由于超高速激光熔覆技术具有效率高、熔覆层质量好的优点,在电镀行业、表面涂层领域和激光增材制造领域具有巨大的应用前景。本文系统分析了激光熔覆同轴送粉流场和温度场的理论模型,开发了一种基于非稳态粒子追踪技术的综合性激光熔覆粉末温度场模型,利用模型研究了不同工艺参数下粉末对激光产生的能量衰减,以及不同参数下粉末温度场的变化规律,并针对能量衰减模型和超高速激光熔覆工艺进行了实验与分析。论文的研究工作如下:（1）分析了同轴激光熔覆过程的基本原理,建立了该过程的理论模型,以常规同轴四路送粉管激光熔覆头与超高速激光熔覆环形熔覆头为研究对象,利用FLUENT建立了基于非稳态粒子追踪技术的CFD仿真模型,通过仿真结果发现超高速激光熔覆环形熔覆头可以形成半径0.8mm的粉斑,熔覆头下方15mm～20mm空间内粉末浓度最高,而送粉管熔覆头只能形成半径2.3mm的粉斑,熔覆头下方14～16mm空间内粉末浓度最高,并通过实验对比验证了模型的可行性。（2）设计了一种基于粉末遮光比的能量衰减算法,通过FLUENT非稳态粒子追踪结果和MATLAB程序可以快速获得不同参数下激光穿透粉末的光衰减情况。利用此算法分析了当粉末粒径为30um～90um,和当送粉量为10g/min～42g/min时,激光穿越粉末的能量衰减规律。发现超高速激光熔覆头可以对激光能量产生50%以上的衰减,而同轴四路送粉管熔覆头的最高衰减量仅为20%。通过实验验证了此算法的有效性,同时发现激光穿越粉末的能量衰减具有高斯函数的变化特征。（3）利用光衰减算法修正了激光热源模型,建立了基于非稳态粒子追踪的粉末温度场计算模型。利用模型研究了激光功率为1k W～4k W、粉末离焦量-5mm～5mm、粉末粒径30um～90um、送粉量10g/min～42g/min,载气量8L/min和16L/min等参数下,粉末的温度场变化,发现通过提升激光功率、粉末正离焦0～3mm等可以提升粉斑温度,减小粉末粒径和提高送粉量、载气量可以提高激光能量在粉末中的利用率。同时预测了当粉末离焦量为2mm,激光功率为4k W,送粉量为21g/min,粉末粒径为30um时,激光扫描速度可以达到10m/min。（4）详细分析了4k W超高速激光熔覆系统的结构及特性,同时利用此套超高速熔覆系统进行了熔覆试验,研究激光功率、送粉量、送气量对熔覆层成型的影响。发现轴型工件的熔覆层厚度随着功率、送粉量和送气量的提高而有较大幅度的提升,而熔覆层宽度随着功率的提高而提高,但是会随着送粉量和送气量的提高而略微下降。