奥氏体不锈钢以其优良的性能被广泛应用于石油化工、核电等行业,由于焊接工艺不完善以及工作环境恶劣,奥氏体不锈钢管道焊缝易出现裂纹等缺陷,存在重大安全隐患。由于其焊缝组织晶粒粗大,存在各向异性与异质界面,使得其缺陷检测成为难题。超声相控阵检测技术凭借独有的声束聚焦偏转等优点开始在此类粗晶材料的缺陷检测中被广泛应用。本文结合相关文献,针对奥氏体不锈钢管道焊缝的超声相控阵检测,选用了双晶纵波相控阵探头。双晶纵波相控阵探头结合了传统双晶探头伪聚焦和相控阵探头动态聚焦的优势,具有声束控制灵活、聚焦效果好等优点。本文采用仿真模拟和实验测试的方法,针对双晶相控阵探头的探头声场进行了模拟与实验研究,利用横孔缺陷试块和奥氏体不锈钢管道试块进行了缺陷测量,论文主要内容包括:1)选用了频率为2.25MHz的二维相控阵探头(晶片数为10×3,孔径为19mm×12mm),型号为SE53-N45L(TR/roof8°)的双晶楔块(楔块名义角45°,屋顶角8°,自然聚焦深度为10mm)作为研究对象,设计了探头声场特性研究方案。2)在相同聚焦深度不同偏转角度和相同偏转角度不同聚焦深度这两种实验条件下进行仿真模拟与实验测试。结果表明,实际聚焦声束与法则存在较大误差,只有当声束聚焦深度设置在楔块自然聚焦深度10mm附近,声束偏转至楔块名义角45°附近时,才可以取得较好的偏转聚焦效果,这对于相控阵法则的设置和楔块的选用具有非常重要的指导作用。3)通过测量试块横孔缺陷深度的方法,对双晶纵波相控阵探头聚焦法则的效果进行评价。在测量过程中,发现缺陷深度测量值与真实值之间近似呈二次函数关系,并求得了回归函数。在10mm~30mm内的缺陷深度测量值经修正后可得到更精确的数值,提高了检测可靠性。4)在含自然缺陷的奥氏体不锈钢管道试块上进行了相控阵检测,测量了多处裂纹高度,并对比了直接测量值、修正测量值和设计值。结果表明修正后的裂纹高度误差范围由之前的-2.4~1.8mm变为-2~-0.2mm,误差均方根由1.61mm变为0.98mm,均有明显降低。这表明相控阵探头和双晶楔块能够实现声波对被检管道的全体积覆盖,且修正方法提高了缺陷定量精度。