等离子电弧增材制造工艺技术以等离子电弧为热源,不锈钢和低碳钢丝材为增添材料,快速成形全致密和性能优异的复杂几何构件,具有成型精度高、生产成本低和制造周期短的优势。本课题基于机器人等离子电弧增材制造技术,采用双填丝工艺,分别以二类“不锈钢+不锈钢”和“低碳钢+低碳钢”同质丝材、“不锈钢+低碳钢”异质丝材为研究对象,对其增材制造成型构件的熔敷速率、外观形态和尺寸、显微组织和成分、力学性能等方面展开深入研究。首先针对ER308L不锈钢为丝材对象时,以堆覆速度为可变参数,试验研究了双填丝等离子弧工艺增材制造不锈钢构件的特性。熔敷速率试验发现双填丝工艺熔敷速率为单填丝工艺的2.06倍。双填丝工艺试样的抗拉强度提高了 53.0MPa,高出10.2%,延伸率提高了 106%。光学显微镜观察发现双填丝工艺试样的等轴晶区存在有大量的等轴铁素体,而单填丝该区域则为非等轴形态的铁素体。晶粒直径的测量结果表明双填丝工艺试样的晶粒尺寸更细,且晶粒尺寸与堆覆速度成负相关。然后再以ER50-6低碳钢丝材为研究对象,进行了单填丝和双填丝等离子工艺试验研究。在相同的工艺参数条件下,双填丝工艺明显提高低碳钢的熔敷速率,达到单填丝工艺的1.98倍。力学性能检测表明,与单填丝工艺相比,双填丝工艺试样的抗拉强度平均提高了 44.5Pa,延伸率基本相同。同时发现当堆覆速度高与30cm/min以上时,双填丝工艺能够显著提高堆覆件的显微硬度,最多提高了 17.5HV。显微组织观察发现双填丝工艺获得晶粒更细小的铁素体和含量更多的珠光体组织,晶粒尺寸的测量结果表明双填丝工艺试样的铁素体晶粒更细小,且两种工艺晶粒尺寸均与堆覆速度成负相关性。最后采用二种不锈钢+低碳钢异质丝材,采用等离子弧增材制造工艺进行了新型高性能钢材制备的试验研究。选取五组不同质量分数比的不锈钢和低碳钢,其中不锈钢和低碳钢分别按照5:5、6:4和7:3的质量分数比熔敷试样的抗拉强度均超过了1OOOMPa,最高达到1072.3MPa:显微维氏硬度超过300HV,最高达到354.5HV。显微组织和XRD物相成分试验发现配比为5:5、6:4和7:3的试样中均发现存在有大量的板条状马氏体组织。能谱仪(EDS)分析结果表明组试样中Cr、Ni等元素分布均匀,无明显元素局部偏析现象,5组材料中Cr元素含量均超过12%。