激光熔覆技术现已成为先进制造技术的研究热点。为了进一步探索熔覆层成形规律和改善激光熔覆数值模型的实用性,本文基于响应曲面法提出了一种用于优化激光熔覆工艺参数的新方法。另外,精确的模拟和仿真激光熔覆加工可以在很大程度上节省实验成本和时间,本次研究又建立了一种自适应的三维热力学有限元模型,用以计算在激光熔覆加工中的温度场分布。通过平时大量的激光熔覆实验可知,激光熔覆加工中的工艺参数对熔覆件的形状和稀释率影响很大。因此,本次研究的重点主要放在激光功率(400W.600W),扫描速度(500mm/min-700mm/min)和粉末进给率(30r/min-60r/min),这三个工艺参数对熔覆件的形状参数和几何形状(熔覆层宽度,高度,深度)的影响。实验中使用的粉末材料和基体材料均为Ti-6Al-4V(TC4)。本次的研究还采用了中心组合旋转实验设计和响应曲面法建立数学模型,并利用误差分析验证了模型的有效性。通过这个数学模型,对工艺参数和输出响应值之间的关系以及各工艺参数间的交互作用进行了详细的分析和讨论。分析结果表明,粉末进给率是影响熔覆层宽度和高度的最主要因素,激光扫描速度则对基体中的熔覆深度影响最大。另外,验证实验的结果也表明了在使用的工艺参数范围内,数学模型的计算值和实验的测量值达到基本一致。这样就有利于通过获得好的参数组合来控制稀释率。最终,由工艺参数的优化结果可知,当粉末进给率处在零水平,低水平的激光功率和高水平的激光扫描速度可以制造出高质量的熔覆件。除此以外,本文还通过逆向建模提出了自适应三维热力学有限元模型,实现了适应工艺参数组合变化的温度场分布的模拟。首先基于中心组合旋转实验设计的单道激光熔覆相关实验,利用回归分析获得热源几何参数与工艺参数之间的关系。然后,在这个有限元模型中,还进行了详细的前处理,如,施加边界条件,设置材料属性以及热源几何参数的标定。通过数值计算和实验结果的验证,可以发现这个有限元模型可以适应于不同工艺参数的激光熔覆加工,并考虑了由此而引起的熔覆层和热源尺寸的变化。