在航空航天、军工、冶金、船舶等领域,一些大型或超大型零部件不可避免地在工作中会出现损伤,其高剩余附加值属性对零件的快速原位修复有着巨大的市场需求。对于不便拆卸或移动以及空间结构复杂零部件的修复,现有激光熔覆技术尚无法满足需求。本文提出激光内送粉空间多方位熔覆技术,使被修复零件保持不动,而激光熔覆喷头进行空间大范围角度运动,以实现大型零件的原位修复。本文主要研究内容、方法及结论如下:（1）基于激光内送粉熔覆喷头,通过增加保护罩和周向防护气帘的方法防止飞溅材料落入喷头内腔,可实现熔覆喷头空间大倾角下长时间稳定工作。完善了空间多方位激光熔覆系统,解决了激光内送粉空间变方位“激光原位修复”关键的设备问题。（2）研究了喷头倾斜角度对空间粉末浓度分布的影响及对光粉耦合效果的影响。通过气固两相流仿真模拟的方法获得了空间不同方位粉末浓度分布情况:随着喷头倾斜角度的增加,粉末浓度中心逐渐偏离粉管中心轴线,90°时粉末浓度偏移量最大。研究表明,准直气压对空间多方位粉末浓度偏移影响较大。提出“光粉耦合偏心距”的调节方法,即当准直气压在0.0125 MPa～0.0625 MPa的范围内时,通过调整其大小,可以有效改善粉末浓度分布并减小光粉耦合偏心距。（3）建立了空间多方位单道熔道宽高比、前进及后退接触角、顶点偏移量与基体倾斜角度及工艺参数之间的模型。通过单因素实验,分析了基体倾斜角度、激光功率、扫描速度、送粉速率、准直气压、离焦量等工艺参数对熔道宽高比、前进及后退接触角、顶点偏移量的影响;通过正交实验分析研究了以上各因素对熔道宽高比、前进及后退接触角、顶点偏移量的影响权重。结果表明:基体倾斜角度、扫描速度、准直气压、送粉速率对熔道的宽高比影响较大;基体倾斜角度、送粉速率、扫描速度和离焦量对前进及后退接触角、顶点偏移量的影响较大。通过响应曲面法建立了单道熔道宽高比、前进及后退接触角、顶点偏移量与主要影响因素之间的函数模型。（4）从熔池空间受力的角度分析空间多方位熔道截面形状的成因与机理,理论推导了空间熔池的几何形状与受力之间的关系模型。建立了空间熔道的横截面轮廓模型。采用了双椭圆模型和双圆模型对空间熔道轮廓进行几何形状的拟合。建立了空间倾斜基体熔覆层的搭接率与宽高比、接触角、顶点偏移量等熔道截面形状参数之间的数学模型。通过实验方法对搭接率模型进行了验证。结果表明:依据搭接率模型计算的最佳值进行搭接,可获得表面平整的搭接熔覆层。（5）采取工艺参数随着基体倾斜角度分段变化的方式进行空间曲面连续激光熔覆。在不同基体倾斜角度范围选择不同工艺参数的方法进行空间曲面熔覆实验,结果表明熔覆层表面光亮、平整度好;内部未见未熔及凹坑缺陷、厚度均匀。论文通过理论研究、仿真分析和实验验证相结合的方法,对空间多方位熔覆层形状特征及机理进行研究。建立了空间单道熔覆层与工艺参数之间的关系;多道搭接率与熔道截面形状参数之间的关系;最后根据空间不同方位变工艺参数的工艺方法实现空间熔覆层平整的目标。论文的研究成果对实现大型结构件激光原位修复具有一定的实际意义。