激光熔覆成形技术LCRM(Laser Cladding Rapid Manufacturing)是20世纪90年代中后期发展起来的一种新型的材料表面改性技术,它融合了激光熔覆技术与快速成形技术的优点,在汽车、钢铁、航空、航天、电子等方面都得到了广泛应用,是科技发展的前沿领域之一。激光熔覆成形过中温度场的动态变化对熔覆件的最终成形质量有着非常重要的影响,而利用现有的设备对激光熔覆成形过程中的熔池及其周围的温度进行实时精确的测量与控制十分的困难。本文采用参数化编程的数值模拟方法对同步送粉式激光熔覆成形过程中的三维瞬态温度场进行研究与验证,并利用数值模拟得到的结果对后期实验加工成形涡轮叶片进行了理论指导。从熔池的形态、温度梯度的变化这两个方面分析得出双椭球热源模型最适合作为激光熔覆成形过程中的热源。采用有限元分析软件ANSYS的生死单元技术,对激光熔覆成形薄壁件过程中温度场的变化规律进行了详细分析,并对单道多层所成形的熔覆层中各取样点的温度、温度梯度及温度变化速率的变化规律进行了分析总结,结论表明:节点处Y方向上温度梯度都大于X、Z方向,因此Y方向更易产生裂纹。在单道熔覆实验的基础之上确定了激光熔覆成形涡轮叶片的初始参数以及试验方案;创建了激光熔覆成形薄壁件的有限元分析模型,分析了熔覆成形薄壁件过程中温度场的演化过程以及定点温度的热循环变化规律,并且程序实时的改变仿真模型中输出激光功率的大小,仿真得到了能够保持熔池的温度趋于稳定的激光功率的变化趋势;最后通过机器人离线编程软件RobotArt对KUKA机器人控制成形涡轮叶片的扫描路径进行了编程优化,并采用仿真得到的结果作为指导对加工工艺参数进行优化,即在成形涡轮叶片的过程中对功率进行控制以保证成形过程的顺利进行,最终成功熔覆成形了涡轮叶片。本文对激光熔覆成形过程中熔池温度场的有限元模拟与熔覆实验取得了较为一致的结果。模拟研究为保证激光熔覆层质量且获得形貌质量较高的涡轮叶片以及提供相关的工艺参数优化取得了明显的成效。