针对镁合金激光焊接焊缝成形和接头性能差的问题，提出了可调环形光斑光纤激光焊接新工艺。对5 mm厚的AZ31B镁合金对接接头进行了焊接试验，研究了中心激光束和环形激光束功率组合对焊缝宏观成形、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明，当中心激光束功率大于环形激光束功率时，施加环形激光束可以显著增大焊缝上部的熔宽；当中心激光束功率小于环形激光束功率时，焊缝上表面和下表面成形均不稳定。在中心激光束作用区域，焊缝熔合线附近未见明显的热影响区和柱状晶区，且等轴晶晶粒较细。在环形激光束作用区域，焊缝熔合线附近存在热影响区和柱状晶区，且等轴晶晶粒粗大。随着环形激光束功率的增大，焊缝中心区的硬度值减小。当中心激光束的功率为2000 W、环形激光束的功率为1000 W时，接头抗拉强度和延伸率最高，接头断裂于焊缝熔合线附近，呈韧-脆混合断裂模式。

为研究激光表面微凹坑对AZ31B 镁合金耐腐蚀性能的影响，利用光纤激光器在材料表面制备微凹坑阵列。通过扫描显微镜观测微凹坑的形貌、直径和深度，利用双单元电化学工作站测试微凹坑制备前后材料表面的动电位极化曲线。结果表明: 微凹坑的直径和深度均随激光功率的增大而增大，微凹坑周围出现烧蚀现象；微凹坑直径与扫描次数无显著相关性，但微凹坑圆度与扫描次数呈正相关性。在相同微凹坑密度下，与未处理试样相比，激光功率为6、10、16 W 时试样的自腐蚀电位分别向正移-33、40、26 mV，自腐蚀电流分别减少了91.93%、92.09%、91.19%。激光功率为10 W 时具有最好的抗腐蚀性能；在相同激光功率下，与未处理试样相比，微凹坑密度为1.5%、2.5%、5.0%时试样的自腐蚀电位分别向正移21、40、56 mV，自腐蚀电流分别减少了92.22%、92.09%、94.05%。在实验密度范围内，微凹坑密度越高，AZ31B镁合金表面的抗腐蚀性能越好。

为分析激光冲击AZ31B镁合金薄板背面的动态响应与残余应力分布规律,采用PVDF贴片传感器对冲击波进行测量得到压电波形与动态应变响应曲线,X射线衍射仪对薄板背面冲击区域中心与其边界点冲击前后残余应力进行测量,结合冲击波的传播规律,解释了应变变化对残余应力变化的影响。结果表明,冲击波从冲击区域向冲击区域外的传播过程中,能量衰减明显。动态应变响应曲线类似正弦曲线,冲击区域在弹塑性双波加载时动态应变骤然增高,随后波动上升,最终的静态应变呈现拉应变与检测出的残余应力变化规律相符,冲击区域边缘的动态应变响应相较冲击区域变化缓和,弹塑性双波的卸载与加载过程并未引起动态应变的大幅突变,静态应变变化不大与残余应力的变化规律一致。

为分析在激光冲击波作用下AZ31B镁合金薄板背面的动态响应，采用聚偏氟乙烯贴片传感器与数字示波器对强激光诱导的冲击波进行测量，得到压电波形，结合冲击波的传播特性，对弹塑性双波的传播规律进行了研究。结果表明：激光诱导的材料动态响应是快速的；压电波形图反映出的弹性前驱波与塑性加载波传播到靶材背面的时间与理论时间相符；弹性前驱波能量小引发的波形振幅较小，紧随着的塑性加载波能量大并引起较大振幅波动，弹塑性双波卸载过程与紧接着的加载过程导致了压电信号的波动振幅提高。

以AZ31B镁合金为对象，对其进行CO2气体激光表面熔凝处理，采用金相观察、X射线衍射分析、硬度测试及摩擦磨损试验等手段，研究了激光熔凝层及原始镁合金的微观组织结构及磨损性能。激光功率P＝3 300 W，扫描速度v＝360 m/s时熔凝层是由α-Mg和β-Mg17Al12组成，且熔凝层的相含量比母材多。熔凝层的微观组织以树枝晶为主，枝晶组织发生了明显的细化。由于细晶强化、固溶强化和析出强化的共同作用，熔凝层的显微硬度提高了大约2倍。原始镁合金的磨损以磨粒磨损和氧化磨损为主，而熔凝层以磨粒磨损为主，熔凝层的耐磨损性能也得到了改善。

为了研究激光冲击处理对镁合金焊接件力学性能的影响，采用激光波长1064 nm，脉冲宽度15 ns，脉冲能量4 J，光斑直径3 mm的钕玻璃脉冲激光器，对AZ31B镁合金交流氩弧焊接件进行冲击处理。采用光学显微镜(OM)观测激光冲击前焊接接头微观结构，采用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)观测激光冲击后焊接接头表层微观结构，采用扫描电子显微镜(SEM)观测试样断口，并分析了力学性能提高的机理。实验结果表明：根据优化的激光参数，能在焊接接头表层制得纳米晶，晶粒大小为35 nm左右；激光冲击处理改变了焊接件热影响区的应力状态，由残余拉应力60 MPa转变为残余压应力-125 MPa；激光冲击处理后，试样的抗拉强度提高了15.2%，屈服强度提高了15.7%，表面硬度提高了78.2%，平均冲击功提高了60%。AZ31B镁合金焊接件力学性能的提高是表面纳米化、应变硬化和残余压应力共同作用的结果。

