金属零部件在高温、重载或强腐蚀等工况下长期服役容易自表面发生磨损、腐蚀、氧化等损伤,不仅对我国经济造成严重损失,而且存在较大安全隐患。利用再制造技术实现零部件表面强化、修复,对我国经济和工业发展具有重要意义。激光熔覆作为一种先进的再制造技术,在零件表面强化与修复领域得到了越来越广泛的应用。为进一步提高熔覆质量、性能、精度,需要严格控制热量在基材与粉末间的分配形式,但目前的热量调控大多依据经验与工艺评定预设激光功率或粉末送入量,尚无法根据有效的模型、公式或判据对热量在粉末与基材上的分配关系进行工艺指导或定量计算,也难以在吸收与积累作用不断变化的情况下获得最优的工艺参数。为了建立激光熔覆热物理过程的作用形式与数学模型,首先需明晰粉末在激光中的熔化模式与作用形式对熔覆过程的影响,为此本文建立了旁轴送粉半导体激光熔覆实验平台及过程采集系统,利用红外热成像系统和高速摄像系统对激光与粉末在空间中的作用形式进行了采集与分析,提出了不同作用形式下的粉末熔化特征行为,研究了工艺参数对不同特征阶段的影响。同时,建立了各特征阶段的热物理过程模型,利用MATLAB软件对各特征阶段进行了仿真计算,并定量计算了粉末在激光热源作用下温度演变规律及其到达熔池的温度,进而建立激光热源特性与粉末熔化行为的物理模型。上述研究结果表明,增大激光功率或减小粉末平均粒径,光粉作用空间中熔化粉末数量增多,粉末温度分布不均匀性减小,其以液态进入熔池机率增大,容易得到铺展良好的熔覆层;增大激光正离焦量,光粉作用空间中液态粉末颗粒数量减少高温固态粉末数量增多,其进入熔池后反向吸收能量使其熔化,导致形成熔宽余大、熔深小的熔覆层。粉末熔化过程存在3个特征阶段,并结合所建光粉热作用解析模型表明,激光功率减小或激光离焦量和粉末平均粒径增大,特征阶段一和特征阶段二持续时间增长,光粉作用空间沿竖直方向上粉末颗粒温度分布不均匀性增大;粉末颗粒入射角度增大,特征阶段一和特征阶段二持续时间增长,光粉作用空间沿水平方向粉末温度分布不均匀性增大。粉末颗粒温度存在“增长率变大的非线性增加—线性增加—增长率减小的非线性增加”的变化过程。随着激光离焦量和粉末平均粒径增大,粉末颗粒到达熔池的温度减小,粉末平均粒径从37.5μm增大到150μm时,其到达熔池的温度减小了41%;激光功率大于300 W后,随激光功率增大,粉末颗粒到达熔池的温度线性增大;随粉末入射角度和入射初速度增加,粉末颗粒到达熔池的温度减小,粉末入射速度从150 mm/ms增大到350 mm/ms时,其到达熔池的温度减小了37%。