在航空航天领域,钛合金由于具有良好的比强度、高温性能和耐腐蚀性能而得到了广泛的应用。以航空航天飞行器大型钛合金框架类结构、整体骨架结构为代表的复杂整体钛合金结构是国防装备的关键构件,然而传统的机械加工方法材料利用率低、加工效率低且制造成本高。电弧增材制造技术是实现这些关键构件高性能、低成本、轻量化制造的重要手段之一,在装备制造领域有重大的需求。本文以应用广泛的TC4钛合金为研究材料,以钨极气体保护焊技术为基础,对电弧增材制造薄壁样件的热力场分布、成形特点、显微组织和力学性能进行了系统研究。结果表明,电弧增材制造过程中,沉积材料会经历多次温度瞬升快降且峰值温度逐渐降低的热循环过程,样件大部分区域会经历四次或五次β相变。残余应力基本都呈对称分布,最大残余应力分布区域位于薄壁样件根部。独特的热循环过程使薄壁样件截面表现出三个特征明显的区域,后续层对前层在α+β相区热处理产生的层带结构主要为集束组织。层带区域硬度低于非层带区域(~20 HV),样件整体硬度底部区域和顶部区域略高于中部区域。样件的抗拉强度范围为826 MPa~948 MPa,伸长率范围为10%~15%,水平方向的试样比垂直方向的试样抗拉强度高、伸长率低。沉积路径研究结果表明,往复沉积的薄壁样件相对工艺性良好,其侧面波纹度两端大中间小;往复沉积时,样件两端的温度变化速率呈一层快一层慢的层层交错的趋势,从而使样件整体上残余应力较同向沉积的样件分布均匀;显微组织方面,同向沉积路径的β晶粒斜向上生长,往复沉积路径的晶粒生长方向相对杂乱;力学性能方面,在垂直方向上,往复沉积路径的试样抗拉强度为850 MPa,低于同向沉积路径试样的抗拉强度(900 MPa)。环境氧浓度研究结果表明,在氧浓度1000 ppm以下制备薄壁样件时,其内部氧含量符合ASTM B381-2013标准的要求,且随环境氧浓度的升高,组织会得到一定程度的细化,硬度和抗拉强度逐渐升高,伸长率略有降低;空气环境下沉积的样件硬度增长到500 HV,抗拉强度和伸长率却同时急剧下降,断裂形式以脆性断裂为主。