低合金钢/奥氏体不锈钢异种钢结构在海洋平台、油气管线等领域具有广泛的应用,亟需开展异种钢结构的水下焊接修复技术研究。然而,目前关于异种钢结构水下湿法焊接工艺及接头组织性能的研究还无法满足应用发展的需要。本课题针对异种钢水下湿法焊接过程中存在的成形质量差、接头性能低等问题,以低合金钢16Mn与奥氏体不锈钢304L异种钢接头为研究对象,系统研究了异种钢水下湿法焊接工艺和异种钢接头组织性能非均匀特征;并通过在16Mn钢侧预置隔离层的方式,研究了隔离层厚度对异种钢接头微观组织、元素分布及力学性能的影响规律,实现了具有较高质量的16Mn/304L异种钢结构件的水下湿法焊接。分析水下专用镍基自保护药芯焊丝和商用ER308药芯焊丝的工艺性能,确定异种钢水下湿法焊接接头所用的焊丝类型。针对所选用镍基自保护药芯焊丝,研究热输入对异种钢水下湿法焊接过程稳定性及焊缝微观组织的影响规律。在此基础上,研究不同的坡口尺寸对异种钢接头焊缝成形的影响规律,获得最佳的异种钢水下湿法焊接工艺参数:电弧电压28V,焊接电流185A,焊接速度132mm/min,坡口角度60°,间隙2mm。研究了镍基焊丝异种钢水下湿法焊接接头微观组织及力学性能的非均匀分布特征。发现异种钢接头16Mn侧熔合线附近存在微观组织及元素分布的不均匀过渡区,16Mn侧焊缝金属存在不连续的II型晶界,304L侧以延生结晶形式生长,镍基焊丝异种钢水下焊接接头的抗拉强度约为510MPa,16Mn钢侧热影响区的冲击性能较低,仅为39J/cm~2。为了进一步揭示异种钢接头熔合线处组织及成分分布特点,在同一参数,对比研究了不同环境（陆上和水下）、不同填充材料（镍基自保护药芯焊丝和ER308不锈钢焊丝）下异种钢接头的微观组织特征与元素分布规律,结果显示,水环境下异种钢接头的微观组织及元素非均匀分布特征更显著,ER308焊丝异种钢水下焊接接头16Mn侧过渡区易形成冷裂纹,相比奥氏体不锈钢焊缝,镍基焊缝金属更耐稀释,在水下环境中可以保持较好的力学性能。为了缓解异种钢水下焊接接头低合金钢侧热影响区的淬硬倾向,利用钨极氩弧焊填丝的方法在16Mn低合金钢侧预置不同厚度的ERNi Cr Mo-3隔离层,分析隔离层厚度对异种钢水下焊接接头不同区域的元素分布、微观组织特征及接头的力学性能的影响。发现随着隔离层厚度的增加,16Mn钢侧热影响区马氏体数量逐渐减少,异种钢水下湿法焊接接头在保持较高抗拉强度的同时,低合金钢侧热影响区的冲击韧性明显提高50%,达到89J/cm~2。