电弧增材制造在堆垛成形零件上有着明显的优势,然而在堆垛过程中热量的积累以及焊接高度和送丝速度的变化都给增材制造的过程带来很大的困扰,堆垛过程中的塌陷也是非常棘手的问题。本文主要针对在堆垛过程中出现的焊接高度及送丝速度等的因素进行控制及塌陷问题的改善进行了理论分析与试验探究。首先,通过以xPC Target为环境背景建立旁路耦合电弧焊系统。通过试验测量电压和电流与焊接高度和送丝速度的关系。建立MIMO闭环控制系统,研究三维焊接快速成形堆垛过程中旁路电流与电压的控制模型与方法。结合MATLAB/Simulink软件进行建模与仿真,进行焊接过程中送丝速度和焊接高度的监测与控制。然后,在MIMO闭环控制系统的基础上加入自动启熄弧控制。通过脉冲信号的变化实现焊接过程中的自动启熄弧控制,研究旁路耦合电弧增材制造过程中堆垛层边缘塌陷问题。其次,通过分析MIMO闭环控制和自动启熄弧控制系统中的送丝速度和焊接高度的耦合关系,明确其与可控量(焊接电流、电压)之间的匹配关系,建立全耦合条件下的模型,通过MATLAB/Simulink软件进行建模与仿真,研究解耦控制下焊接电流、电压和送丝速度的变化及堆垛成形的精度。最后,开展单道、十字、十层及多层堆垛试验。结果表明,在MIMO闭环控制系统下完全能够实时监测和调整焊接过程中的焊接高度和送丝速度的变化。实现在三维焊接过程中的焊接高度和送丝速度的实时控制。在自动启熄弧控制系统下的电压、电流信号和送丝速度信号较为稳定,且层与层之间过渡平滑,塌陷问题明显改善,堆垛件的成形精度得到显著提升。在解耦控制系统下单道焊缝成形稳定、均匀且外表光滑。在十字堆垛过程中,完成十字交叉位置的完美过渡形成良好的十字焊缝。在多层循环堆垛过程中电弧的自动启熄弧控制没有受到影响,且层与层之间过渡更加稳定,送丝速度更加均衡,堆垛试样成形外观美丽光滑,没有明显的塌陷现象。