层流等离子体金属增材制造具有成形速度快、生产成本低、材料利用率高等优点,适合于对精度要求不高的大型部件成形。然而,目前关于层流等离子体金属增材制造的研究还不多,特别是有关工艺对缺陷形成等成形质量的影响还缺乏系统的研究。本文以层流等离子体金属增材制造为研究对象,系统研究了电流、送丝速度、焊丝到熔池距离、氩气流量、搭接率等工艺参数对缺陷形成、表面质量、致密度等成形质量的影响。在此基础上,采用优化的成形工艺制备ER83-G高强钢薄壁凸台件,对样品的成形质量、显微组织及力学性能进行了分析研究,并用ANSYS软件对成形过程的温度场进行了模拟计算。研究结果表明:层流等离子体金属增材制造成形的样品中产生的主要缺陷为未熔合/熔合不良及气孔。未熔合/熔合不良缺陷的形成主要受热输入的影响,当送丝速度较大时,热输入较低,熔融焊丝不能充分填充道间搭接处的凹谷,就会在样品内部产生未熔合。气孔缺陷的最终形成主要受热输入和氩气流量两方面的影响。电流越小,热输入越小,样品内气孔越多;氩气流量的降低会减弱保护作用,导致气孔变多。工艺参数对表面质量和致密度有很大影响。随着电流减小,熔融焊丝不能完全铺展,使得样品表面质量下降,致密度也有所降低。送丝速度较大时,样品表面形成“峰谷”形貌,且致密度也较小。当焊丝到熔池距离较小时,焊丝到成形基体为“熔池模型”过渡,成形表面连续光滑,致密度较高;而当焊丝到熔池距离较大,焊丝到成形基体为“熔滴模型”过渡,表面产生结球,致密度减小。随氩气流量上升,样品表面质量和致密度都先上升后下降。搭接率对表面质量的影响较小,对致密度基本无影响。当工艺参数为电流70A、送丝速度20mm/s、丝池距离1mm、氩气流量5L/min时,成形的不锈钢样品成形质量最好,且致密度较高,致密度达到98%以上。在掌握了层流等离子体金属增材制造工艺参数对缺陷形成、表面质量及致密度影响的基础上,用优化的层流等离子体金属增材制造工艺(电流70A、送丝速度20mm/s、丝池距离1mm、氩气流量10L/min)成形ER83-G高强钢薄壁凸台件样品。样品成形性较好,整体致密度达到96%以上。样品各部分显微组织相同,均为贝氏体。样品顶部和底部由于散热速度快,硬度偏高,达到330-360HV,而中部区域硬度值在300HV左右。样品表现出较高的抗拉强度,横向和纵向抗拉强度分别达到1041MPa和803MPa。用ANSYS软件对层流等离子体金属增材制造成形ER83-G高强钢薄壁凸台件过程温度场进行模拟。根据模拟得到的冷却速度,结合连续冷却c曲线可知显微组织应为贝氏体,模拟结果与显微组织观察结果相一致。