激光熔覆快速成形技术因其无模具、快速、材料广泛等优点,近些年来在表面修复及大型结构件成形等方面的优势日趋明显。然而,传统激光熔覆基本在较低激光功率下进行熔覆成形,沉积效率低、粉末利用不充分,且在成形时大多只能通过单一的水平分层进行堆积成形,加工过程受限,对于带有曲率的大型结构件,很难进行熔覆成形,极大地限制了激光熔覆技术的发展。在熔覆成形过程中使用大功率激光,能有效提高沉积效率和材料利用率。本文针对大功率激光熔覆成形工艺中的难点,开展了一系列研究。研究空间不同倾角下大功率中空环形光粉末发散情况,基于概率理论建立了粉末密度分布模型,获得了不同离焦量对应的粉末密度分布。以宽高比为熔道形貌的评价指标,设计单因素实验分析激光功率、扫描速度、离焦量、送粉速率四种参数对熔覆单道宽度、高度的影响过程,得到了大功率激光熔覆下单道熔覆层的最佳工艺范围。使用RSM响应面分析法及遗传神经网络模型GA-BP两种数学分析方法,分别建立了激光熔覆工艺参数与熔覆沉积率的映射关系模型,以均方根误差（RMSE）和绝对平均偏差（AAD）为沉积率的评价指标,发现GA-BP模型的评估性能及对大功率熔覆沉积率的优化效果均要优于RSM模型,模型可靠性更高。对空间斜面熔覆受力及流淌位移进行了研究分析,空间较大倾角斜面熔覆时流淌位移与环形激光的外径、扫描速度、熔道高度等影响因素相关,通过提高扫描速度、增大负离焦量能有效减少熔池的流淌;通过对熔池流淌实验进行验证,表明大功率激光内送粉熔覆能有效在斜面空间上自由成形。基于对圆环成形件的ANSYS热累积效应仿真表明,熔覆层的热累积效应随着逐层成形而增大,需采取层间冷却和降功率措施避免过高的热累积效应;基于法向分层的约束条件建立不等高熔道模型,采用变扫描速度的方法成形了不等高熔道,结构高度变化符合空心静叶片的成形条件。基于建立的空心静叶片模型,采用法向分层的成形方法进行轨迹规划,以大功率激光熔覆工艺窗口为约束条件,结合逐层降低激光功率和给定层间冷却时间的方法成形得到两种尺寸的空心静叶片。成形件各部分的硬度整体稳定,背侧和内侧平均硬度分别为278.17HV0.5和279.34HV0.5,空心静叶片内侧上部、中部、下部组织均为柱状枝晶,无孔隙、裂纹等冶金缺陷,具有良好的组织性能。