天然气作为一种高效、清洁能源,在我国的一次能源消费中所占比重将稳步上升。而天然气的广泛使用,必然会对运输天然气的管道提出更高要求,尤其是遍布在城镇居民区附近的城镇管网。聚乙烯管具有使用寿命长、抗应力开裂性良好、成本低和多种全新非开挖施工方式等优点,已经成为城镇燃气管网的首选。然而随着聚乙烯管的大量使用,出现的问题也越来越多,其中管道连接处失效约占管道总失效的2/3。冷焊是焊接接头中最危险的缺陷形式之一,基于特征线的超声相控阵技术可以很好地对冷焊进行无损检测。针对冷焊检测技术的核心—特征线,目前已有研究探明了特征线的移动规律,但其成因尚未知晓。本文在国家自然科学基金“聚乙烯管道电熔焊接接头超声检测特征线的形成机理研究”(项目编号：51305394)的支持下,结合理论分析、微观结构观测和宏观性能测量等研究方法对特征线成因展开研究,完成的主要工作如下：(1)根据超声波垂直入射到界面的反射理论,结合特征线的移动规律,确定特征线处为异质薄层界面反射。从热历史角度出发,推测特征线处形成异质薄层的可能原因主要有界面形成微晶和沿界面取向。(2)采用差示扫描热分析仪模拟焊接过程,得到与焊接接头不同区域热历史相同的试样,对模拟试样进行了场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜观测试验。扫描电镜观测结果表明特征线处晶粒大小并未发生明显变化,结晶形态存在差异；而透射电镜观测结果表明特征线处存在晶粒取向。(3)测量了与特征线成因相关的宏观性能：弹性模量。弹性模量采用深度敏感压痕仪测量。测试结果表明弹性模量在热熔焊接接头特征线处沿径向方向增大,同时弹性模量在特征线处沿环向方向不变。(4)沿界面取向导致弹性模量在特征线处变化,引起特征线处声阻抗与其他区域存在差异,形成异质薄层界面,从而反射超声信号。