以钢管为代表的管材是管道的主体材料,对国民经济和人民生活产生重大影响,其质量优劣直接影响相关设备的运行性能和使用寿命,长期以来对无损检测技术具有强烈需求。而在各种无损检测方法中,超声无损检测技术以其对人体安全无害、携带声学信息丰富以及易于与信息技术相结合等优点,成为钢管质量监控的有效手段,并正朝相控阵超声无损检测方向发展。特别是相控阵超声无损检测技术除传承超声检测共性特点外,还具有波束柔性合成和自适应控制能力,能够有效减少检测盲区,在钢管检测中表现出明显的技术优势。但是,随着钢管生产应用的规模化与质量要求的严格化,传统的手工检测愈加难以适应现代化发展需要,业界对自动化检测的需求日益强烈。基于以上背景,本学位论文在国家自然科学基金项目"基于旋转声场的高性能自动化在线超声无损检测理论与实践研究"(NO.51175465)的资助下,提出开展钢管自动化相控阵超声成像检测关键技术研究。在分析相关检测理论和工艺,实现钢管内相控阵检测声场建模的基础上,解决实时高分辨率超声成像及成像结果友好表征等关键问题,并将机电一体化与相控阵超声无损检测技术相结合,研发一套钢管在线相控阵超声成像检测实验系统,开展相关实验研究,为实现钢管自动化在线超声成像检测奠定必要的技术基础。具体研究工作包括:第一章,论述钢管在国民经济和人民生活中的重要地位以及开展钢管相控阵超声无损检测的重要意义,系统总结相控阵超声无损检测相关技术的研究现状及其发展趋势。指出当前钢管检测所存在的主要问题,明确本文的研究内容,为后续章节的研究指明方向。第二章,分析相控阵超声波束的合成与控制原理,采用瑞丽积分法模拟液体介质中的相控阵辐射声场,并介绍常见的钢管相控阵超声成像技术。同时,提出钢管自动化相控阵超声成像检测系统的功能目标,在此基础上制定系统的总体方案,并规划每个功能模块的工作内容和实现形式,为后续研究工作奠定理论及技术基础。第三章,开展基于离散点源法的相控阵声场建模技术研究。在利用离散点源建模理论对液体介质和双层液固介质中的辐射位移场进行数值仿真的基础上,针对钢管自动化相控阵超声无损检测应用的特点,完成楔块-钢管叠层结构介质内相控阵超声检测声场的理论计算,并分析不同换能器参数对相控阵超声检测声场的影响,达到优化检测参数及实现声束在钢管感兴趣区域内聚焦的目的。第四章,开展钢管相控阵超声成像及其结果友好表征技术的研究。针对螺旋扫查成像的特点及实际螺距非均匀性的问题,在对A扫描检测数据进行动态提取的基础上,采用改进型双线性内插法将提取后的数据进行动态重采样,有效建立空间坐标与检测数据之间的定量关系,实现螺旋扫查方式下的钢管相控阵超声C成像。同时,采用分区RGB颜色映射的策略,高对比度分辨率转换成像数据,达到友好表征钢管相控阵超声成像结果的目的。第五章,基于分布式体系结构和模块化设计策略,以自主研发的多通道相控阵检测仪为功能核心部件,在完成相关硬件和上位机软件设计开发的基础上,成功研发出一套钢管自动化在线相控阵超声成像检测实验系统。同时,利用所研发的系统对无缝钢管开展相关实验研究,以验证本文相关理论与技术的可行性和有效性。第六章,对全文的研究工作进行总结,对将来的进一步研究进行展望。