电弧增材制造技术是以焊接电弧为热源,焊丝为原料,基于计算机三维建模技术,以焊丝熔化产生的熔滴为基本单元,层层堆积,直接成形零件的技术,具有沉积效率高、材料利用率高、设备成本低、设计灵活等优势,适用于大型简单金属构件的制造,已经应用于航空航天、汽车制造等领域。然而,现有技术其仍有两个未解决的问题:一个是由于电弧温度过高,热输入过大导致的成形件残余应力和变形较大;另一个是台阶效应和表面粗糙导致的成形精度低。对于熔化极气体保护焊接工艺,采用间接电弧的方式可以有效的减小电弧对焊缝的热输入,但是易产生焊缝不熔合和熔滴过渡不稳定的情况,为了解决电弧增材制造过程中电弧对堆积层热输入过高这一问题,采用陶瓷喷嘴拘束间接电弧的方式,以期望获得低热输入兼稳定的熔滴过渡过程,后续的实验证实了其可行性。针对之前该技术存在工艺重复性差、堆积层飞溅多的问题,而其原因在于缺乏对焊枪工作原理、不同参数下电弧行为及熔滴过渡规律的理解,因此本论文主要研究了该技术的物理过程,并基于此获得了改善的堆积层成形,主要研究内容及结论如下:(1)设计并加工了带有高温玻璃视筒的水冷铜喷嘴,采用高速摄像技术探索了无喷嘴拘束下电弧及熔滴的产生过程,研究了不同电流参数、电压参数及保护气体流量参数下的电弧形态和熔滴过渡规律。高电参数下的电弧及熔滴过渡过程更加稳定,更适合该工艺,并选取了 300 A/18.3 V,保护气5 L/min作为一组合适的参数。(2)通过直观的熔滴过渡图像对比,归纳总结了两种不同的熔滴过渡特征,一种以单个熔滴过渡,对应于参数范围80A/14.9 V—240A/18.3 V,一种以形成液相柱再分裂为单个熔滴的形式过渡,对应于参数范围250 A/18.3V—300A/18.3 V,并从力学的角度定性地解释了这些现象。(3)运用视觉检测的方法,设计了三组对照实验探索在陶瓷喷嘴拘束下电弧及熔滴过渡行为,以凸显陶瓷喷嘴的拘束作用。使用陶瓷喷嘴拘束间接电弧可以产生等离子流,将从喷嘴内喷射出的气流以亮度为区分,较暗的被称为等离子流,亮度较亮的称为主电弧。等离子流可以促使电弧形状的改变并促进熔滴过渡。(4)使用改善后的工艺参数获得了工艺重复性良好且几乎零飞溅的单层单道成形;尝试了多层单道的堆积层成形,排除工艺参数,由于焊枪机械结构不完善,成形不是很好;最后提出了焊枪的几点不足及改进的建议。