电弧熔积成形是利用熔化极焊接电弧(GMAW)作为热源的金属増材制造技术，其堆积效率高，设备投入小，在制造大中型金属零件时具有明显成本优势，近年来日益受到学术界和工业界的重视。电磁技术作为控制金属凝固过程的常用手段之一，其在电弧熔积成形中抑制应力、变形、气孔、裂纹等缺陷和控制微观组织等方面具有应用潜力。然而，目前关于电磁技术应用于増材制造中的实验和数值研究都处于空白状态。　　本文开启了对电弧熔积成形中电磁技术应用的数值研究，主要建立外加电磁场下电弧熔积成形过程的电磁、热-应力、流体分析的三维数值模型以及三者之间的耦合机制。同时，借助上述模型和耦合机制，通过仿真模拟揭示外加电磁作用对熔积过程中应力应变、熔池流体流动、凝固组织和性能以及熔积层宏观形貌的影响，探索电磁辅助熔积控形控质的内在规律，为増材制造中电磁辅助技术的开发和设计提供理论指导。　　首先，提出了电弧电磁分析的简化模型，利用该模型对外加电磁场作用下的电弧熔积过程电磁场问题进行快速有限元分析，计算获得电磁场、电磁力和电磁热分布。针对无外加磁场、外加恒定纵向和恒定横向磁场等情况下的电弧熔积成形进行电磁场分析，仿真结果与实验结果的吻合证实了所用模型和方法的正确性和适用于所有类型外加电磁场。　　其次，率先进行利用外加电磁热（高频感应加热）减小电弧熔积成形残余应力和变形的实验和数值研究。一方面，建立三维热-应力分析模型计算多层熔积成形的温度场、应力和变形场，并提出利用红外摄像技术校正热模型输入参数以提高计算精度的新方法；另一方面，提出电弧熔积成形过程中外加电磁热的简化模拟方法，实现了外加电磁热的电弧熔积成形的电磁-热-应力耦合分析。针对电弧热和电磁感应热同时作用、相互影响的双热源多层熔积情况，电磁热被当成除电弧热源之外的第二热源，利用典型时刻的磁热耦合计算获得电磁热分布，并将该分布作为移动热源与电弧热一起施加到多层堆积的热分析中。研究中还分析了不同电磁配置方案对最终残余应力的影响，仿真和实验结果表明将感应热施加在电弧前方作为预热时减小应力和变形的效果最佳。　　再者，建立外加电磁作用下电弧熔积成形的三维电磁-流体耦合分析模型，模拟各种外加电磁场下电弧熔积熔池的流体流动和传热过程。流体模型是基于VOF算法和焓-孔隙率方法的三维非稳态模型，考虑了熔池中的电磁力、表面张力、电弧压力以及浮力等作用力，还考虑了熔滴冲击和弧压导致的熔池表面变形。同时，建立有限元电磁分析和有限体积流体仿真的耦合机制，二者之间实现了电磁力、电磁热和熔池表面形状等结果数据的双向传递，流体计算中加载的电磁力和电磁热分布是有限元电磁场分析获得的结果。　　最后，借助建立的电磁-流体耦合分析模型，研究外加恒定纵向、恒定横向、高频横向磁场对电弧熔积熔池的流体流动和传热过程的作用。结果显示，外加纵向磁场驱动了熔池周向旋转流动，增大了流动速度，旋转流熔断或破碎枝晶，具有细化晶粒，减小偏析，消除裂纹气孔等有利作用；而外加特定方向和强度的恒定横向磁场推动高温熔体向熔池后方的输运，提高了熔池接纳熔滴的能力，消除了飞溅现象；外加高频电磁场可以在熔池中产生定向的高频电磁力，方向为磁场强度的负梯度方向，可以用来抑制重力致使的流淌问题，或驱动熔池强迫对流改善组织。此外，开发了随焊导电块辅助的电弧熔积成形技术，仿真结果表明导电块将焊接电流集中于熔池并形成定向电流，从而方便外加磁场对熔池流动的操控。