本课题以提高高强钢的冲击韧性为目标,借鉴生物贝壳珍珠母层分层交叠结构,主要研究高强钢与奥氏体不锈钢异种材质分层交叠结构机器人电弧增材工艺。本文在高强钢单道单层和多道多层机器人增材的基础上,开展高强钢与奥氏体不锈钢分层交叠结构的增材工艺试验研究,获得了高强钢单道单层、多道多层和异种材料分层交叠的块状样件。高强钢增材研究是异种材料分层交叠结构的基础,高强钢单道单层良好的成形特性是本课题最基本的工艺要求,为此本文首先开展了高强钢单道单层工艺试验研究。本文采用ABB机器人增材制造系统和CMT工艺对高强钢单道沉积成形特性进行研究,制定了增材工艺窗口,并探索了各参数对焊道高度和宽度的影响程度,确定了单道单层宏观成形的最佳工艺参数范围:电弧运动速度范围为3~6mm/s,送丝速度范围为3~4m/min,摆动幅度范围为3.5~5mm。在高强钢单道单层试验的基础上,进行了高强钢多道多层增材工艺研究,研究了层间温度、摆动幅度、送丝速度、电弧运动速度和增材路径对高强钢多道多层结构件的组织和性能影响规律。结果显示,当层间温度为100℃时,结构件的综合力学性能最好;通过增加摆动幅度、减小送丝速度以及提高电弧运动速度等方式,降低了结构件的层高,使得组织中马氏体的比例增多,结构件的抗拉强度得到提高;当采用层间旋转180°的增材路径时,结构件的抗拉性能最好。本文重点研究了高强钢与奥氏体不锈钢分层交叠结构的组织与性能。高强钢组织主要为马氏体和贝氏体,不锈钢组织主要为奥氏体与铁素体。高强钢平均硬度为424.5HV,不锈钢硬度在210HV左右,道与道的交界处硬度明显较高。高强钢的抗拉强度为1230MPa左右,不锈钢的抗拉强度为630MPa左右,当不锈钢占结构总比例10%时,试样的抗拉强度与高强钢很接近,而且试验的断后伸长率得到了较大的提升。高强钢抗冲击韧性为65J/cm~2左右,不锈钢抗冲击韧性为230J/cm~2左右,高强钢与不锈钢分层交叠结构件的抗冲击韧性介于两者之间。