近年来,随着激光熔覆技术的不断发展,逐步用于制造、修复或再制造各种工业零部件,并且已经应用于汽车、能源、电子、航空航天、医疗等多个领域。利用激光熔覆技术可以改善原材料的使用性能,延长零部件的使用寿命以及扩大其应用范围。激光熔覆的温度分布和应力分布会对加工质量产生影响,通过数值模拟可以探究其温度场和应力场的分布规律。熔覆过程中熔池及其周围的温度场分布差异,会对最终熔覆层质量有着显著的影响,且加热和冷却过程产生的残余应力会影响熔覆层的几何性能和力学性能。由于熔池范围很小、加热和冷却过程极快,利用现有设备,很难完全通过实验方法得到温度场和应力场的变化规律。本文采用数值模拟方法对同轴送粉激光熔覆的三维瞬态温度场及应力场进行了研究,得到了单道及多道激光熔覆温度场及应力场的分布规律,实验验证了形貌的变化规律。论文的主要研究内容有:（1）对单道激光熔覆及单层多道激光熔覆的温度场的变化规律进行了分析比较。采用有限元分析软件ANSYS,进行参数化编程。研究结果表明:熔覆层两端边缘位置的最高温度明显高于中间位置,实际加工时应该通过调节工艺参数避免缺陷。比较分析工艺参数对温度场的影响,为工艺参数的优化提供了理论基础。此外,对多道单层激光熔覆六种扫描方式的温度分布进行了比较。结果表明:相较于往复扫描,单向扫描能避免局部短时间的能量聚集;沿长轴方向扫描与沿短轴方向扫描无明显优劣;螺旋扫描可以保证加工的过程的连续性,避免了其他扫描方式的道与道之间的温度波动。（2）在温度场仿真的基础上,通过顺序热力耦合,得到了激光熔覆的应力场分布规律。结果表明:激光熔覆后熔覆层表面主要受到拉应力,基板上主要受到压应力。对不同方向应力进行比较,残余应力的主应力方向沿扫描方向,因此裂纹多垂直于扫描方向。采用米塞斯应力进行比较,最大应力出现在熔覆层与基板交界处及熔覆层中心位置。在多道熔覆中,沿短向单向扫描的残余应力分布要优于其他扫描方式,而螺旋向内扫描得到的残余应力最大。通过增加预热温度可以明显改善残余应力分布。（3）采用响应曲面法进行了单道激光熔覆的工艺参数优化实验。在45#钢上熔覆316L不锈钢,得到了宽高比及稀释率随工艺参数变化的规律,实验结论与有限元分析结果较为一致。实验测量了六种扫描方式得到的熔覆层的表面形貌,螺旋向外扫描得到的熔覆层表面质量最佳。