与单激光焊接相比,激光填粉焊接具有间隙适应能量强、激光能量利用效率高、深熔焊接激光功率阈值低等优点,与激光填丝焊接相比,激光填粉焊接具有粉末成分易调整、粉末输送柔性高等优点,因此其研究与应用受到了广泛关注。目前针对激光填粉焊接的研究主要集中在焊接工艺方面,有关填粉焊接熔池流动及粉末与熔池相互作用的研究鲜有报道。本文拟通过有限元模拟手段,从激光填粉焊接熔池驱动力、熔池温度场和流场以及合金元素分布三个方面展开研究。针对激光填粉焊接特点,本文建立了三维瞬态数学模型,采用VOF方法追踪熔池自由界面,并考虑了熔池自由液面的变化。在熔池驱动力方面,综合考虑了反冲压力、表面张力、粉末冲击力、重力和热浮力的影响。研究表明反冲压力和表面张力是熔池流动的主要驱动力,其中反冲压力是匙孔形成的关键驱动力,造成匙孔深度和熔池最大流动速度的高频波动。表面张力阻碍匙孔的形成,促进了金属从熔池中心向熔池边缘流动。粉末冲击力对熔池液面有显著的冲击,提高了熔池表面整体速度。重力和热浮力的驱动效果最小。在熔池温度场和流场方面,通过灰度值法和高速摄像获取了粉末落入熔池时数量分布和平均速度,研究了粉末不同入射状态对温度场和流场的影响。计算表明,粉末温度不同导致浅表层形成局部高温区或低温区,而粉末入射速度变化则在对熔池浅表层形成多个涡流环。粉末冲击在熔池表面造成“水晕”,随入射速度增加液面凹陷深度增加。非熔透时,随激光功率增加,匙孔后部涡流加强,熔透时,熔池上下存在两个对流环。激光填丝焊接熔滴对熔池的冲击显著高于激光填粉焊接,造成匙孔闭合,焊接过程不稳定。在合金元素分布方面,比较不同工艺参数下合金元素分布特点。非熔透时,激光功率和粉末入射速度的增加促进合金元素分布均匀性,而送粉量的增加扩大熔池上下合金元素含量的差异。试件熔透时,合金元素上多下少,分布不均匀。计算表明,采用高功率高粉末入射速度和大送粉量焊接时有利于合金元素的均匀分布。与激光填粉焊接相比,激光填丝焊接更有利于合金元素均匀分布。