压力管道广泛应用于石油、化工、冶金、电力、能源、航空航天、核工业、军工以及公用工程等重要领域，其无损检测需求日益迫切，亟需发展一种经济实用、高效可靠的无损检测和结构健康监测技术对管道进行在役检测和长期监测。尽管传统无损检测技术种类众多、各具特点，但超声导波无损检测技术由于其单点激励，检测距离远，全截面覆盖，检测效率高，无需移动探头即可检测埋地、穿墙、包覆、水下等复杂工况结构等优势，已经成为极具应用潜力的无损检测和结构健康监测技术之一。然而，目前基于超声导波的管道无损检测技术的理论与应用研究主要集中于轴对称导波，检测能力受轴对称导波特性的限制，进一步推广应用仍然面临着诸多技术挑战:首先，轴对称超声导波无法实现缺陷分类与定征，且对管道斜向缺陷检测能力差;其次，轴对称超声导波对螺旋焊管管体、焊缝缺陷的检测灵敏度较低，无法满足实际检测需求，检测能力亟待提高;最后，超声导波对于带防腐层、埋地等管道的有效检测距离受到限制。　　基于以上背景，本学位论文结合国家自然科学基金项目“基于磁致伸缩导波的高温金属管道缺陷实时定量化检测理论与实践研究”(No.51275454)，针对管道超声导波无损检测关键技术展开理论与实践研究，深入研究超声导波传播特性，重点开展非轴对称超声导波波场生成及其应用研究，提出了一种基于非轴对称导波的管道缺陷分类和定征方法，实现了一种基于非轴对称导波的螺旋焊管螺旋扫查成像技术，并开发了一套用于管道在役检测的磁致伸缩非轴对称超声导波检测系统。具体的研究工作和创新性成果包括:　　第一章，阐述管道在国民经济发展和现代化国防工业建设中的重要作用，以及开展管道超声导波无损检测关键技术研究的重要意义，分析超声导波无损检测技术研究现状和发展趋势，明确目前超声导波无损检测技术推广应用所面临的技术挑战，为本文指明研究方向。同时，对论文组织框架和各章节主要内容进行安排。　　第二章，开展超声导波无损检测技术基础理论研究。在了解先驱学者研究工作的基础上，建立管道超声导波一维半解析有限元模型，求解超声导波传播特性，包括频散特性和波结构等。实现并发展了简正模态展开法，开展管道超声导波波源分析，求解外部强迫载荷作用下的激励响应，详细分析了几种典型的载荷类型:局部载荷、轴向阵列载荷和圆周阵列载荷。　　第三章，提出两种管道非轴对称导波波场生成方法。利用管道中非轴对称导波波阵面分析的基本结论，提出基于螺旋换能器的非轴对称导波激励方法;利用管道波源分析的基本结果，提出基于圆周相控阵列换能器的非轴对称导波激励方法;两种激励方法通过有限元数值仿真的方式得到验证。　　第四章，提出一种基于非轴对称导波的管道缺陷分类和定征技术。在管道中激励具有不同传播螺旋角的非轴对称导波，研究非轴对称导波与槽型缺陷、孔状缺陷、裂纹缺陷相互作用后的散射波场，利用非轴对称导波与不同缺陷相互作用规律，实现体积型缺陷和裂纹类缺陷分类，定量表征裂纹类缺陷几何特性，同时大幅度提高了斜向裂纹缺陷的检测灵敏度。　　第五章，提出一种基于非轴对称导波的螺旋焊管缺陷检测和监测技术。根据螺旋焊管中超声导波相速度频散曲线和螺旋角频散曲线，设计螺旋阵列换能器激励波矢方向垂直于螺旋焊缝的非轴对称导波，实现螺旋焊管管体扫查成像和焊缝长期监测。仿真与实验结果表明，与传统轴对称导波检测相比，该方法能够改善检测信号信噪比、降低检测信号解读难度和提高缺陷检测灵敏度。　　第六章，开展多层管状结构超声导波无损检测技术研究。发展了一种多层管道超声导波数值建模方法，通过求解多层管道中超声导波传播特性，合理选择弱频散、低衰减的导波模态和频率，改善包覆、埋地管道检测效果。　　第七章，开发一套磁致伸缩非轴对称超声导波无损检测系统。在完成总体方案的基础上，设计开发了一套非轴对称超声导波检测系统，包括硬件系统、软件系统和阵列换能器，检测系统设计了频率扫描Fscan、信号分析Ascan、合成成像SFscan、实时聚焦AFscan和模态扫描Mscan等功能。　　第八章，总结论文取得的成果和创新之处，并展望未来的研究工作。