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镁合金和铝合金是航天航空交通领域最具应用前景的两种轻型有色金属,但两种金属的物理及化学性能差异明显,较难获得优良的焊接接头。本文选择1.4mm厚AZ31B镁合金与1.2mm厚6061铝合金作为研究对象,进行了外加横向及纵向磁场辅助镁上铝下的激光搭接焊试验,通过高速相机、微型光谱仪、金相显微镜和带EDS探头的扫描电镜研究金属蒸气/等离子体的形貌及光谱信息、焊缝和熔池形貌、以及熔池的Mg-Al化合物分布,并建立了镁/铝激光焊接熔池的数值模型,探索了外加磁场改善镁/铝激光焊接熔池的作用机理,研究期望为航天航空交通镁/铝异种金属激光焊接及交通产业的轻量化进程提供实验基础和理论依据。本文首先研究了镁/铝磁场辅助激光焊接过程中熔池上方的金属蒸气/等离子体的形貌及光谱信息,发现无磁场作用时,熔池上方的金属蒸气/等离子体整体分散,亮度低;外加横向磁场,熔池上方的金属蒸气/等离子体的密度变大,形态明亮,金属蒸气/等离子体粒子密度增大;外加纵向磁场,熔池上方的金属蒸气密度同样增大,颜色相对明亮,金属蒸气/等离子体密度有所增加;外加磁场导致焊接熔池的热量增加,表明外加磁场对熔池吸收激光能量具有促进作用。其次,本文基于激光搭接焊工艺调整,获得了基本的工艺参数(激光功率1400W、焊接速度1500mm/min、离焦量0mm、高纯度Ar气流量为15L/min);以选定工艺参数进行磁场辅助激光焊接实验,发现外加横向磁场时,焊缝烧蚀程度变大,提升横向磁场强度后,熔池趋向于对称的V型直侧边,熔池面积增大,裂纹及气孔缺陷先减少后又增加,熔池的Mg-Al化合物分布趋向于均匀化;外加纵向磁场时,焊缝烧蚀程度有所变大,提升纵向磁场强度后,熔池也趋向于对称的V型直侧边,熔池的熔宽变窄,熔深变深,裂纹及气孔缺陷有所减少,但当磁感应强度过大后缺陷又有所增加,同时熔池的Mg-Al化合物分布亦趋向于均匀化。这些现象表明磁场能够对熔池进行搅拌;同等强度下,横向磁场促进金属材料吸收激光能量的效果优于纵向磁场,而纵向磁场搅拌熔池的效果优于横向磁场。最后,本文建立了磁场辅助激光焊接的热-流-冶金数值模型,对焊接过程进行了仿真分析,发现添加磁场后熔池的温度梯度大幅降低,促进了热量在熔池中的有效传递,熔池的能量分布更为均匀,熔池区域得到了扩大。而与未添加磁场时相比,熔池的流场整体流速得到大幅提升,熔池中的金属在洛伦兹力的搅拌效应下发生了旋转运动,产生了涡流,涡流中心为熔池中心。仿真计算的结果佐证了磁场对熔池吸收激光能量的促进作用以及磁场对熔池的搅拌效应。