近年来，送粉式激光熔覆成形技术在金属零件成形及修复领域得到日益广泛的应用。由于激光熔覆成形是一个复杂的物理及冶金过程，影响成形质量的工艺参数较多，成形质量难以控制。激光熔覆成形温度场和应力场的分布情况，特别是成形过程的温度梯度、冷却速率和应力分布对熔覆层质量和裂纹的形成有着直接影响。但是，由于送粉式激光熔覆成形过程是一个急速的熔化及凝固过程，采用实验方法测量熔池温度场和应力场的变化规律十分困难。因此，本文采用数值模拟与实验研究相结合的方法，对送粉式激光熔覆成形过程中温度场和应力场进行研究，以揭示激光熔覆成形组织生长形态及熔覆层裂纹的形成机理。首先，采用有限元分析软件ANSYS的APDL语言进行参数化编程，建立了送粉单道、多道搭接及单道多层激光熔覆成形过程的三维瞬态温度场有限元模型。分析了熔覆成形过程熔覆层温度场分布、不同节点的温度—时间历程及温度变化规律、熔池轮廓的变化，并确定了一种测量熔池深度的方法。研究结果表明：熔覆层温度场分布呈现不同的特征，不同节点的温度—时间历程呈周期性变化。熔覆层端点处节点的最高温度高于中间部位节点的最高温度，存在“端部效应”。激光熔覆成形过程具有很高的温度梯度及冷却速率，分别达到10~5℃/s及10~3℃/s，通过对熔覆层不同深度节点温度梯度的分析，研究了熔覆过程温度梯度的分布情况对熔覆层组织及生长方向的影响。模拟分析了激光工艺参数对激光熔覆成形过程温度场的影响，为送粉式激光熔覆成形工艺参数的优化提供了理论依据。其次，在温度场有限元模拟分析的基础上，进行了送粉式多层激光熔覆成形热—力耦合分析。结果表明：沿激光扫描方向(X轴正向)拉应力最大，因此，熔覆层裂纹多垂直于结合面而垂直开裂；在熔覆层与基体交界处及熔覆层端部应力较大，是裂纹的高发区。通过对熔覆层某节点三个方向上的塑性应变进行分析，揭示了激光熔覆层裂纹的两种形态：热裂纹和固态冷却裂纹，并分析了影响裂纹形成的因素，为减少和消除熔覆层裂纹提供了理论基础。最后，通过激光熔覆成形试验，对激光熔覆成形组织和开裂行为进行了分析，所得结果与温度场数值模拟结果吻合较好，验证了数值模拟结果的正确性。