激光具有小光斑、能量密度集中和柔性高等特点,被广泛地应用在热处理、焊接以及增材制造等材料加工制造领域。激光加工的原理是利用激光束能量加热材料表面使其热穿透层内组织成分以及形貌尺寸发生改变,受材料参数、激光参数、工艺参数以及环境等众多因素共同作用的影响。这些参数的共同作用决定着加工过程的冷却速率与热穿透层形貌,进而影响其加工质量。因此,本文基于移动高斯激光热源进行了热传导解析分析以及表面热处理、直接能量单道沉积和焊接等工艺实验探究了工艺参数对冷却速率等热分布以及相变硬化淬硬层、焊接焊道和直接能量沉积层等热穿透层形貌的影响。具体研究内容及结论如下:（1）基于热传导方程推导分析了移动高斯激光热源加工过程热传导温度和冷却速度的分布规律,并开展了激光表面热处理实验,通过搭建的温度监测系统获取了表面峰值温度和冷却速率。结果表明:解析温度与实际测量温度符合性较好。且影响淬硬层深度和硬度的主要因素分别是表面峰值温度和冷却速率;当扫描速度降低时,表面峰值温度升高,淬硬层深度变大,相变冷却速率减小,淬硬层硬度减小;激光扫描速度过低时,会导致加工冷却速率低于材料发生马氏体相变的临界冷却速率,无法实现材料表面的硬化;随着功率增大,表面峰值温度增大,淬硬层深度增加。冷却速率和淬硬层硬度也随着功率的增大而提高,但当表面温度超过材料熔点后,冷却速率和硬度随功率的增加而降低。（2）开展了单道沉积和焊接工艺实验,并基于D-MORPH-HDMR全局敏感性分析方法定量分析了工艺参数对冷却速率和热穿透层形貌的影响程度。单道沉积工艺实验表明:激光功率、扫描速度、和粉末输送速率对沉积凝固冷却速率的影响程度最大的是激光功率,其次是扫描速度,最小的是粉末输送速率;对沉积层宽度的影响程度最大的是激光功率,其次是扫描速度,最小的是粉末输送速率,且宽度随功率的加大或扫描速度的减小而增大;对沉积层深度的影响程度最大的是激光功率,其次是粉末输送速率,最小的是扫描速度,且深度随功率的加大而增大;对沉积层高度的影响程度最大的是扫描速度,其次是粉末输送速率,最小的是激光功率,且高度随功率和粉末输送速率的增大或扫描速度的减小而增大。（3）激光焊接工艺实验表明:焊道宽度随功率的加大或扫描速度的变慢而增加,深度随功率的加大而增加。且激光功率和扫描速度及其耦合作用对焊接凝固冷却速率的影响程度最大的是扫描速度,其次是激光功率,最小的是扫描速度与功率的耦合作用;对焊道宽度的影响程度最大的是激光功率,其次是扫描速度,最小的是扫描速度与功率的耦合作用;对焊道深度的影响程度最大的是激光功率,其次是功率与扫描速度的耦合作用,最小的是扫描速度。（4）激光金属材料加工过程中,冷却速率随扫描速度的加快而增大,当加工温度超过材料熔点,材料发生熔化后,凝固冷却速率随激光功率的增加而降低。