回火焊道焊接技术作为取代焊后热处理的新型焊接修复技术受到了国外的广泛关注，已将其成功地应用于核电部件的焊接修复，国内对回火焊道焊接技术的实现条件、改善机理以及焊后性能等尚缺乏系统的研究。本文针对SA508-3钢锻件自动TIG焊热影响区，以显微硬度、显微组织和冲击吸收功作为评价指标，开展了SA508-3钢回火焊道焊接技术的实现条件、焊道几何尺寸影响规律、回火焊道焊接工艺窗口、回火焊道焊接接头组织与性能等试验研究。获得了SA508-3钢锻件自动TIG回火焊道焊接技术的实现条件，分别提出了回火模式和调质模式回火焊道焊接技术实施的判据。热模拟试验结果表明，粗晶区和临界粗晶区在经历峰值温度为650℃的焊接热循环或峰值温度950℃+峰值温度为650℃的焊接热循环后，都可以获得综合性能良好的回火索氏体组织。通过合理控制焊道几何尺寸可以实现回火焊道焊接技术。制定了SA508-3钢锻件自动TIG回火模式和调质模式回火焊道焊接技术的焊接工艺窗口，试验结果表明，焊接速度可作为调整焊接工艺性能的有效变量，通过合理控制焊接电流及送丝速度可以实现回火焊道焊接技术，在焊接电流100A～200A时可以实现回火模式及调质模式的回火焊道焊接技术。针对60mm厚SA508-3钢锻板，进行了回火焊道焊接技术的试验验证。调质模式和回火模式都能有效的改善焊接热影响区的组织和性能，获得了良好的强韧性匹配。回火焊道焊接接头与常规焊接接头相比，都能得到综合性能良好的回火索氏体组织，其粗晶区冲击韧性与焊后热处理态相当，显微硬度略高于焊后热处理态，但仍满足制造要求。