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圆柱形铸锭和锻轧钢棒作为结构件的原材料已被广泛应用于各工业领域,这些原材料在出厂前通常需利用无损检测技术来进行质检。虽然目前常用于金属棒材质量监测的无损检测技术种类众多,但由于超声检测方法拥有可靠性高、特征参量丰富和易于实现自动化等优点,已在工业检测领域得到广泛应用。目前的棒材超声自动化检测设备大多是基于棒材超声检测标准,以人工缺陷确定检测灵敏度,用超声探头对棒材进行螺旋扫查,以Go/No Go简单报警方式进行合格性评定。这种检测方法所提供的缺陷信息太少,对缺陷尺寸测量误差也较大,不利于金属棒材的合理使用和保障安全性。为推动现有棒材超声自动化检测设备技术进步,本文提出一种名为环绕式时域合成孔径聚焦技术（ST-SAFT:Surrounding-scan-mode Time-domain Synthetic Aperture Focusing Technology）的新方法,对圆柱形试样内部缺陷展开高分辨率成像研究,主要内容包括:（1）开展了用于检测圆棒的超声波环绕式时域合成孔径聚焦技术的研究。在经典的笛卡尔坐标系超声合成孔径（SAFT）理论指导下,提出了极坐标系（Polar Coordinate）下的合成孔径（pSAFT）聚焦成像算法及其环绕式时域合成孔径聚焦技术。基于螺旋扫查自动检测系统推导了采用有效合成孔径弧度（SAR:Synthetic Aperture Radian）表示的延时叠加成像表达式;通过制备横孔型人工缺陷试样进行检测试验,将超声检测数据经ST-SAFT处理后成像为圆截面断层扫描图;再运用图像边缘识别法进行定量评价该方法对缺陷检测的定量定位分辨力。结果表明:ST-SAFT孔径测量误差在0.4mm以内;横孔径向定位误差约1mm,周向定位误差约1°;成像分辨率显著优于B扫描结果;每圆截面成像速度约为250ms,可与棒材检测一周的机械扫查速度相匹配。（2）基于相同扫查方式,开展了频域合成孔径聚焦技术（F-SAFT:Frequency-domain Synthetic Aperture Focusing Technology）的成像研究。将平探头水浸螺旋扫查下的频域合成孔径聚焦技术进行了改进,使之适用于聚焦探头螺旋扫查方式,并对横孔型人工缺陷试样进行了检测成像试验。结果表明:缺陷尺寸测量误差在0.4mm以内;横孔径向定位误差约0.5mm,周向定位误差约1°。通过与ST-SAFT的成像结果进行对比,得出两种方法的成像结果和测量精度相近。（3）研究了 ST-SAFT对高温合金对比试块中平底孔的检测成像效果。通过分析高温合金对比试块的轴向B扫描图,将该试块划分为了相对完好区、平底孔区和自然缺陷区三个区域。将螺旋扫查得到的数据集进行了 ST-SAFT成像分析,结果表明:其成像结果优于原始圆截面图;相对完好区的圆截面图中出现了呈散点分布的粗晶散射信号;平底孔区对平底孔的孔径成像测量结果约为5mm,与实际值相当;自然缺陷区的圆截面图中出现了呈中心聚集分布的散点超声信号,金相结果表明该信号是粗晶散射和中心缩孔综合作用的结果,从而证实了ST-SAFT成像技术可用于对铸造组织中的缺陷进行评价。ST-SAFT成像技术的提出,有望进一步提升金属圆棒超声检测设备的技术水平和提高棒材使用安全性保障能力。