奥氏体不锈钢主管道是压水堆核电站的关键结构,其安全性备受关注。主管道连接采用窄间隙自动焊技术,焊接过程中电弧轴向与焊缝侧壁夹角小,易形成侧壁未熔合。侧壁未熔合危害性较大,因此必须对其实施无损检测。相控阵超声检测(Phased Array Ultrasonic Testing,PAUT)技术对核电主管道奥氏体不锈钢窄间隙焊缝(Narrow Gap Weld of Austenitic Stainless Steel,NGWASS)进行检测具有一定优势。利用超声波对NGWASS进行检测时,不同深度的弹性各向异性晶粒会引起不同程度的结构噪声和散射衰减,降低检测信噪比,使缺陷的定性和定量更加困难。为解决上述问题,基于电子背散射衍射(Electron Back-Scattered Diffraction,EBSD)观测结果建立NGWASS模型,研究体积型和面积型缺陷超声成像特征,实现缺陷的定性表征,进一步研究不同深度侧壁未熔合的相控阵检测参数优化及信号后处理方法,对侧壁未熔合进行精准定量。主要研究内容如下:(1)针对NGWASS试样进行宏观、微观金相和EBSD观测,结果表明,奥氏体不锈钢母材由细小的等轴晶构成,焊缝由粗大的柱状晶构成。建立了厚度69.5 mm的NGWASS模型,并利用时域有限差分法进行超声检测仿真。仿真与实验的纵波声速相差24.4 m/s,衰减系数相差0.01 dB/mm,底面一次回波信噪比相差0.6 dB,主频相差0.1MHz,二者一致性较好,验证了模型的有效性。(2)在模型中深度26.5 mm处分别设置高度4.0 mm,宽度范围在0.3 mm～4.0 mm之间的8个缺陷,进行相控阵超声仿真检测。结果表明,随着缺陷高宽比的增加,超声扇扫描成像中上下端幅值比随之下降,缺陷上下端幅值比可以作为缺陷定性区分的判定依据。当缺陷高宽比小于等于2即对应体积型缺陷时,上下端幅值比大于等于1.68,当缺陷高宽比大于等于3即对应面积型缺陷时,上下端幅值比小于等于1.25。在NGWASS试块中设置Φ3边钻孔和高宽比为3的侧壁未熔合,边钻孔扇扫描图像中上下端幅值比为5.38,侧壁未熔合扇扫描图像中上下端幅值比为1.22,对仿真结果进行了验证。(3)受粗晶结构影响,超声成像结果中均存在较明显的结构噪声,影响侧壁未熔合的检出及定量,且不同深度侧壁未熔合检测难度不同。针对NGWASS中高度3.0 mm、中心深度分别为10.0 mm、26.5 mm和50.0 mm的侧壁未熔合分别进行相控阵超声检测参数优化,并利用实验验证了检测参数的有效性。使用全聚焦方法(Total Focusing Method,TFM)对缺陷信号幅值进行叠加,侧壁未熔合上下端区分更明显,信噪比最大提升3.8 dB。结合相位相干成像(Phase Coherence Imaging,PCI)方法进一步抑制结构噪声,经TFM和PCI处理后的图像信噪比最大提升了5.9 dB,定量和定位误差分别降低6.7%和3.0%,提高了侧壁未熔合的检测信噪比及定量定位精度。