电弧增材制造方法是目前制造零部件快速成形的一种新技术,具有低成本、能量利用率高、研发周期短等优点,其广泛应用于工业生产领域。本文针对电弧增材制造过程存在的热积累严重、电弧起始位置和收弧位置塌陷、成形精度不足等问题,开展了旁路耦合电弧增材制造方法的研究,使电弧增材制造技术更加完善,更广泛地应用于工业生产中。在旁路TIG焊增材制造过程中,结合高速摄影仪和电流电压传感器同步采集的特性,建立了旁路TIG焊增材制造试验平台。观测了送丝速度、旁路电流、焊丝初始位置及送丝角度对增材制造过程熔滴过渡行为的影响。结果表明:熔滴过渡模式可分为自由滴状过渡、接触过渡,以及自由+接触的混合过渡模式。与熔滴的自由过渡模式相比,接触过渡模式的焊缝更均匀、美观。随着送丝速度的增加,熔滴逐渐从自由向接触过渡转变。旁路电流对焊接过程有耦合效应,随着旁路电流的增加,电弧存在先收缩后发散的现象。而且熔滴直径也受到电弧的影响,呈现出先减小后增加的趋势。对旁路电流取样分析,其分布趋势服从高斯分布。焊丝的初始位置对熔滴过渡模式有着直接的影响,在相同的送丝速度条件下焊丝的初始高度越大,熔滴的过渡频率越小。为了达到接触过渡模式,则需要更大的送丝速度才能实现理想的稳定过渡模式。由于钨极与熔池之间会形成导电通道,大送丝角度会使焊丝插入熔池,使熔池的稳定性遭到破坏。与大的送丝角度相比,小角度送丝更有利于熔滴过渡。同时,基于前期的试验过程及结果进行了旁路TIG电弧增材制造焊丝的熔化过程模型的建立,并分析了影响因素在焊丝熔化过程的内在影响,进一步验证了模型的准确性。同时对焊丝熔化过程的数学模型进行优化分析,还验证了所建立模型的稳定性。结果表明:在焊丝熔化模型中,送丝速度阶跃幅度较小,焊丝熔化过程波动性越小。旁路电流从0 A阶跃至4.5 A时,焊丝干伸长将会增加。但是从0 A阶跃到11.7 A时,焊丝的干伸长减小。总之,随着旁路电流的增加,焊丝的干伸长呈现出先增加后减小的变化趋势。送丝角度对焊丝的熔化过程的仿真结果表明,随着送丝角度的增加,焊丝的干伸长逐渐减小,而且下降的幅度呈现增加的趋势。送丝角度在40度到50度之间,旁路电流的仿真结果会产生阶跃行为。在增量式PID的控制下利用旁路电流作为目标设定值,逐渐增加的送丝速度可以使旁路电流趋于目标设定值4.2 A。测试了焊丝的旁路耦合熔化模型在外界干扰过程中的稳定性,通过增量式PID的调节约0.5 s就可以实现相对的稳定过程。最后,建立了旁路TIG焊增材制造自适应送丝控制试验平台。在总结前期熔滴过渡模式的基础试验和仿真结果,分析了熔滴随着送丝速度逐步增加的过渡模式的变化,辨识了熔滴从自由向接触过渡模式转变的旁路电流临界值,同时利用高速摄像仪和电流电压传感器采集熔滴的过渡行为,进一步利用确认的试验参数进行电弧增材制造试验。结果表明:旁路电流可以辨识熔滴的过渡模式,随着送丝速度的增加,熔滴从自由向搭桥过渡模式转变的临界旁路电流值为3.8 A。同时,证实了xPC实时控制系统可以减小或降低旁路电弧增材制造过程形成的塌陷现象。