镍基高温合金具有较高的高温强度、良好的耐腐蚀和疲劳性能等优异综合性能,因而广泛应用于航天航空发动机、舰船和工业燃气轮机等大型构建的热端部件的制备。但镍基高温合金成分复杂,容易偏析,形成脆性相,传统的制备方法限制了该类合金性能的充分发挥。激光熔覆法具有高能量密度,兼有急热快冷特点,能够有效地解决该问题。激光熔覆法容易出现较大的残余应力,因此如何控制残余应力是当务之急。目前的实验手段难于获取制备过程的温度场和流场的数据,因此通过计算机模拟技术研究激光熔覆过程具有重要意义。本文运用COMSOL Multiphysics软件对激光熔覆镍基高温合金过程进行了研究,建立了四路同轴送粉和熔覆过程模型,得到以下结论:(1)不同的惰性气体密度和动力粘度系数差异较大,气体密度和气体动力粘度系数越小,气体流动速度越大。在氩气、氮气、氦气三种惰性气体中,氦气的流动速度最大。粉末流在距送粉头喷嘴竖直距离14-18.2mm区域内汇聚性最佳。粉末粒子粒径在250-300目,载粉气流量为6-7L/min时,粉末粒子汇聚性最好,粉末粒子在汇聚区域的流动速度约为3.2m/s。(2)在熔覆过程的前0.7秒内,随着熔覆时间的增加,熔覆层宽度和熔池深度以及熔池内温度逐渐增大。0.7秒后,熔覆层几何形貌和温度场分布趋于稳定,基板与熔覆层组成的系统能量接近守恒,粉末粒子输送也趋于稳定。熔池后端自上而下温度梯度逐渐增大,但界面形成速度逐渐减小,熔覆层顶层形成晶粒较为细小的等轴晶,熔池底部易形成晶粒尺寸较为粗大的树枝晶或柱状晶。通过实验与模拟数据对比,模拟结果与实验数据吻合,熔池形貌、熔池宽度与激光功率变化规律误差为5.14%;熔覆层高度随扫描速度的变化误差为6.1%。(3)熔池上端流体流动速度较大,且俯视呈对称双环状,环上流体流动速度最大,越往内环中心和熔池边界流体流动速度越小,环形后端流动速度较前端大。表面张力温度系数为负时,熔池横切面所在平面左侧流体流动方向为逆时针,右侧为顺时针,熔池纵截面所在平面流体后端流动环上流体逆时针流动,前端流动环为顺时针流动。即表面张力温度系数为负值时,熔池中部流体由下往上流动,当表面张力温度系数为正值时,由表面张力温度系数与温度梯度共同作用,熔池中部的流体流动方向将由上往下流动。