近年来,激光熔覆成形技术由于其具有成形周期短,柔性度高,可以直接成形复杂结构工件等特点,在金属零件快速成形制造及修复领域的应用日益广泛。但是,因为激光熔覆过程中涉及了冶金、力学和传热学等多学科交叉作用,其中包括复杂的微观组织生成过程与热物理过程,很难利用现有仪器和设备对其机理进行研究。本文以TC4钛合金为研究材料,采用数值模拟和实验相结合的方式对同轴送粉式激光熔覆过程的温度场与应力场进行研究,并对激光熔覆成形件进行成形质量优化。主要研究内容包括:（1）采用有限元软件ANSYS对同轴送粉式激光熔覆过程进行了温度场数值模拟,分析了工艺参数对温度场的影响。结果表明:熔池的最高温度随激光功率的提高而增大,随扫描速度的增大而减小。（2）采用优化后的工艺参数进行温度场仿真得到激光熔覆成形过程中温度变化规律。结果表明:温度场等温线呈椭圆状,光斑后方存在温度积累。（3）以钛合金为材料进行不同工艺参数下的单道单层激光熔覆试验,分析了工艺参数对熔覆层高度的影响,之后进行了单道多层激光熔覆试验,针对往复扫描方式成形的多层熔覆件存在的“端部凸起”现象进行了仿真分析与成形方案优化,并对“下窄上宽”现象进行了仿真分析。结果表明:端部短暂停光的扫描方案能够使端部凸起时的高度差减少65.9%,宽度差减少84.7%,且四层之前由于温度累积,导致熔覆层的宽度有所增大,但是四层之后,温度积累与散热逐渐达到相对平衡,熔覆层宽度保持稳定。（4）对钛合金多层激光熔覆成形件进行了微观组织观察,结果表明:微观组织呈枝晶分布,存在的微观缺陷类型主要为未融合缺陷和气孔缺陷。（5）在温度场模拟结果的基础上,采用间接耦合的方法进行了多层激光熔覆过程的应力场数值模拟,对等效应力分布和各方向应力分量进行研究,结果表明:熔覆层与基板相接处存在应力集中现象,并且沿光源扫描方向的单向应力最大。