激光熔覆是通过高能激光将增强项粉末熔化与基材形成冶金结合的增材制造技术。在激光熔覆过程中存在熔池的生长、激光与粉末相互作用、粉末流-熔池相互作用,这三个部分中包含:马兰戈尼流动、金属凝固熔化、传热传质以及熔池内液态金属对流等复杂的物理现象。因此建立熔池模拟、粉末流模拟以及粉末流-熔池模拟,并对其相互作用进行研究分析。建立熔池数值模型,研究熔池生长过程中热历史与熔池流动变化;通过改变激光功率与扫描速度,研究工艺参数对于熔池温度场与流场的影响,结果表明:激光功率与熔池的最高温度、最高流速均成正相关。扫描速度与熔池最高温度成负相关,而与熔池最高流速成正相关。建立粉末流模型,研究激光熔覆送粉过程中粉末流的温度场与流场;结果表明:粉末到达基体表面存在粉末-载粉气-激光三者相互作用的影响;激光功率与粉末流最高温度值成正相关,而载粉气与粉末流最高温度值成负相关,与粉末流速成正相关。粉末浓度呈高斯分布方程,方程精度r~2=0.9948。粉末流温度场呈高斯分布方程,方程精度为r~2=0.8623。以熔池模型为基础,结合粉末浓度分布方程与粉末流温度分布方程作为熔池模型的质量输入源,建立粉末流-熔池模型,研究激光熔覆过程中熔池的生长过程中熔池温度场与流场的变化。结果表明:粉末流-熔池的温度场分布与流场流动关系均与熔池模拟基本一致;熔覆层高度受到激光熔覆工艺参数的影响,激光功率与熔覆层高度成负相关,其影响小于扫描速度与载粉气流量;扫描速度与熔覆层高度成负相关,对熔覆层高度影响最大;载粉气流量与熔覆层高度成负相关。使用红外测温仪、高速相机对激光熔覆过程中温度场与熔池生长过程进行试验验证,并通过三维显微系统对熔覆层形貌进行测量。结果表明:试验结果与模拟的误差均小于5%,模型准确可靠。