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本文以8mm厚高氮钢为研究对象，采用光学显微镜、扫描电镜、X射线探伤仪以及X射线应力测试仪等设备，通过单因素试验优化方法以平板堆焊形式研究了激光功率、焊接速度、离焦量以及保护气体变化对焊缝成形、焊缝组织和显微硬度、焊缝气孔率以及焊接应力的影响规律，获得一组最优参数组合。 研究表明：随着激光功率的增大，焊缝表面成形质量下降，截面束腰显著，焊缝熔深、焊缝平均硬度及焊缝气孔率均增大，焊缝束腰上侧区域Cr、Mn元素的质量分数增大，且铁素体的数量增多。随着焊接速度的增大，焊缝表面成形质量降低，截面束腰不显著，焊缝熔深、熔宽均减小，焊缝平均硬度增大，焊缝气孔率先增后减，焊缝束腰上侧区域Cr、Mn元素的质量分数减小，且铁素体晶粒细化。 离焦量为负时，焊缝熔深较大，焊缝截面束腰显著，焊缝平均硬度较高，焊缝气孔率较低；离焦量为-3mm时焊缝表面成形优良；离焦量为-1mm时焊缝中析出物较多；正离焦量小于+5mm时焊缝组织晶粒粗大。保护气体为60%He+40%Ar时，焊缝表面成形优良，截面束腰不显著，熔深最大，气孔率最低；保护气体中含N2时气孔率较高，随着He体积分数的增大，焊缝平均硬度增大；保护气体不含N2时，Cr、Mn元素的质量分数升高铁素体数量多且均匀分布。 利用SYSWELD焊接仿真软件对高氮钢激光焊接进行了温度场和应力场的数值模拟，获得了熔池形貌、熔合区温度循环曲线以及接头残余应力分布规律，与实测结果相比，二者吻合程度较好。对焊缝残余应力的研究分析表明，焊缝中的残余应力与激光功率呈正相关，与焊接速度呈负相关，离焦量的绝对值越大，焊缝中残余应力越大。 通过对激光功率、焊接速度、离焦量和保护气体等工艺参数的优化及有限元仿真分析获得最优工艺参数为：激光功率3.0kW，焊接速度0.9m/min，离焦量-3mm，保护气体为60%He+40%Ar。