焊接结构在生产和服役过程中由于工艺偏差、腐蚀、疲劳载荷等原因易产生焊接缺陷,影响其服役可靠性。精确测量缺陷的位置和尺寸等信息是对焊接结构进行可靠性评价和剩余寿命预测的前提,因此具有高时间分辨率和信噪比的编码激励超声检测方法在焊缝检测中有很好的应用前景。编码激励方法不但能够解决在常规超声激励检测中检测距离与时间分辨率间的矛盾,还可以提高缺陷位置及尺寸的测量精度。但是激励信号的调频宽度、检测信号的旁瓣峰值水平及探头的频谱响应等在一定程度上限制了编码激励方法的适用性和可靠性。因此还需要深入研究激励参数对检测结果的影响规律、降低编码激励方法对探头频率和带宽的要求及在高衰减、强噪声检测条件下的适用性等方面的问题。针对上述问题,通过数字编码的方法,设计了频率、相位、幅度复合调制的编码信号——基于布莱克曼窗函数幅度加权的线性调频调制的二相Barker码信号,并将该信号作为超声检测的激励信号。开发了基于K空间伪谱法的仿真程序,分析所提出的复合编码激励方法在超声检测中应用的可行性。通过数值仿真的方法模拟了编码信号与探头间的相互作用及超声波在试件中的传播与衰减;设计并开发了能够激励任意编码信号及对接收信号做脉冲压缩处理的焊缝超声检测成像系统。为了评价超声检测结果,给出了检测信号的特征参数:主瓣宽度、旁瓣峰值水平及信噪比。利用所开发的仿真程序和检测系统,通过仿真分析和实验研究,揭示激励参数对复合编码激励的超声检测结果的影响规律,即激励信号的脉冲宽度越小、中心频率越高,则检测结果的时间分辨率越高;旁瓣峰值水平和信噪比受到激励参数的影响较小;激励信号的调频宽度对检测信号特征参数的影响较小。分析了不同激励方式对检测结果的影响,研究发现,与频率或相位编码激励和常规超声激励方法相比,复合编码激励方法可以有效改善检测结果的时间分辨率和信噪比,进而提高了检测的灵敏度和缺陷位置及尺寸的测量精度。当采用中心频率较低的探头进行检测时,复合编码激励的脉冲回波检测方法能够识别并定位出两个相对高度差仅为0.8mm的缺陷;采用该激励方式的TOFD检测方法能够测量尺寸仅为2mm的小缺陷,可将常规超声、频率编码及相位编码三种激励方法的测量误差分别降低35%、30%、20%。研究表明,复合编码激励方法改善了频率编码激励方式在低频率、小带宽检测条件下获得的检测信号的特征参数,进而提高了缺陷的测量精度。由于复合编码激励方法减少了时间分辨率对激励信号调频宽度的依赖,因此其检测结果受到探头的频率、频谱宽度的影响较小,提高了编码激励方法在焊缝超声检测中的适用性。在上述研究的基础上,为了能够进一步提高复合编码激励超声检测的可靠性,需要抑制检测信号的旁瓣峰值水平,提高信噪比,减小缺陷漏检或误判的概率。本文针对脉冲压缩和信号激励过程,分别提出了“幅度加权、延时累加”和“互补序列、两次激励”的两种旁瓣抑制方法。仿真分析和实验结果表明,两种方法均可以使旁瓣峰值水平降低至-57dB以下、信噪比提高58dB以上,且基于互补序列的复合编码激励方法还可以提高检测结果的时间分辨率。将上述复合编码激励及旁瓣抑制方法应用于高衰减、强噪声的大厚度奥氏体不锈钢焊缝成像检测中,实验结果表明,较常规超声激励的检测结果,其信噪比提高了近19dB,时间分辨率提高了约38%,测量误差减小了50%左右。