近年来,铸造铝合金的应用越来越广泛,其中Al-Si系合金中高强高韧性的ZL114A合金凭借良好的铸造性能和力学性能被广泛应用于兵工、航空、交通等现代制造业中。增材制造技术因其高效低成本的制造特点,自概念诞生以来就在全球受到了广泛关注,各领域都将研究增材制造作为热点,焊接工艺与增材制造技术的结合成为新的发展方向,电弧增材制造技术应运而生,并因其热源成本低、易获取的特点迅速成为热门研究内容。本文将电弧增材制造技术与铸造铝合金结合起来,使用GTA电弧增材制备ZL114A零件,通过工艺试验进行参数优化,使用基于ABAQUS软件的有限元数值模拟方法研究增材制造过程中温度场与应力场的动态变化规律,进而预测工艺成形。使用自主设计搭建的增材制造平台进行工艺试验,研究工艺参数对GTA增材制造ZL114A成形的影响,通过正交试验法研究工艺参数对层高、层宽的影响程度,发现对焊缝层高影响程度的工艺参数排序为:送丝速度、焊接电流、行走速度,对焊缝层宽影响程度的工艺参数排序为:行走速度、焊接电流、送丝速度。通过控制变量试验研究工艺参数对层高、层宽的影响规律发现,焊缝层高随着焊接电流、行走速度增大而减小,随送丝速度增大而增大;层宽随焊接电流增大而增大,随行走速度、送丝速度增大而减小。层宽随焊接电流、行走速度、送丝速度变化的曲线中会出现拐点,层高随焊接电流、行走速度变化曲线中会出现拐点,拐点对应数值焊接电流140 A,行走速度100 mm/min,送丝速度100 cm/min即为最优参数。使用ABAQUS有限元软件进行三维数值模型建立和温度场的计算与分析,使用FORTRAN语言定义热源子程序,使用PYTHON语言编辑生死单元。温度场计算结果表明,增材过程中后续焊缝对首道焊缝有热处理作用,但作用效果逐渐减弱且趋于稳定,稳定时后续焊缝可使首道焊缝重新加热到400℃;首道焊缝起弧端和收弧端的热循环曲线差异较大,峰值温度相差近100℃,起弧端的升温速度和降温速度都要快于收弧端。随着增材的进行,每道焊缝的峰值温度都在逐渐上升,并趋于稳定值1200℃;每层之间起弧端与收弧端所经历的热循环都不同,每道焊缝之间相同位置的材料所经历的热循环也有很大差异。随着电流的增大,首道焊缝起弧端和收弧端热循环曲线的峰值温度均有提高,但是二者温度之间的差值基本保持不变为300℃,各道焊缝中间时刻的峰值温度均有提高,但层与层之间峰值温度的差值不随着电流的增大而改变,依旧为为100℃左右,增大电流并不能改善增材组织的不均匀性。在温度场模型基础上建立应力场模型,选择顺序耦合热应力程序,应力场计算结果表明,首道焊缝焊接过程中,熔池前方区域等效应力值最大,随着热源的前进,远离热源的区域等效应力逐渐减低。当增材到第3层时,基板的等效应力逐渐稳定,增材完成冷却至室温时,堆积层与基板接触部位残余应力值最大,此处最容易发生开裂。堆积层上应力呈循环状态,后一层对前一层具有热处理做用,起到了应力释放的作用,随着堆积层数的增加,热输入不断累积,后堆积层对先堆积层的应力释放效果逐渐减弱。增材完成冷却至室温后,基板和堆积层形变最严重位置都位于收弧端附近。