环形焊管作为管道输运中的重要一员,在国民经济中发挥着巨大作用,而焊缝是管线上质量最薄弱的环节,其质量直接影响着管线的安全稳定运行。因此,需要引入无损检测技术对焊缝质量进行在线监控。尽管目前无损检测方法众多,但超声无损检测技术由于具有其它方法难以媲美的技术优势,已成为焊缝质量检测的主要技术手段,并正朝成像化方向发展。然而,焊缝结构多样、组成复杂以及焊缝中的缺陷形状、尺寸、取向和位置千差万别,从而导致仅采用一种超声成像检测手段难以胜任焊缝的质量监测,必须综合各类超声成像方法的技术特点,方能实现焊缝质量的全方位监测。基于以上背景,本文在国家自然基金“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)资助下,提出开展环形焊缝复合式超声成像检测关键技术的研究。在完成环形焊缝超声成像扫查装置设计的基础上,重点开展了环形焊缝成像及其处理技术的研究,集成开发了一套复合式超声成像检测系统,为环形焊缝质量全方位的定量化与自动化无损检测奠定必要的技术基础。具体研究工作包括：第一章,综合论述了环缝焊管在国民经济中的重要作用以及开展焊缝无损检测的重大意义,分析了焊缝超声无损检测各种方法的优缺点,明确了以复合式超声成像检测技术为本文的研究内容,并提出了需要解决的关键问题。同时,还对论文的章节进行了安排。第二章,阐述了超声波在均匀固体介质中的传播机理,明确了声波在不同介质界面处的声学效应,并分析了影响斜探头声束扩散性的因素,奠定超声成像检测的理论基础。同时,根据环形焊缝复合式超声成像检测的应用特点和工艺需求,提出了检测系统的功能目标、制定了系统的总体实施方案。第三章,采用模块化策略设计了一种应用于环形焊缝成像检测的扫查装置,并对该装置的重要功能模块进行理论建模与分析。通过建立探头靴的平面力学模型,分析其结构的合理性,并提出相应的解决措施。同时,还建立了柔性压紧机构的力学模型,为该机构的优化设计提供理论支撑。第四章,开展焊缝超声成像及其处理技术的研究。在分析焊缝线性分区扫查检测以及TOFD成像检测原理的基础上,提出了一种圆周方向旋转分区检测方法,能够实现对缺陷取向的准确判断,并通过调整旋转分区的角度柔性协调检测效率与分辨率之间的关系。同时,通过平面内轴线正交的声束对焊缝进行先后扫查成像,将焊缝的几何形状投影到正交的两幅B扫查图像中,并辅以超声TOFD成像,实现对焊缝的全方位定量检测。第五章,采用分布式体系结构和模块化设计策略,以基于FPGA的多路超声检测模块作为现场测控单元,以基于ARM的运动控制模块作为扫查装置运动控制中心,在完成测控硬件和软件模块、扫查装置以及检测辅助设施开发的基础上,研发一套环形焊缝复合式超声成像检测系统,并实现了系统集成。第六章,对全文的研究内容进行全面总结,展望未来的研究方向。