随着科学与技术的快速发展,一项颠覆传统制造理念的全新制造技术登上了历史的舞台——激光熔覆增材制造技术。作为该项技术中执行设备的关键部件,同轴送粉喷嘴对激光熔覆再制造零件的精度和质量起到至关重要的作用。因其具有实现由载气携带的粉末颗粒在喷嘴内部进行圆周方向均匀分散,形成环形收缩均匀粉末帘从喷嘴出口与激光束同轴输出,材料利用率高,熔覆层具有各向同性等优点,目前已成为提高制造精度和质量的熔覆设备研究中的关键。本文针对现有同轴送粉喷嘴粉末周向分散不均匀、汇聚效果差、结构设计缺陷造成堵粉等问题,对其进行了结构的设计优化、粉末粒子在喷嘴中的流场模拟分析和送粉实验研究。（1）基于流体力学、气力输送和气固两相流理论,对粉末颗粒在管道内流态化、受力和运动状态进行分析,分析粉末粒子在管道内运输速度和到达喷嘴的反应时间。（2）建立同轴喷嘴粉末流汇聚几何模型和浓度分布模型,利用理论模型分析喷嘴结构参数对粉末汇聚形态影响规律和浓度分布规律进行研究,为喷嘴结构参数优化提供理论依据。建立粉末粒子落入熔池前与激光相互作用时温升模型,表明喷嘴锥角越小,粉末颗粒与激光相互作用时间越长,温度越高,且越靠近激光束中心,粒子温度升高越快。（3）针对现有喷嘴在周向粉末分散不均匀、汇聚性差、堵粉等问题,设计了一种喷嘴结构,解决了现有喷嘴结构造成的颗粒带有离心力、与壁面弹性碰撞和堵粉等问题。对设计的喷嘴结构进行Fluent气固两相流离散相颗粒运动仿真模拟,模拟喷嘴结构参数对粉末汇聚性影响,确定结构参数优化大致范围:粉腔倾角为18°-26°之间,出口间隙为0.5-1 mm之间。（4）采用响应面回归分析法拟合喷嘴三个出口结构参数与粉末汇聚焦点位置和焦点处腰束半径的数学模型,利用数学模型进行多目标优化,为目标值粉末汇聚下焦距f2=14mm、下焦半径r2=1.5mm时优化喷嘴结构最佳组合为:r=5mm、w=0.5mm、α=20.76°。通过模拟对比,结果表明:优化后喷嘴粉末周向分散均匀性和汇聚性较原喷嘴好,粉末汇聚焦点处半径为1.5mm,与优化结果吻合,且粉末在汇聚焦点处的浓度为原喷嘴的2倍。（5）利用制造出优化后喷嘴进行送粉试验,结果粉末在周向分散均匀,送粉效果较原喷嘴得到极大的改善。最后,进行单道熔覆试验,研究工艺参数对喷嘴熔覆层横截面形态特征影响规律进行分析,评估其工作性能。