石油运输管道是能源运输中重要的输送设备。随着在役管道的增多,管道安全运输问题越来越受到人们的关注。随着管道使用时间的增加,腐蚀、裂纹、凹坑等缺陷出现的概率增加,缺陷管道容易造成管道泄漏事故,导致资源大量浪费,造成社会经济损失、环境污染,严重危害人民生命安全。为解决管道缺陷问题,提出采用超声相控阵方法对管道进行缺陷检测。超声相控阵检测技术可以控制超声波声束,通过声束偏转、聚焦对管道进行检测,还可以灵活改变阵元数量、检测角度,检测速度快,灵敏度高。针对超声相控阵管道检测技术,以超声波传播特性为基础,结合超声相控阵换能器的声场传播规律,对一维线性相控阵列声场进行了理论推导,对声场分布进行理论仿真分析。结合管道中的声场传播规律,超声相控阵声束偏转、聚焦等特性,分析了环形相控阵声场在管道中垂直聚焦、偏转聚焦声场的传播路径,利用反向相位匹配法,推导出环形相控阵偏转聚焦延时法则。实验对象选择Φ168管道,采用小型环形超声相控阵模块进行垂直聚焦、偏转聚焦检测实验,实验验证了偏转聚焦延时法则的有效性,分析工作阵元数量、偏转角度、回波幅值、检测误差的关系。实验中对带有腐蚀缺陷的Φ168管道进行缺陷检测,分析了焦距、阵元数量、偏转角度与缺陷检测效果的关系,验证了环形相控阵的检测能力。实验结果表明,利用偏转聚焦延时法则对环形超声相控阵阵元进行控制,可以达到声束偏转聚焦效果,且聚焦检测效果优于无聚焦模式。随着环形超声相控阵偏转角度的增加,回波信号幅值呈现先稳定后逐渐下降的趋势;聚焦距离的增加导致检测误差呈现先减小后增大的趋势,当聚焦点在管道外壁附近时,能够取得较好的聚焦效果;缺陷检测误差随着偏转角度的增加呈现逐渐增加的趋势,偏转角度在±10°以内能够保持较小的误差。