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超声波衍射时差法(Time of Flight Diffraction, TOFD)是一种新型的超声检测方法,该技术利用缺陷端部衍射信号传播时间进行缺陷定位定量,具有定量精度高、缺陷检出率高、成本低、操作方便的优点,非常适合钢制压力容器焊缝的检测。TOFD检测常使用大扩散角探头,探头指向性差,导致检测横向分辨率差,缺陷长度定量误差大；在纵向分辨率上,由于超声脉冲具有一定宽度,当两信号传播时间差很小时,将会发生波形混叠现象,导致检测纵向分辨率低,无法对缺陷定位定量。针对上述分辨率问题,本文在OVA仿真基础上,结合实验验证,利用合成孔径聚焦技术(Synthetic Aperture Focusing Technology, SAFT)对缺陷D扫描图像进行处理,比较了其与幅值下降法、抛物线指针法对开口槽、横孔的长度定量结果；借助TOFD检测中的缺陷变型波信号实现近表面缺陷定位,并利用自回归谱外推信号处理技术提高缺陷上下端混叠信号时域分辨率。首先明确了超声衍射时差法基本理论和成像特点,确定了TOFD检测中探头频率、探头尺寸、探头角度、探头中心间距的选择原则。针对TOFD检测中横向分辨率差,缺陷长度定量误差大的问题,采用基于检测A扫描信号幅值下降的方法、基于TOFD D扫描图像的抛物线与缺陷端部拟合的方法以及SAFT信号处理法消除缺陷端部冗余信息的方法对缺陷长度进行定量；对表面与焊缝平行的缺陷、表面存在弧度的缺陷以及与焊缝存在倾斜角度的缺陷分别进行了研究；对比分析发现SAFT信号处理技术是三种方法定量能力最强的一种方法,通过将缺陷端部的甩弧减弱,可以有效提高TOFD检测D扫描图像的横向分辨率,突出缺陷长度信息,有助于缺陷识别与定量,研究表明SAFT处理后缺陷长度定量误差可保持在±1.Omm。为了提高TOFD检测的纵向分辨率,利用B扫描图像中缺陷的变型波信号解决盲区内近表面缺陷与直通波混叠问题,实现了盲区内距上表面仅为1.Omm的缺陷定位,定位误差小于±0.3mm；对由缺陷自身高度造成的上下端回波混叠,缺陷信号时域分辨率差的现象,通过采用自回归谱外推技术对混叠时域信号进行解卷积和谱拓展,提高检测信号的时域分辨率,结果表明：该方法可以极大提高混叠信号的时域分辨率,能够将模拟中深度50.0mm,高度仅为0.5mm的缺陷上下端信号在时域上分开,定量误差为0.12mm,对实验中高度混叠信号处理后定量误差小于±0.1mm。