电弧增材制造是以电弧为热源,金属焊丝作为熔敷材料,以熔滴过渡的方式层状堆积成形的技术。在堆积过程中由于工艺参数复杂、熔滴过渡方式难以控制以及层间热积累等问题,电弧增材制造难以达到成形质量要求。如何实现电弧增材堆积的过程监测和成形检测成为当今的研究热点和难点。为此,论文以多层单道熔化极气体保护焊(GMAW)增材制造为研究对象,开展电弧增材堆积的过程监测和成形检测方法的相关研究。首先,论文借助电流传感器、温度传感器以及激光视觉传感器搭建了一套电弧增材堆积的过程监测及成形检测系统。根据三角测量原理,对激光视觉传感系统进行标定试验,建立图像坐标与世界坐标的转换模型。采用锯齿靶标的线性标定方法,三维重构精度达到了0.2 mm。对锯齿靶标的激光条纹图像的处理方法进行分析与研究,根据激光条纹的灰度分布特征,提出一种感兴趣区域(ROI)自适应选取的方法,为了保留图像的边缘细节,采用中值滤波对原始图像降噪处理,并在灰度重心法的基础上提出一种基于极大值的自适应阈值灰度重心法,实现激光条纹中心的准确提取。分别从二维图像和三维点云角度出发,研究多层单道电弧增材表面的三维测量方法。提出基于边界约束的自适应ROI提取方法,获得仅含有堆积层表面特征曲线的ROI区域,然后经坐标转换直接获得堆积层的三维表面特征,经过Delaunay三角剖分对三维离散点拟合,得到堆积层表面的三维实体模型。对含有基板、运动平台和堆积层表面特征的三维点云,采用随机抽样一致性(RANSAC)算法和K最近邻(KNN)算法剔除无关的干扰信息,量化熔敷层表面成形特征信息。改变焊丝到堆积层表面的距离来模拟电弧长度的变化,监测电弧增材过程中电流的稳定状态和熔敷层的温度变化,分析多层单道堆积层表面的成形特征。K型热电偶记录电弧增材堆积过程的温度变化,电流传感器采集电弧电流。利用经验模态分解将采集的电流信号分解为多个本质模态函数,计算不同焊接条件下的经验模态分解能量熵,通过激光视觉传感系统得到堆积层表面的层间分布情况、表面粗糙度以及堆积高度的变化。结果表明,相对稳定的电流状态能够使堆积层表面层间分布均匀,表面粗糙度较低。不稳定的电流状态会导致堆积层高度和表面粗糙度的增加。通过Simufact welding仿真软件建立多层单道电弧增材堆积的仿真模型,进一步探究层间热积累产生的原因和热应力的方向,分析热积累效应对堆积层表面成形的影响。结果表明,多层单道电弧增材堆积过程中会产生特殊的热积累效应,竖直方向上表现为中间层温度高于第一层和最后一层,水平方向上表现为靠近收弧端一侧温度较高。热应力的产生导致堆积层表面越靠近收弧端,其形变量越大。