在实际生产制造中,材料或构件中不可避免会存在各种冶金或加工缺陷,这些类似裂纹的缺陷会在服役过程中扩展成裂纹。裂纹的存在不仅降低了工件的负载能力,甚至在工件服役期间引发重大灾难事故,造成严重的生命和财产损失。对存在缺陷的零部件进行及时有效的修复,不仅可以节约资源,提高部件的使用寿命,还能避免产生重大的生命财产损失。激光修复技术利用激光的高能量密度将待修复试件和修复粉末熔融冶金结合,利用快速凝固的特点细化金属晶粒,从而达到修复损伤零件,延长使用寿命的目的。研究激光工艺参数对修复区材料性能及试件断裂性能的影响,对实际的修复工艺具有指导性的意义。本文以含裂纹的304不锈钢紧凑拉伸试件和纳米修复粉末为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS先后建立激光修复过程中的温度场分析模型和修复完成后的应力场分析模型。利用温度场分析模型研究特定激光工艺参数作用下的裂纹激光修复区域附近的温度场分布,进而求得修复完成后试件裂纹尖端沿厚度方向上的温度梯度、凝固速度和冷却速度等参数。根据凝固理论分析激光功率为2000 W,直径为2 mm时,作用1 s后修复区厚度方向上的晶粒形态分布情况;激光功率和光斑直径通过影响冷却速度而对修复区晶粒尺寸的潜在影响。利用修复试件的平面应力模型探究修复区材料模型分别为线弹性模型和Ramberg-Osgood幂强化模型时,材料力学参数对修复试件的裂纹远场J积分、界面J积分和裂纹尖端J积分的影响规律;通过温度场分析结果计算稀释率和激光工艺参数的关系,进而由基体材料成分、修复粉末材料成分和稀释率计算得到修复区材料成分,利用图像处理软件IPP和材料性能模拟软件JMatPro计算得到材料的力学性能参数,最后利用平面应力模型模拟得到激光功率和光斑直径对裂纹尖端J积分的影响规律。结果表明:温度梯度和凝固速度在厚度方向上随深度的增加而减小,温度梯度与凝固速度的比值随深度的增大而增大,晶粒形态在厚度方向上由等轴晶变为枝晶;冷却速度随激光功率的增大而增大,随光斑直径的增大而减小;稀释率随激光功率的增大和光斑直径的减小而变大;修复区的晶粒尺寸随着激光功率和光斑直径的增大先减小后增大;修复试件修复区材料的杨氏模量越大,屈服强度越大,硬化指数越大,硬化系数越小时,修复后裂纹尖端J积分越小,断裂性能越好。