超声相控阵技术作为现今无损检测中研究的热点,针对相控阵超声的声场研究和成像研究,是推广相控阵技术在工业检测应用中的重要环节。Q235钢作为最常见的结构钢,因其较好的韧性、强度和良好的焊接性,被广泛应用于建筑工程、大型铁路桥梁、压力容器制造等领域。因此,对于Q235钢的检测研究十分必要的。本文基于相控阵基本原理,以30mm厚的Q235钢板为研究对象,通过超声相控阵有限元仿真和实验相结合的方式,对不同深度的孔缺陷和焊缝缺陷,进行声场和信号分析;同时以30mm厚的Q235钢板作为检测对象对全聚焦成像算法进行研究。主要研究内容和成果如下:(1)基于相控阵基本原理和瑞利积分法,建立相控阵多线源声束叠加模型,通过分析相控阵聚焦声场特性,对相控阵检测模型的阵元宽度、间距等探头参数进行优化;应用优化后的探头参数对简化的B型扫描试块进行有限元建模,实现了相控阵检测过程中的声场可视化;通过实验对有限元模型进行验证,实验检测的缺陷定位误差与模拟误差为2.26%,验证了有限元模型的准确性。(2)基于有限元模型,对Q235结构钢中的不同深度的孔缺陷和焊缝缺陷进行声场特性分析,并进行实验对比研究。实验对于近场区的缺陷检测效果不理想,而在模拟过程中,通过对阵元间添加固定位移约束,可以实现对近场区的缺陷识别。实验设备对于待测物端面的0.5mm和1mm高的面积缺陷无法检测,而模拟可实现对被测物端面1mm高的面积缺陷进行识别。(3)根据相控阵全聚焦原理,编写了全聚焦成像算法,并对全聚焦成像区域重构进行了一定的改进。以30mm厚的Q235钢板为研究对象,建立全聚焦相控阵检测模型,对模拟信号进行全聚焦成像,对缺陷的定位误差在1%以内,实现了缺陷的精确定量,实验结果也验证了该方法的正确性。