传统的单钨极氩弧增材制造过程稳定、控制灵活,是一种应用广泛的电弧增材制造方法,然而,该方法在大电流下,电弧压力过高,易引起驼峰、咬边等缺陷,所以通常采用200 A以下的小熔敷电流,导致熔敷效率低,一般不高于1 kg/h。针对上述问题,本文将具有低电弧压力的复合热源——双钨极氩弧应用到增材制造中,提出了双丝双钨极氩弧增材制造方法,在200～650 A的熔敷电流规范区间内,深入研究了熔敷道的成形特性、熔池的流场与热场、以及熔敷金属的成分调节等,为扩大钨极氩弧增材制造的使用范围、推广双丝双钨极氩弧增材制造方法提供理论支持。首先探索了双丝的送丝角度对双钨极氩弧状态、焊丝熔化以及熔滴过渡的影响,确定了最优送丝角度,使电弧对称性良好,两熔滴先融合、后过渡进熔池。基于此,在不同熔敷电流、送丝速度和行走速度下开展了单道熔敷试验,评价熔敷道的成形特性,得到了成形良好的工艺窗口。结果表明,在650 A的超大熔敷电流、5.0～7.0 mm/s的行走速度下,熔敷道依然成形良好,熔敷效率最高可达5.36 kg/h。在工艺窗口内,为了实现双丝双钨极氩弧增材制造的参数规划,采用二次回归通用旋转组合设计方法,建立了双丝双钨极氩弧增材制造的熔敷道宽度、高度、熔深、稀释率关于熔敷电流和行走速度的回归模型,并且发现了双丝双钨极氩弧增材制造的熔敷道具有宽度大、熔深浅的成形特性。为进一步揭示双丝双钨极氩弧增材制造熔敷道宽度大、熔深浅的机理,通过数值模拟的方法,研究了双丝单/双钨极氩弧增材制造在熔池的三维瞬态流动与传热特性。在计算流体动力学软件Fluent的基础上二次开发,实时标记了金属与气相之间的相界面网格层,为电弧热、电弧力等提供了准确的作用位置。计算结果表明,单钨极氩弧增材制造熔池的流动由电弧压力主导,熔池表面的熔融金属从边缘流向中心,导致熔宽小,熔深大;双钨极氩弧增材制造熔池的流动由表面张力主导,熔池表面的熔融金属从中心流向边缘,导致熔宽大,熔深浅。对于多层多道的熔敷,以改善熔敷层的表面平整度为目的,研究了双丝双钨极氩弧增材制造的熔敷道搭接行为。发现该方法与常规的增材制造方法相比,熔敷道的轮廓线形貌具有多样性,目前常用的曲线模型无法对其准确拟合。为定量描述熔敷道横截面轮廓特征,定义了饱满度,即熔敷道横截面与其外接矩形的面积之比,发现在不同熔敷规范参数下,熔敷道饱满度差异显著,范围为0.576～0.718,因此建立了一种普适性的幂函数曲线模型,准确拟合了熔敷道横截面轮廓线,并基于此优化了熔敷道的搭接间距,使熔敷层表面平整度优于0.40 mm,提高了多层多道熔敷过程的稳定性。在上述双丝双钨极氩弧增材制造成形研究的基础上,针对熔敷金属的成分调节,采用了异质双丝输送的方法,以不同的送丝速度,将低碳钢焊丝H08Mn2Si和低合金高强钢焊丝H06Mn Ni3Cr Mo A同时填入熔池,研究了熔敷金属组织、性能与成分之间的关系。结果表明,随着熔敷金属中高强钢焊丝占比的增加,其组织从铁素体转化为粒状贝氏体+针状铁素体。熔敷金属的抗拉强度、屈服强度以及显微硬度的调节范围分别为565～914 MPa、441～803 MPa以及HV205.7～324.5。为了验证本文所提出的理论与模型,设计了低碳钢-高强钢成分梯度的破碎机锤头模拟件以及滑动轴承模拟件,利用异质双丝双钨极氩弧增材制造方法加工,熔敷效率达到了2.49 kg/h,实现了成形件成分、组织与性能的梯度渐变,其显微硬度空间分布与设定目标的偏差不超过±5%。模拟件成形尺寸的标准偏差为1.00 mm。