电弧增材制造（WireandArcAdditiveManufacturing,WAAM）是基于离散、堆积思想，以电弧为热源，采用逐层堆焊的方式近净成形3D金属实体零件的技术，其成形效率高、原材料利用率高、成本低，具有开放的成形环境，适于大尺寸复杂构件快速成形。WAAM技术在大型整体壁板结构（壁板+筋条）制造中应用前景广阔，整体壁板是大型飞机、运载火箭、空间飞行器、返回舱等主要壳体结构形式。本课题提出一种结合WAAM技术制造整体壁板的方法，即，壁板先弯曲成形，再采用WAAM加筋的设计方法。该方法能够避免铣削量大、壁板弯曲成形失稳、甚至断裂失效的缺点，并大幅度节约材料和加工成本，提高结构效率。然而，WAAM制造整体壁板，需要解决“成形形貌”和“应力诱导变形”两大基本控形难题。本课题选取5A06铝合金为典型材料，采用钨极氩弧焊（GasTungstenArcWelding,GTAW）为成形手段，以电弧焊工艺理论、最大熵产生原理等为指导，从四个方面展开了WAAM实验研究与建模分析，即：缺陷形式的揭示及其随成形工艺的演变规律，熔池局域及成形件宏观温度场，基于热边界条件的WAAM控形理论与方法，基于可控模量柔性结构的热应力变形控制。　　首先，实验揭示了5A06铝合金GTAW-WAAM成形的四种工艺缺陷，即：形貌非连续、截面尺寸不一致、成形起点位置偏移、应力诱导变形。阐明了层间温度（或基板预热温度）对成形形貌、截面尺寸的影响规律，即，在80~120℃范围内，随层间温度升高，由非连续球状形貌→连续的起伏形貌→平整的表面形貌的转变；但当层间温度超过150℃时，发生截面尺寸不一致的现象。　　其次，基于实验研究与数值模拟结果，提出以稳定成形阶段定态熔池熔合区温度梯度作为成形形貌连续性的判据，温度梯度小于50℃/mm时可成形平整的表面形貌。成形环境决定WAAM热历程可能到达的稳定成形阶段。该阶段是定态熔池体系，具有成形环境所允许的最小温度梯度。此时，工艺参数不再改变该温度梯度水平，仅影响建立定态熔池体系的“路径”。据此提出并定义无量纲导热系数Ge数作为成形截面尺寸差异的判据，Ge>88时，成形截面尺寸一致性较好。　　再次，基于最大熵产生原理等相关热力学理论，建模描述了定态熔池体系温度分布和熔合区温度梯度，表征了定态熔池体系要求的热边界条件。通过对等效热耗散系数进行线性化处理，获得了建立及维持定态熔池体系热边界条件的层间温度、热输入设计方法，藉此建立基于热边界条件的WAAM成形形貌控制理论与方法。用该方法指导工艺设计，可使表面波动值由714μm降至286μm。　　最后，针对单壁结构的连续成形，建模描述了面内应力分布特征及演变规律。通过将面内热应力视为等效弯矩作用的结果，利用一般梁理论分析面内应力诱导的弯曲变形，建立了等效弯矩作用下的弯曲变形解析模型，计算结果与实验吻合。建模分析了面内半椭圆缺口对成形件热应力的影响，提出构建柔性结构释放热应力，减小应力变形的设计方法。以等效弹性模量为表征参量，并建立等效弹性模量与柔性结构单元特征尺寸的映射关系，获得了基于可控模量柔性结构的热应力诱导变形控制理论与方法，通过增材加筋成形1200mm长筋板结构验证该方法有效性，设计柔性结构后翘曲变形量由31.4mm降至10.5mm，从结构设计角度为残余应力控制提供指导。　　研究成果将为电弧增材制造控形工艺设计提供理论依据，为大尺寸、复杂空间曲面整体壁板的低成本、高效电弧增材制造提供技术支撑。