本文以NV E690海工高强钢为研究对象,基于国内外对重力效应下熔池演变过程机理的研究现状,结合工艺过程发展的实际情况,开展了重力效应下激光增材沉积熔池演变过程的机理研究。搭建了正交视觉检测平台,研究连续波激光作用下基板与重力方向垂直、基板与重力方向倾斜时熔池的演变过程。搭建了旁轴视觉检测平台和高度检测平台,研究激光时序调控对重力致驼峰效应和熔覆高度的影响。本文的主要研究内容及创新如下:（1）基于高速相机和同轴工业相机搭建正交视觉检测平台,研究重力垂直于水平基板时熔池的演变过程。发现了因熔滴凝固导致粗糙的熔覆单道边界的球状现象。研究熔滴的动力学,建立了熔滴的“铺展/凝固”竞争模型。针对球状现象,结合接触角理论,研究了基板预热、氧化和温度对熔滴润湿性的影响,为减缓球状现象提供解决方法。（2）建立了基板倾斜于重力方向时熔池表面的激光能量分布模型。基于正交视觉检测平台,研究了在不同的基板倾斜角下,熔池的同轴几何尺寸的变化趋势。发现基板倾角过大时,熔覆单道将在重力致驼峰效应的作用下产生巨大的高度起伏。基于高速相机图像,阐明了重力致驼峰效应的演变过程和演变机理。（3）提出了激光时序调控重力效应下熔池演变过程的工艺方法。搭建旁轴视觉检测平台以研究激光时序对熔池演变过程的影响。发现了单个激光光斑内存在多个熔池,并且熔池间通过形成液态桥的方式进行融合的现象。使用图像处理技术提取单道熔覆高度数据,研究激光脉冲频率和脉冲占空比对激光熔覆高度的影响。结果表明,经时序调控的激光熔覆的出光间隙能够冷却熔池并消除重力致驼峰效应。