当今,航空航天领域的Ti-6Al-4V钛合金零部件呈现出高性能、大型化、整体化和复杂化的发展趋势,越来越多地应用电弧增材制造技术进行生产,如何提高零部件的成形质量是钛合金电弧增材制造技术面临的重大课题。电弧增材制造成形质量涉及表面质量的影响因素、材料组织的演化规律等诸多机理性问题。研究和探索成形质量影响机理并在此基础上提出新的控制材料组织性能的方法,将为改进钛合金电弧增材制造技术、提高Ti-6Al-4V钛合金零部件成形质量提供理论支撑和技术方法。本文针对沉积态钛合金材料组织存在粗大柱状β晶粒影响力学性能的问题,主要从四个方面开展研究:①分析钛合金电弧增材制造成形质量的主要影响因素;②“熔滴振荡动量”及其对表面质量的影响;③“连续生长限制因数”及采用其分析熔池局部凝固组织演化规律;④氟化物对钛合金电弧增材制造成形质量影响机理。具体研究工作如下:针对“Zhang-Chen”理论未考虑熔滴冲击对熔池几何变形影响的问题,本文研究了熔滴动量与熔池几何变形、表面质量的关系,得出“熔滴振荡动量”影响表面质量的分析结论;针对“Rajamaki”理论未考虑晶粒形核与生长之间相互关系的问题,本文研究了溶质浓度连续变化条件下熔池晶粒的形核与生长行为,得出熔池具有“连续凝固”特征的分析结论。以上述两个分析结论为基础,系统分析电弧增材制造成形质量的影响因素及其作用机理。针对寻找能够反映出熔滴振荡生长的变量,来揭示焊接电流、熔滴振荡和表面质量三者之间交互关系的问题,本文研究了熔滴在振荡生长过程中的动量对后续熔池几何变形和表面质量的影响,提出一种采用“熔滴振荡动量”来分析表面质量影响机理的方法。基于“质量—弹簧”理论建立焊接电流与“熔滴振荡动量”的数学模型,结合“熔滴振荡动量”影响表面质量的分析结论,建立焊接电流、熔滴振荡与表面质量三者之间的联系,得出“增加焊接电流可降低熔滴振荡动量,从而提高表面质量”的分析结论。通过模型计算、熔滴过渡实验和沉积成形实验验证上述分析结论,以及本文所提方法的有效性。针对生长限制因数不能够客观反映熔池局部凝固组织演化规律的问题,本文研究了在熔池溶质连续变化、晶粒形核与生长相互依存的条件下,生长限制因数沿着熔池凝固路径的演化规律,提出一种采用“连续生长限制因数”来分析熔池局部凝固组织演化规律的方法。在生长限制因数基础上,结合熔池具有“连续凝固”特征的分析结论,建立“连续生长限制因数”的数学模型。通过实验验证,采用“连续生长限制因数”可分析在给定溶质浓度和焊接速度条件下熔池晶粒尺寸的演化规律,以及溶质浓度和焊接速度对熔池平均晶粒尺寸、熔池熔化边界附近平面生长距离的影响规律。针对沉积态钛合金材料组织存在粗大柱状β晶粒的问题,本文研究了 CaF2/NaF活性剂对Ti-6Al-4V钛合金电弧增材制造成形质量的影响规律,提出一种采用CaF2/NaF控制沉积态钛合金材料组织的新技术方法。该方法主要在沉积层间增加了涂覆氟化物的工序,从而改变常规沉积成形过程中的电弧形态和熔池凝固环境。添加氟化物之后,运用“熔滴振荡动量”分析表面质量降低的机理;运用“连续生长限制因数”分析柱状β晶粒细化的机理;结合沉积态钛合金α相扩散生长的动力学特性,分析板状α相细化、准连续晶界α相形成以及β相体积占比提高的机理;通过分析沉积态钛合金材料结构得出提高沉积态钛合金材料拉伸性能的机理。对两种氟化物在抑制粗大柱状β晶粒的生成、改善沉积态钛合金材料组织性能的效果进行对比分析,进而验证本文所提方法的有效性。