余应力,因此在收弧处可降低焊接速度。焊接过程中必须设置层间等待时间,否则会因温度累积过高而成型较差,随等待时间的延长焊接变形有减小的趋势,等待时间对应力的影响不大。交错式往返堆积路径不仅大大降低了残余应力,还降低了焊缝区起弧和收弧处的变形,该路径下成型效果较好。焊接变形受约束数量和约束位置的共同影响,合理布局约束可改善焊接成型质量。