金属增材制造作为增材制造领域的一个重要分支,是未来实现传统加工制造向以工业4.0为导向的数字化智能制造转型升级和变革的最重要技术支撑之一。以电弧为载能束的电弧增材制造技术（Wire and Arc Additive Manufacturing,WAAM）具有材料利用率高、成形速度快、制造成本低等优点,相比于高能束金属增材制造,更适合大尺寸复杂结构件的快速近净成形。但基于钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等方法发展的WAAM因本身存在电弧-熔滴-熔池的强耦合、非线性时变交互作用和与外部环境复杂的热交换等特点以及增材成形结构、散热边界条件的变化使得成形过程稳定性难于控制,成形件表面质量粗糙、尺寸精度低、残余应力大、组织性能存在各向异性,严重限制了其在现代化工业领域内大型复杂结构零部件高效低成本制造中的应用。针对传统热源方法发展的WAAM存在电弧-熔滴-熔池的强耦合,导致成形过程稳定性难以控制的问题。本文提出步进填丝双脉冲钨极氩弧（Double-Pulse-TIG,DP-TIG）增材制造方法,通过精确调控电弧-熔滴系统的热-质传输和熔池动态行为来提高沉积层的成形尺寸精度。为此,根据步进填丝（DP-TIG）增材制造原理搭建了试验系统,并开展了以下理论工艺研究并获得重要成果。针对步进填丝DP-TIG电弧增材过程中熔滴过渡的稳定性,通过高速摄像系统研究了高脉冲群阶段焊接参数对熔滴过渡方式及熔滴过渡频率的影响,分析表明,短弧焊接更适合步进填丝DP-TIG增材制造,高脉冲群脉冲频率、峰基值电流差值对熔滴过渡频率影响较大,当高脉冲群脉冲频率为90 Hz,峰基值电流差值30 A时,存在一个最优的熔滴过渡频率。焊丝与基板的高度对熔滴过渡方式影响较大,随着焊丝与基板的高度增加,熔滴过渡方式从小滴搭桥过渡逐渐变为大滴搭桥过渡、自由过渡,通过对小滴搭桥过渡与自由过渡过程及成形件进行对比,发现小滴搭桥过渡更适合步进填丝DP-TIG增材制造。其次,通过建立步进填丝DP-TIG增材过程中焊丝熔化模型,研究了电弧与焊丝的热交互作用,并确定了影响焊丝熔化位置的关键因素。通过研究表明,焊丝角度对焊丝熔化位置影响不大,送丝速度、焊丝直径、焊丝与基板的高度对焊丝熔化位置影响较大,经模型优化后,存在一个送丝速度区间,焊丝熔化位置尽可能地接近钨极,且此时焊丝熔化位置对送丝速度的变化不太敏感。最后,采用最优熔滴过渡方式及焊丝熔化位置进行直壁墙沉积实验。研究了在连续沉积过程中的熔池行为,结果表明:熔池失稳的主要原因为热积累导致熔池体积增大。通过热-质分配模型解释了步进填丝DP-TIG电弧增材热积累补偿机制,维持熔池热稳定性,提高成形件精度。