厚壁钢管广泛应用于工业领域的各种重要场合，由于制作工艺的局限性和使用环境的恶劣性，厚壁钢管在加工和使用过程中易出现裂纹、折叠、分层、夹杂等致命缺陷，对其质量构成严重威胁，容易造成安全隐患。将超声无损检测技术应用于厚壁钢管的缺陷检测，是保证其产品质量、提高生产效率、节约生产成本的关键。本文主要针对厚径比大于0.3的厚壁钢管存在的超声检测技术难题，开展了水浸法超声检测理论及实验研究，并针对小径厚壁钢管进行检测方案设计及检测参数研究。为解决厚壁钢管变型横波法内壁纵向缺陷检测时最优偏心距难以确定的问题，本文分析入射声波在管壁内传播路径，提出了基于声波在各介质分界面能量反/折射系数二维积分的缺陷回波能量估计方法。该方法能够给出任意内外径被测管件缺陷回波能量随偏心距变化关系曲线，确定出最优偏心距。实际检测实验结果与该方法的计算值一致，验证了该方法的有效性与可靠性。另外，该方法具有通用性，不局限于用于水浸变型横波内壁纵向缺陷检测的偏心距优化，可以推广应用于其他缺陷检测偏心距、入射角等参数的优化，且不受被测管件材料、形状与尺寸或声束形状与尺寸的约束。对于检测参数正确选取有重要意义。为满足小径厚壁钢管单件、快速、高精度的检测需求，本文提出了一套水浸超声自动检测系统方案，设计了机械自动扫查装置结构，能够实现管体全覆盖、无端部盲区检测。该系统的研制对促进适用于单件、成品小径厚壁钢管的高精度超声检测系统研制领域的发展具有深远意义。