小口径钢管作为船舶管系的重要组成部分,为保障船舶的正常运行而源源不断地输送着燃油、润滑油、冷却水等介质。然而,由于输送的介质大多具有腐蚀性,且所处的工作环境恶劣,使得小口径钢管容易产生内外壁的腐蚀缺陷,从而导致船舶事故的发生。因此,对船舶管系中的小口径钢管进行检测,并及时发现小口径钢管中存在的腐蚀缺陷具有重要意义。由于小口径钢管在船舶中安装空间狭小,无法有效开展管外缺陷检测,只能采用内检测的方式。而现有的管道内检测设备主要针对的都是中、大口径的管道,由于受到管径的限制,无法满足小口径钢管的检测需求。因此,针对上述问题,论文开展了小口径钢管超声阵列内检测技术研究。设计了球形结构的超声传感器阵列,并进行了加工与测试,该阵列结构能够在直管和弯管环境下具有较好的通过能力;设计和试制了超声传感器阵列的发射电路和接收电路,实现了传感器阵列激励和回波信号接收与处理;设计了小口径钢管超声检测软件系统,能够根据传感器阵列获取的数据,对钢管缺陷进行实时成像。论文的主要研究工作如下:(1)在对课题背景和目的意义进行阐述的基础上,对国内外管道缺陷内检测方法和技术现状进行了分析,针对船舶中小口径钢管工作环境和管道缺陷特点,提出了适用于该类检测对象的缺陷超声阵列检测与成像系统总体方案。(2)根据检测缺陷要求,选择并设计了超声传感器几何结构及工作参数;根据一次性通过钢管实施管道缺陷检测的要求,设计了传感器阵列结构与布设方案,并对其声场进行了分析。在满足缺陷测试要求的条件下,超声传感器采用中心工作频率为5MHz,传感器数目为16,按两列放置在球形支架上,通过每次激励8个传感器,分两次全部激发的方案,实现了测试球一次通过钢管时,对钢管截面的有效检测。(3)设计了能够产生正负方波脉冲的超声阵列发射电路,并结合超声波回波信号特点和检测精度要求,设计了限幅电路、回波信号放大电路、滤波电路、接口电路以及包络提取电路。并进行了电路的试制与测试,电路性能满足要求。(4)设计了小口径钢管超声内检测软件系统,主要包括数据采集与传输接口程序、特征参数提取程序、缺陷量化及显示程序以及参数与信息交互界面程序,实现了小口径超声内检测中的检测参数设置、波形实时显示、数据存储、缺陷量化及缺陷可视化功能。(5)组装并调试了小口径钢管超声内检测试验平台,在实验室内对加工有标准缺陷的小口径钢管样品进行了检测试验。试验结果表明,设计的小口径钢管超声阵列内检测系统能够准确检测出钢管壁厚变化5-10%的腐蚀类缺陷,并能准确显示缺陷在管道中的轴向位置。