半导体激光熔覆技术具有成形稀释率低、裂纹缺陷少等优点,逐步成为部件强化、修复的有效手段之一。在工程应用中,随着金属部件的表面形貌与状态日益复杂,对激光熔覆成形的精度与质量提出了更高的要求;同时,为了降低打磨等后续机加工难度、缩短处理流程,也要求将熔覆过程由“近形”转变为精确成形控制。但是,由于缺乏对热过程作用机理的深入研究,无法解析热源特征对成形状态的影响机制,目前激光熔覆的成形控制只能依靠大量工艺试验与人工经验进行参数整定与优化。为此,文中针对熔覆成形的热物理过程,利用高速摄像与红外系统采集、分析光粉的热作用过程,建立不同特征阶段的热物理模型,分析不同参数对热物理行为的影响机制。主要的研究工作如下:(1)针对粉末预置时,分析不同特征阶段对成形状态的影响,结合热吸收、传导、积累、散失、辐射等作用,研究不同阶段的热平衡状态,建立可以描述热物理过程的状态方程,同时定性分析不同参数对于热物理行为的作用规律与影响机制,并通过实验验证了激光功率、离焦量、粉末粒度等参数对不同特征阶段的影响规律。(2)在粉末旁轴送入时,首先针对无激光作用下的粉末束流行为进行了高速摄像采集,结合设计的图像处理算法,分析不同粉斑大小以及粉末束流中心落点位置对粉末在空间自由运动过程的影响,为进一步分析激光对粉末的热理作用提供有效的检测手段;其次通过分析粉末旁轴送入后与激光作用的热物理过程,结合图像的灰度值分析不同工艺参数下激光与粉末的热作用过程;同时建立了粉末颗粒在半导体激光辐射作用下的温升模型,结合已建立的粉末束流运动模型,研究了不同工艺参数对粉末颗粒温度变化的作用行为,并利用红外热成像系统检测验证了该温升模型及相关作用的有效性和准确性。