铝/钢连接结构具有质量轻、强度高以及良好的导热导电性能,因此在航天、汽车等工业部门有很多潜在的应用。但是,目前有关铝/钢连接的方法多局限于规则的板材结构,难以实现具有复杂结构的铝/钢实际应用部件的连接。本文则主要基于增材制造的思想,采用电弧增材制造的方式研究了任意形状铝/钢结构的直接制造方法,并对外加磁场和引入夹层体系下的增材结构界面连接行为进行了系统的研究。文中首先进行了电弧增材制造系统的搭建工作。采用冷金属过渡焊接电源和六轴串联机器人手臂作为硬件执行机构,并基于MATLAB软件编写了适用于电弧增材制造的切片算法和轨迹规划方式,同时实现了与机器人汇编语言的转换通讯。通过对指定模型结构的增材制造实际验证,所搭建的电弧增材制造系统可以完好实现模型结构的增材制造功能,制造件表面及外轮廓成形平整、连续。通过对单道焊缝成形特征的研究,获得了铝合金、不锈钢材料电弧增材制造的最佳成形工艺范围。同时,为了进一步提高电弧增材制造的表面成形精度,建立了电弧增材制造中多层多道相邻焊缝的位置关系数学模型。通过对指定工艺参数下单道焊缝外轮廓形貌函数的精确提取,计算得到了相邻焊缝之间的最佳横向偏移量和层间提升高度值,为切片和填充模块提供了准确有效的数据支持。为了表征增材制造部件内部的微观组织和力学性能,分别对铝合金、不锈钢材料进行了墙体试样电弧增材制造。研究发现,成形墙体内部均匀、致密,无气孔、裂纹等缺陷产生,并表现出良好的力学性能,但是在墙体内部不同成形方向上的拉伸试件表现出微小的力学性能差异。采用纯镍和紫铜作为中间过渡层材料实现了铝/钢结构的一体式增材制造,并分别研究了铝合金与镍、铜在冷金属过渡焊接模式下的界面连接结构和力学性能。镍/铝界面连接结构由Ni基体/Ni₃Al-Ni_0.9Al_1.1-Ni₂Al₃-Ni Al₃/Al焊缝构成,接头最大拉剪强度可以达到42MPa;铜/铝侧界面连接结构主要由Cu基体/Cu₉Al₄, Cu₃Al₂, Cu Al₂/Al焊缝构成,接头拉剪性能可以达到98MPa。当采用电弧增材制造钢-夹层-铝墙体结构件时,铝合金与镍、铜的界面连接处是成形试样的薄弱环节,其中采用镍夹层时的抗拉强度为54MPa,采用铜夹层时的抗拉强度为36MPa。为了进一步提高异种金属界面处的连接强度,文中在异种金属焊接过程中引入了外加纵向磁场。研究发现,外加磁场使得电弧做定向旋转运动,并增加了电弧与基板表面的接触面积,同时熔滴过渡行为也由无磁场时的球滴状过渡向扁平状过渡转变。此外,外加纵向磁场还可以明显的改善铝合金在钢、镍、铜表面焊接时的润湿铺展行为,增大界面连接处的有效接触面积。在异种金属连接界面处,施加磁场可以明显起到抑制脆性金属间化合物生长的作用,使得界面连接强度得到了显著的提高。并且随着磁感应强度的增加,接头的连接强度呈现递增的变化趋势。将外加磁场引入到钢-夹层-铝电弧增材结构制造时,试样最大抗拉强度提高至78MPa,与铝钢直接增材制造相比提高了近70%。最后以铝/钢连接为例,采用ANSYS软件建立了纵向磁场作用下焊接过程模拟模型。并从材料热力学和界面反应动力学角度出发,分析了外加磁场对异种金属连接界面处化合物层生长行为的作用机理。结合模拟结果可知,纵向磁场的引入可以改变电弧等离子体的运动状态,并最终影响了电弧形态以及电弧在熔池和基板表面的热量传导行为。施加磁场后,熔池高温区域由中心向四周侧移,使得铝/钢界面前沿的反应温度和高温停留时间发生下降,从而减小了铝液前沿处铁原子的浓度。同时,磁场的引入还改变了熔池内部的流动状态和传热传质行为。熔池内部由无磁场作用时的单一环流,转变为有磁场作用时的双环流流动特征。一方面表面张力驱使的外沿环流会促使熔池向外侧润湿铺展,增大熔池与钢板的有效接触面积和热量传递过程。另一方面双环流的流动方式,加速了熔池界面前沿和熔池内部的传热、传质过程,从而增加了在铝液前沿处铁原子达到过饱和的形成时间,最终抑制了铁铝化合物的结晶生长。