激光沉积制造过程中,单道宽度主要受激光熔池宽度制约,稳定的熔池是保证成形精度的前提。本文以沉积过程熔池的尺寸为研究对象,通过熔池宽度的演变行为分析和讨论影响制件最终成形宽度的因素,从而提出控制熔池尺寸的策略。首先研究了单道成形熔池宽度的影响因素。采用开关光控制策略及卡尔曼滤波技术对采集的熔池测量数据进行去噪处理,提高了熔池宽度检测精度并为模型预测精度提供保证。基于正交试验建立了熔池宽度与工艺参数间的经验模型,拟合优度可达94%,最大误差不超过4.5%。经单一变量试验验证,熔池宽度与激光功率呈正相关,与扫描速率呈负相关,实验结果与回归分析结果一致性较好。然后分析了薄壁件沉积过程热量累积对熔池形貌的影响。对薄壁件制造过程温度场进行了模拟,对比分析不同沉积层上熔池形貌、节点温度变化情况、熔池的温度分布,结果表明沉积过程存在着热累积会使熔池面积逐渐变大。为验证模拟的正确性,进行相同工艺条件下的熔池实时监测试验,结果显示热累积对熔池的宽度以及熔池倾斜角度均存在规律一致的影响,都先呈现逐渐增大的趋势,沉积一定层数以后,均逐渐趋于稳定。实验结果和模拟结果吻合较好。最后进行了熔池宽度闭环控制系统设计研究。采用ARMAX模型辨识出扫描速度与熔池宽度间的动态关系模型,为熔池宽度控制系统提供设计依据。建立了基于经典增量式PID控制算法的熔池宽度闭环控制系统,对熔池宽度具有较高的控制精度。