交叉结构是复杂金属零件的典型形式,如栅格结构、中央翼缘条和内部中空支撑等,在航空航天、轮机工程和机械制造等领域中得到了广泛的应用,常采用数控铣削、焊接和铸造等方式对十字交叉件进行加工,但这些方法存在材料利用率低或在嵌套结构和狭窄空间中无法加工等问题。激光熔覆成形是一种基于逐层熔覆堆积方式的增材制造技术,能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速近净成形,因此利用激光熔覆技术成形十字交叉结构零件有着重要的研究价值。本文利用实验室自主研发的“光内送粉”喷头进行试验,研究了喷头在不同倾斜角度下的粉末发散情况,基于概率理论建立了粉末密度分布模型,得到了不同离焦量工艺参数下所对应的粉末密度分布情况。并通过设计单因素实验分析了激光功率、扫描速度、离焦量三种主要工艺参数对熔覆层单道成形宽度及高度的影响规律,得到了交叉结构激光熔覆单道熔覆层的最佳工艺范围。针对十字型交叉结构,采取在交叉重叠部位进行局部加速的策略,进行了十字型结构的越过式交叉成形工艺研究。首先提出交叉不等高沉积工艺,根据质量守恒定律,通过计算进入熔池的粉末质量与熔覆层成形质量,联立等式后得到了先成形横向熔道对后成形纵向熔道高度的影响规律;其次建立了速度不等高数学模型,结合交叉不等高沉积工艺,计算出令交叉部位叠加高度与未交叉部位熔道高度相等时的扫描速度;最后根据自愈合效应及体积流动假设,提出一种缩减加速段距离的工艺方法,解决了提速后熔道交叉结合部位凹陷的问题。针对如X型交叉、环与环交叉类错位交叉结构,以斜截半圆柱体沿生长方向体积变化的数学函数计算为基础,根据体积假设重新确定交叉加速段的距离,完整熔覆成形“五环”型交叉结构件,并以此方法为基础成形蜂窝型非跨越错位交叉结构。针对多道交叉,完成相贯交叉模型的迭代计算,得到熔覆层不同位置对应交叉次数所对应的的初始加速熔覆层高度,基于速度不等高生长数学模型,得出交叉一、二、三次的加速度量。并完成“米”字型多道交叉加速段最佳距离的求解,完成熔覆路径规划并完整成形出“米”字型交叉结构件。分析熔池在空间任意倾角斜面下的受力情况,及其在合力作用下的流淌位移分析,建立空间任意倾角熔池流淌数学模型,为最终成形弯曲类“米”字型交叉结构件提供相应的理论支撑。通过对上述成形中关键技术的研究,最终实现“井”字型、五环型、“米”字型、蜂窝型、弯曲“米”字型交叉结构件的成形,并对成形件的宏观尺寸精度、微观组织性能、显微力学性能进行检测分析。结果表明:成形件交叉部位最大高度尺寸误差在+2.81%以内;总体显微硬度在275±15HV之间上下波动,最终成形件表面平整光亮,无宏观裂纹或夹杂缺陷。成形件的显微组织致密,其晶粒尺寸随成形高度的增加呈先升高后稳定的趋势,同层交叉部位的晶粒尺寸略大于其他部位,并存在晶粒生长方向垂直汇交特性。