随着我国南海油气资源开发步伐的加快,深水海洋平台用立管和张力腿的环焊缝焊接面临着巨大的挑战。传统上管道环焊缝一般采用带铜滑块的内对口器实现高效的全自动MIG焊接作业。但该技术存在铜滑块烧损、焊缝渗铜以及打底焊道背面成形不良,易于形成“台阶”状焊道等问题,无法完全满足深水海洋平台立管及张力腿的焊接要求。本文尝试将一种柔性衬垫置于工件和铜滑块之间,起到阻止铜滑块烧损并改善焊缝背面成形的目的,为提升深水海洋平台关键焊接质量提供了一种有益探索。首先,对带柔性衬垫的GMAW打底焊过程进行了有限元模拟计算,研究了衬垫厚度和热物性参数对焊接温度场的影响规律。结果表明,柔性衬垫对焊接温度场的影响非常明显,典型隔热材料的柔性衬垫只需要0.5 mm厚就可以使铜滑块表面的峰值温度由700℃降低到80℃以下;在本文研究的参数范围内,柔性衬垫材料的厚度、密度和比热容的变化对焊接温度场的影响都很小,而热导率会明显影响焊缝的冷却速度和温度梯度,进而影响焊缝的微观组织和性能;柔性衬垫还可以使焊根的t8/5增大为无柔性衬垫时的10倍左右,大大降低了焊根的冷却速度,并使背面熔宽变得更宽、更均匀。其次,对选取的几种典型的衬垫材料进行了模拟焊接试验。结果表明,使用合适的柔性衬垫后,打底焊道背面熔宽变得均匀一致,很好地验证了模拟结果发现的规律;金相分析结果表明,柔性衬垫的使用改变了打底焊道柱状晶的生长方向;从打底焊道背面成形来看,柔性衬垫的使用有效减小了焊趾过渡角,过渡更圆滑。在所测试的5种典型的柔性衬垫材料当中,一种硅酸铝陶瓷纤维纸表现出较好的综合性能,可以获得圆滑过渡的焊趾、均匀的背面熔宽以及较好的表面成形效果。本研究的初步结果表明,采用一层很薄的柔性衬垫可以有效避免铜滑块的烧损并改善了焊根的背面成形,但其对焊接接头的疲劳性能等关键性能指标的影响还需要进一步的深入分析研究。