随着中国制造2025制造强国战略的稳步推进,中国制造业转型升级加速发展,电弧增材制造技术作为先进智能制造技术的一种,具有广阔的应用前景。在电弧增材制造过程中,同一点经过周期性的加热会产生复杂的热应力和残余应力演变,从而导致沉积层的层离,引起成形件的变形和开裂,降低成形件的性能和质量。本文基于热-弹塑性有限元法和必要的验证实验,对电弧增材制造合金钢的热历程和应力演变规律进行了研究,为控制成形过程中的热应力,减小成形件的变形和调整优化成形工艺参数提供了依据。研究了单道多层2Cr13薄壁件的成形实验,通过建立电弧增材制造三维有限元模型,对不同层间停留时间和不同层间沉积方向成形薄壁件的温度场和应力场进行模拟,模拟结果与测量结果基本一致。研究结果表明,适当延长层间停留时间可降低沉积层内部最终的残余拉应力,层间停留时间大于210 s时,再延长层间停留时间,起不到明显降低应力的效果。层间S形沉积可提高残余应力分布的均匀性,降低工件平均应力。研究了道间停留时间和四种二维平面成形路径对电弧增材制造多道单层H13沉积件热历程和应力分布的影响规律。研究结果表明,道间停留时间从0 s延长到60 s可显著降低基板和沉积件上分布的残余应力,道间停留时间大于60 s时,再延长道间停留时间,不仅起不到明显降低应力的效果,还会增大沉积件上的高残余应力区域。对于二维平面成形路径,采用两边到中间,对称S形路径沉积时,沉积件高残余应力区域面积最小;采用中间到两边,对称S形路径沉积时,沿沉积件基板中心线分布的横向残余应力峰值最低,纵向残余应力在沉积件内部最小。研究了四种三维立体成形路径对多道多层H13块体热历程和应力分布的影响规律。研究结果表明,对于三维立体成形路径,层内采用中间到两边,对称S形路径,层间采用十字交叉沉积路径时,沉积成形的块体高残余应力区域明显小于其他沉积路径的沉积件,成形块体高度方向变形也明显小于其他沉积路径的沉积件,且变形分布较均匀。