焊缝结构是大型压力容器、海工船舶等装备的重要组成部分,在工业中十分常见。然而,由于应力集中,焊缝处更容易形成缺陷从而削弱构件的承载能力,甚至导致安全隐患,因此,对焊缝健康的定期检查是工业中必不可少的环节。超声导波检测技术是无损检测领域的一种新方法,与目前常用的检测方法相比,具有检测距离远、效率高等突出优势,一次扫描即可得到激励和接收两点间结构整体性的信息,同时实现缺陷的定位与相对定量检测。然而,基于超声导波的焊缝缺陷检测技术才刚刚起步,相关理论也较为匮乏,因此,研究焊缝特征导波的激励与接收方法,探索超声导波与焊缝缺陷的相互作用机理对实现工程应用大有裨益。本文从基础理论研究入手,将数值模拟与实验研究相结合,探索了焊缝特征导波的激励条件对传播特性的影响,对其与典型缺陷的相互作用进行了对比研究,设计出了具有特定振动模态的压电晶片及检测阵列,主要研究内容和结论如下:（1）基于对接焊缝三维有限元模型,研究了两种特征导波S_w0和SH_w0模态在焊缝中的激励方法与传播特性,分析了重要激励参数（频率、阵列）对导波频散特性和衰减特性的影响。根据波结构加载法,利用不同的载荷施加方式,分别激励出了焊缝特征导波S_w0和SH_w0模态,通过对散射云图和传播波形的比较,发现:S_w0模态在传播过程中模态众多、衰减明显,而SH_w0模态散射较少、波动场清晰、衰减较小,且在焊缝中的能量更为集中,“能陷效应”十分明显;在综合考虑频散、能量和波形时宽的基础上,确定了两种模态的最佳激励频率,在保证不频散的情况下获得了较高的激励能量;同时研究了不同阵列下导波激励单元数-能量的“性价比”,发现采用同时激励周向阵列的检测效果最好。（2）探究了S_w0和SH_w0模态分别与焊缝表面和内部两种典型缺陷（孔洞、裂纹）的相互作用,基于压电理论,完成了特征导波焊缝缺陷检测压电传感器的核心器件——压电元件及其检测阵列的设计。分别观察两种导波模态在不同焊缝缺陷处的散射情况,发现:S_w0模态与缺陷作用后散射场复杂、缺陷回波能量小,信噪比低,而SH_w0模态由于振型简单、与缺陷作用时不发生模态转换,因而散射场简单、波动清晰、缺陷回波十分明显;此外,根据压电特性,从材料选择、振动模式研究和尺寸计算三方面,设计出了与两种导波模态振动特性相一致的压电晶片,分别激励出沿着晶片长度方向传播的纵波和横波;并从能量入手,对周向检测阵列的激励单元数与能量之间的关系进行了对比研究,验证了数值模拟的正确性。（3）搭建了焊缝特征导波缺陷检测实验系统,通过开展一系列模态验证实验、激励接收实验和缺陷检测实验对前面的研究结论进行了实验验证。首先,利用压电晶片分别激励出了特征导波S_w0和SH_w0模态,基于群速度比对法进行了模态验证,并证明了焊缝结构的“能陷效应”;其次,通过在焊缝轴向不同距离处选取信号接收点开展系列激励接收实验,验证了两种模态在传播过程中的能量与衰减特性;最后,对焊缝中的纵向通孔、周向裂纹和轴向裂纹三种不同的人工缺陷进行了实际检测,验证了两种特征导波模态的缺陷检出率和定位精度均较高,且SH_w0模态接收的端面回波和缺陷回波更为明显,同时指出由于各导波模态的质点振动形式不同,对于不同类型、不同形状的缺陷的检测能力也各有所长,在实际应用中应予以利用。特征导波焊缝缺陷检测技术前景广阔,近年来已成为国内外研究学者和技术专家的专攻热点之一。本文的研究为对接焊缝的健康检测提供了一种新思路,也希望能够为特征导波专用焊缝缺陷检测传感器及检测仪器的应用发展提供有用的参考和依据。