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窄间隙自动焊具有焊缝宽度小、质量高、焊接工期短等优点,目前在核电站主管道焊接领域已逐步替代传统的焊条电弧焊。压水堆核电站主管道焊缝通常使用双晶纵波斜探头进行超声检测,与焊条电弧焊焊缝相比,声波在窄间隙自动焊焊缝母材中的传播距离较长,以壁厚66mm的离心铸造奥氏体不锈钢(Centrifugal Casting Austenitic Stainless Steel, CCASS)窄间隙自动焊焊缝为例,利用入射角为45°的双晶斜探头检测深度30mm的缺陷时,声波在母材中的传播距离(37mm)远远大于在焊缝中的传播距离(5mm)。由于CCASS母材晶粒粗大,具有明显的非均质性及弹性各向异性,导致超声发生声束畸变和严重散射衰减,降低了检测信噪比。鉴于数值模拟具有可视性好、参数调节方便等优点,可以有效模拟超声波在材料中的传播,通过与实验研究相结合能够提高检测效率,对于超声检测研究具有重要意义。基于现有建模主要针对焊缝,而母材建模研究较少的现状,本研究针对牌号为Z3CN20-09M的CCASS材料,采用通用的Voronoi图开展母材组织结构建模研究,并利用有限差分法进行超声检测数值模拟,主要内容如下：(1)对CCASS试块的宏观金相分析表明,母材主要由柱状晶区和等轴晶区交叠构成,分层现象明显,且不同等轴晶区的平均晶粒直径存在差异。对壁厚96mm的CCASS试块母材晶粒直径进行测量,测得柱状晶的长度为12.77mm,宽度为1.11mm,长径比约为11.5；采用截距法,截取30mm长度测得从外壁到内壁的三层等轴晶区的平均晶粒直径分别为1.2mm、1.8mm和2.8mm。(2)对CCASS试块进行声学参数测量,试块焊缝左侧、右侧母材平均纵波声速分别为5714m/s和5770m/s,左右两侧声速相差56m/s,声速波动△VL=0.98%；试块焊缝左侧、右侧母材的衰减系数分别为0.098dB/mm和0.074dB/mm,二者相差0.024dB/mm,相对差值约24%,衰减系数差别较大。(3)基于Voronoi图,利用MATLAB分别建立CCASS试块的柱状晶区模型和等轴晶区模型,并以此为基础得到CCASS试块的母材模型,将模拟计算得到的时域波形、纵波声速和声衰减系数与实际检测结果进行对比,二者吻合较好,证明了CCASS试块母材结构建模的有效性。然后,以母材模型为基础,建立了孔直径为Φ5mm的CCASS孔缺陷模型,模拟时域波形与实测波形对应良好。最后,建立了底面开口槽高度分别为1～22mm的CCASS槽缺陷模型,模拟波形与实测波形吻合,结果表明,随着底面槽高度的增加,回波信号的幅值逐渐增加并趋于定值。