镁合金凭借自身密度小、比强度和比刚度高、易回收循环应用等诸多优点广泛应用于工业实际生产中,成为未来发展潜能高的节能环保材料。然而镁合金因其化学性质活泼、表面张力小等独特的物理特性,在焊接过程中常出现粗晶、气孔、裂纹等一系列的焊接缺陷。电子束焊通常在真空状态下进行,能量密度高且焊接变形小,采用这种高精密的焊法焊接镁合金,可获得高质高效的镁合金焊接接头,有利于推动镁合金在大型结构件及非结构件上的应用,对其工艺的研究具有重要的现实指导意义。本文以5 mm厚的AZ31镁合金为试验板材,采用堆焊研究不同焊接参数对焊缝形状的影响规律,以此综合得出镁合金电子束焊工艺参数的选择方法及范围。其次,采用正交试验的方法,涉及四因素三水平的正交设计表,共进行9组试验,根据各项考核指标最终优化出了3组工艺参数。采用光学显微、扫描电镜、能谱分析、XRD、显微硬度计以及拉伸试验仪等测试分析手段,对其焊缝进行力学性能测试和显微组织的观测。规律研究结果表明:聚焦电流对焊缝形状影响较大,随聚焦电流增加,熔宽呈U型曲线变化,熔深呈倒U型曲线变化,聚焦电流为1.61 mA时焊缝深宽比达到最大。电子束流和焊接速度对焊缝基本形状影响较小,仅对熔池尺寸产生影响。电子束流不断增大时,焊缝各区域的熔宽熔深尺寸均增大。随焊接速度增加,焊缝各区域的熔深熔宽尺寸皆减小。对焊缝形貌参数整合后发现,钉体状以及钉帽的上表面宽度和高度仅受热输入值的影响,而钉帽下表面宽度同时受热输入大小和热输入生成方式的影响。综合分析得出,采用大束流、大焊速、表面附近聚焦且热输入小的焊接参数,可得到深宽比大、熔化效率高的焊缝。正交试验研究表明:采用试样Ⅱ的焊接参数焊接时力学性能最佳,抗拉强度可达到母材的87.9%,屈强比为74.2%,强度储备能力最强,断裂于热影响区,断裂机制为韧脆混合断裂,焊缝硬度均值为53.01 HV,与母材硬度值接近。母材显微组织为细小等轴晶,焊缝中心为细小的树枝状晶粒,熔合线附近为胞状树枝晶,热影响区等轴晶晶粒粗大。SEM扫描结果表明,母材与焊缝区的第二相形态不同,第二相形态由针片状转变为弥散分布的颗粒状粒子。最后对各优化试样的力学性能和显微组织的关系分析得出,聚焦电流1.59 mA、电压49 kV、电子束流42 mA、焊速2000 mm/min为最佳优化参数。