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三峡水轮机是世界上已经建造的和目前正在建造的最大水轮机之一。每个水轮机转轮的最大外径10m，重450t，单机容量700MW。转轮材料采用410NiMo（13％Cr，4％Ni，0.5％Mo）马氏体不锈钢。这样的巨型转轮已经超出了常规制造技术，国内外制造商一致采用拼焊结构转轮，即转轮上冠、叶片和下环分别铸造，然后整体组焊，焊接接头的最大厚度达300毫米，因此，三峡转轮的焊接具有超厚截面、大拘束度、高强马氏体不锈钢焊接的特点，如此巨型转轮在国内外还没有先例。目前，水轮机转轮焊接与设计中，对于转轮母材及焊接接头仅提出一般的力学性能要求，而对于直接关系到转轮安全可靠运行的抗断裂性能，缺乏更为深入的要求。因此，本论文针对三峡水轮机等大型转轮马氏体不锈钢焊接材料及熔敷金属冲击性能进行了较深入的研究。本文选用三峡水轮机应用的大气冶炼的OCr13Ni5Mo实芯焊丝，以及真空冶炼的OOCr13Ni5Mo实芯焊丝。试验研究内容包括：熔敷金属冲击性能研究，主要采用夏比冲击试验方法，通过扫描电子显微镜对断口表面的分析，X射线衍射对相组织的分析，研究了熔敷金属的冲击断裂行为，为优化焊接材料与工艺奠定了技术基础，为转轮安全可靠运行提供了一定的试验研究依据。本文的主要研究结论为：1．[N]、[O]含量对熔敷金属冲击性能有明显影响，其中[O]含量是决定冲击功的主导因素，过高的[N]含量容易引起焊缝金属的气孔缺陷。熔敷金属中明显增C时，冲击韧性将大幅降低，建议Ar+CO2保护气中的CO2含量应控制在2％～3％为宜。2．TIG填丝确实可大幅提高熔敷金属的冲击功，TIG填丝可以做为焊接修复改善焊缝熔敷金属冲击韧性的一个有效手段。TIG、MAG、高速MAG、激光—MAG四种工艺方法中，TIG填丝焊接工艺对熔敷金属冲击功的提高是最显著的（达250J），对于修复改善焊缝熔敷金属冲击韧性可以达到最佳的效果。3．高速MAG和激光—MAG使用大气HS13／5L时可以大幅提高经过焊后热处理熔敷金属的冲击功，其冲击功达到或超过转轮母材及热影响区的冲击功。MAG焊经焊后热处理的大气HS13／5L焊丝熔敷金属冲击功只有80J左右，而高速MAG经焊后热处理的大气HS13／5L焊丝熔敷金属室温冲击功可达124J以上，激光—MAG经焊后热处理的大气HS13／5L焊丝熔敷金属冲击功可达142J以上，达到或超过转轮母材及热影响区冲击功（125J）。4．激光-MAG复合在使用真空HS13／5L焊丝时，不仅可以大幅提高经过焊后热处理熔敷金属的冲击功，同时还可以大幅提高熔敷金属焊态的冲击功。MAG焊大气HS13／5L焊丝熔敷金属焊态冲击功只有30J左右，焊后热处理熔敷金属冲击功80J左右；激光—MAG真空HS13／5L焊丝熔敷金属焊态冲击功达67J，焊后热处理熔敷金属冲击功接近110J。5．熔敷金属冲击功与熔敷金属中逆变奥氏体含量成正比，即逆变奥氏体含量越高，冲击功越高。