针对单一热源在表面熔敷中合金粉末熔化、界面区热量、温度分布最佳范围区间较窄的问题,本文提出采用大光斑半导体激光与TIG电弧复合的方法用于表面熔敷,通过精确控制激光与电弧的耦合形式与参数匹配,合理调控复合热源的特征与温度分布,有望满足粉末与基体在熔敷过程中的不同热物理要求。本文主要从以下几个方面对大光斑半导体激光及激光-TIG复合热源进行了熔敷工艺及热源模型研究:(1)利用大光斑半导体激光、TIG电弧及激光TIG电弧复合热源的特性,搭建了激光TIG复合热源表面熔敷实验平台,实现了复合热源的表面熔敷;为了研究复合热源在表面熔敷时的工艺区间范围及热源温度场的特性,通过单道表面熔敷工艺试验及热循环曲线测试,分别对比了CO2小焦点激光、大光斑半导体激光及激光TIG复合在表面熔敷中的优缺点及熔敷参数对大光斑半导体激光与激光TIG复合热源的表面形貌和温度场分布的影响。通过工艺试验及热循环测试实验发现,TIG电弧的引入能够明显降低熔池温度梯度小,二者复合可明显改善激光热源温度梯度较大的问题,并且可以通过调控电弧的热源特性满足激光对于低温区域的热量需求。(2)对大光斑半导体激光和激光TIG复合热源在进行表面熔敷时热源与粉末、粉末与基体、热源与基体三者之间的传热过程进行了分析,并在此基础上建立了单激光与激光TIG复合热源模型,采用有限元的方法在ANSYS中对模型进行了求解。模拟的温度场与实验数据基本一致。(3)利用所建立的单激光和激光TIG复合热源模型分别对熔敷参数变化和合金粉末变化下温度场的变化规律进行了模拟研究。通过模拟分析发现单激光熔敷时熔敷层的温度梯度较大,而在引入TIG电弧后,熔敷道温度梯度发生了明显的降低,并在一定程度上增加了激光的吸收率,使得熔敷道的宽度和深度显著增加。该模拟结果与实验结果基本一致。