本文以激光熔覆层裂纹控制为主要研究目的,以优化参数为主要手段,利用Fe基合金粉末对20CrMnTi板材表面及齿轮轮齿复杂曲面进行激光熔覆工艺及关键技术的研究。确定了主要研究思路为:以20CrMnTi齿轮钢板材为试样进行单道、多道激光熔覆工艺及参数优化试验;以磨损的齿轮为修复对象,研究激光熔覆修复的关键技术;探索控制熔覆层裂纹率,提高熔覆层质量的优化参数组合及工艺方法。利用正交试验法对20CrMnTi齿轮钢表面单道激光熔覆Fe65合金粉末进行工艺参数优化,并对试验所得结果通过方差分析的方法进行分析,得到工艺参数中对熔覆层高度影响最大的是离焦量,其次是激光功率,最后是扫描速度;对宽度的影响程度由大到小分别为激光功率、扫描速度及离焦量;对硬度影响最大的为离焦量,其次是激光功率,最小的是扫描速度;而对熔覆层裂纹倾向的影响由大到小依次为激光功率、离焦量和扫描速度。通过试验研究得到的优化工艺参数组合为:激光功率3.0KW,扫描速度3mm/s,离焦量25mm。利用粉末预置法及同步送粉法两种工艺对20CrMnTi齿轮钢表面多道搭接激光熔覆Fe65合金粉末进行试验研究。根据熔覆层质量分析不同的熔覆工艺及搭接率对裂纹产生倾向的影响。得到在确定单道熔覆层宽度及光斑直径的条件下可以初步确定搭接系数的选择范围;同步送粉法更适用于大面积熔覆层的要求,且搭接率为40%时获得的多道搭接熔覆层形状规整,表面质量较高。针对斜齿轮齿槽及齿廓复杂型面,设计最佳熔覆工艺。齿槽熔覆时将齿轮垂直立于工作台并在此基础上以光束照射方向为轴旋转与斜齿轮螺旋角相同大小的角度,从而确保激光束垂直照射齿槽位置。齿面熔覆时,在保证激光束与相邻轮齿不发生干涉的情况下尽量减小齿面的倾斜角度,使熔覆区域内各点的光束入射角度相近。在进行齿槽熔覆时选择参数组合为激光功率1200W,离焦量25mm,扫描速度3.5mm/s,齿面熔覆选择激光功率1000W,离焦量30mm,扫描速度5mm/s以及预置粉末厚度均为1mm时,所得的熔覆层尺寸均匀,与轮齿结合良好,且无裂纹产生。