随着计算机技术、激光技术的发展,激光熔覆技术被越来越多的应用于各行各业。激光熔覆技术是指在基体表面形成与基体相互熔合且具有完全不同成分与性能的熔覆层的先进技术。激光熔覆技术的关键是要保证粉末可以均匀、稳定、可控的被输送至熔覆区来保证熔池及其热影响区的组织和性能。而实现这一关键技术的核心零部件即为激光熔覆同轴送粉喷嘴。因此研究激光熔覆喷嘴结构参数及送粉的工艺参数对提高激光熔覆的质量尤为重要。本文针对现有喷嘴存在的粉末汇聚直径大、粉末利用率低、喷嘴易堵塞、冷却水系统效果不佳、送粉效果不稳定等问题进行优化设计出了一款具有外保护气结构的改进的激光熔覆同轴送粉喷嘴。（1）建立了单个颗粒在管路中的运动模型,得到了输送粉末颗粒需要的气流速度最佳为1.81m/s。建立了喷嘴结构的几何模型,分析了在不考虑其他因素影响的状况下,喷嘴结构参数对送粉效果的影响规律。（2）利用新设计的喷嘴模型建立了喷嘴送粉过程的有限元模型,对碰嘴送粉过程进行了数值模拟,验证了内外有倾角的粉腔结构的合理性。探究了粉腔半径、粉腔倾角、粉腔间隙对粉末汇聚效果的影响规律并确定了喷嘴结构参数的优化区间。为下文结构参数优化提供理论依据。（3）利用响应曲面法和遗传算法优化的BP神经网络来优化喷嘴结构参数组合,优化后的喷嘴结构参数为:粉腔倾角19°、粉腔半径6.3mm、粉腔间隙0.6mm。其粉末汇聚直径为2.89,粉末汇聚焦距为10.98mm。在确定了喷嘴结构参数组合后,根据喷嘴的结构参数组合确定了外保护气结构参数的范围。利用正交试验法设计试验对外保护气结构参数进行了优化,优化后的外保护气结构参数为:外保护气倾角35度、外保护气半径最佳为8mm、外保护气流速最佳为1.5m/s。其粉末汇聚直径为2.631mm,粉末汇聚焦距为10.59mm。（4）利用光敏树脂材料制作出无支撑的激光熔覆同轴送粉喷嘴,并对其进行送粉效果验证。对优化后的喷嘴进行了粉末汇聚焦点、粉末汇聚直径、粉末利用率、送粉稳定性的测定。验证了仿真结果的真实性。优化后的粉末汇聚直径为2.75mm,粉末利用率约为57%,粉末汇聚焦距为10mm。证明了优化后的喷嘴较原喷嘴送粉效果有了很大提高。