被誉为“21世纪绿色工程材料”的镁及镁合金已成为继钢铁和铝材料之后的第三大金属工程应用材料, 但较差的硬度、耐磨损性及耐腐蚀性在一定程度上制约了它的广泛应用。采用最大输出功率5 kW的HUST-JKT5170型横流CO2气体激光器对AZ31B镁合金表面进行激光熔凝处理, 同时对熔凝层的正面和背面进行液氮极速冷却, 对该条件下的冷却速度进行计算, 并分别从显微组织、物相、显微硬度和腐蚀性能等方面对比分析了原始镁合金和极速冷却熔凝层。研究结果表明: 激光+液氮的冷却条件下, 熔化层的冷却速度v＝324.9 K/s; 熔化层冷却并凝固后没有裂纹、气孔等缺陷。微观上, 极速冷却的熔凝层的晶粒大小远小于原始镁合金, 且晶界已不明显; 与母材的过渡处微观组织呈现典型的白亮的平面晶形态, 从底部到顶部, 熔凝层的晶粒尺寸逐渐减小; 熔凝层主要由α-Mg相组成, 而β-Mg17Al12相的衍射峰强度相对于原始镁合金极大地弱化。主要受细晶强化作用, 极速冷却的熔凝层的显微硬度提高到140 HV0.05, 是原始镁合金(约50 HV0.05)的2.8倍。在质量分数为3.5%的NaCl(pH＝7)溶液中的电化学腐蚀发现, 该极速冷却条件下获得的熔凝层的腐蚀电流为3.889×10-4 A, 高于原始镁合金的1.470×10-5 A, 且腐蚀电位为-1.483 V, 低于原始镁合金的-1.438 V, 说明该极速冷速条件下熔凝层的耐腐蚀性能略差于原始镁合金。

为了研究激光冲击处理对AZ31B镁合金冲击韧性的影响，采用波长为1064 nm，脉冲宽度为15 ns，脉冲能量为10 J，光斑直径为3 mm的钕玻璃脉冲激光对变形镁合金AZ31B试样表面进行冲击处理。利用透射电子显微镜(TEM)观测激光冲击试样的微观结构，利用X-350A型X射线应力仪测定试样表面残余应力，利用JB-300B型冲击试验机测定试样冲击功的大小，利用扫描电子显微镜(SEM)观测夏比冲击试样断口。实验结果表明：根据优化的工艺参数，激光冲击处理能在AZ31B镁合金上制备出纳米结构表层，表面晶粒尺寸大约为20 nm；激光冲击处理改变了试样表面的应力状态，由残余拉应力17 MPa转变为残余压应力-125 MPa；激光冲击之后AZ31B镁合金试样的平均冲击功由5.4 J增大到9.2 J，提高了70.4%。AZ31B镁合金激光冲击试样冲击韧性提高的机理是表面纳米化及残余压应力共同作用的结果。

为提高镁合金表面的耐磨性, 利用5 kW横流连续CO2激光器在AZ31B镁合金表面采用低能量密度激光能量制备了无裂纹、气孔等缺陷的熔凝层。通过光学显微镜、X射线衍射仪观察分析熔覆层的宏观形貌、微观组织和物相, 并利用显微硬度仪、磨损试验机测试熔覆层的显微硬度和耐磨性。研究结果表明: 熔覆层由α-Mg和β-Mg17Al12组成, 晶粒明显细化。采用低能量密度工艺即激光功率P＝2 kW、扫描速度v＝15 mm/s、激光能量密度E＝ 26 J/mm2时, 晶粒细化程度和β-Mg17Al12强化相综合强化效果最好, 即显微硬度最高, 为50 HV0.05～79 HV0.05比基体提高了13.64%～64.58%; 耐磨性改善程度最好, 磨损量是原始镁合金的40%, 耐磨性提高60%。说明采用低能量密度且高功率快速扫描的工艺可以获得显微硬度和耐磨性改善程度最高的激光熔凝层。

为了研究激光冲击处理对镁合金焊接件应力腐蚀性能的影响，采用激光波长1064 nm，脉冲宽度15 ns，脉冲能量4 J，光斑直径3 mm的钕玻璃脉冲激光器，对AZ31B镁合金交流氩弧焊接件表面进行冲击处理。室温下采用三点加载的方式，在去离子水中对试样进行应力腐蚀实验。利用光学显微镜和透射电镜观测激光冲击试样微观结构，利用扫描电镜观测应力腐蚀断口。实验结果表明：根据优化的激光参数，能在试样表面制得纳米结构表层，样品表面纳米晶粒大小为35 nm左右；激光冲击处理改变了试样表面的应力状态，由残余拉应力60 MPa转变为残余压应力-125 MPa；激光冲击处理后自腐蚀电位增大88 mV，腐蚀电流减小了73.4%，从而降低试样腐蚀倾向；未激光冲击的试样在浸没了192 h后出现应力腐蚀开裂，而激光冲击的试样在浸没了10个月后未出现裂纹，这表明激光冲击处理能够提高AZ31B镁合金焊接件抗应力腐蚀的能力。