激光熔覆工艺不但可以改善零件的表面耐蚀性、耐磨性，还可以用于零件的磨损修复（再制造）和直接制造金属零件，已经在多个行业得到了广泛应用。气体-粉末流作为激光熔覆过程中能量和物质相互作用的一个载体，直接影响着熔池的大小和形状，所以有必要对气体-粉末流从理论与试验方面进行研究。根据准稳态下熔池自由表面力的平衡理论，研究了表征激光熔覆熔池自由表面的平衡方程，并理论分析气体-粉末流、熔池液体本身的重力对自由表面的影响，用数学平衡方程表达出来，得出熔池自由表面曲率K，证实了激光熔覆熔池自由表面不是简单圆弧面。研究了输送气流量对送粉率、喷嘴出粉口处的粉末发散角的影响，及保护气流量对激光熔覆基体熔深的影响，得出了试验过程中输送气、保护气流量的的合适范围，分别是8~12L/min、7~12L/min。用商业流体软件FLUENT建立了激光熔覆中的气体-粉末流的二维数值模型，并模拟了粉末流浓度场、速度场，得到了粉末流的“焦点”。同时模拟得到随着保护气流量大小、输送气流量大小及粉末速度的增加，进入熔池时的气体-粉末流速度增加，对熔池自由表面的冲击力增强，熔池自由表面曲率K减小，进而影响熔覆带形状。采用半导体激光器和机器人进行试验，结果表明，在一定的工艺参数条件下，随着保护气及输送气流量的增加，熔覆带横截面轮廓上部比较扁平，曲率较小，反映出熔覆过程中的熔池自由表面曲率较小。试验结果与熔池自由表面理论分析及气体-粉末流数值模拟结果相吻合。