随着水下焊接自动化技术的发展，近年来有关焊缝自动跟踪系统的研究备受关注，但多数仍沿用陆地上的方法，未考虑其在水环境中的不适应性。准确的焊缝位置识别是焊缝跟踪的前提，本文基于目前的超声传感焊缝识别方法，提出以超声相控阵代替传统超声探头作为水下焊缝识别传感器，充分利用了超声传感器不受电磁、弧光、黑暗环境影响的优势，并且超声相控阵比传统超声探头具有更好的聚焦性能和更宽的扫描范围，在焊缝识别中更具应用潜力。首先，介绍了超声相控阵的波束形成原理和延迟时间计算方法，结合瑞利积分法和Pencil法建立了超声相控阵发射声场模型，并通过Matlab仿真分析了超声相控阵与传统超声探头发射声场的区别。其次，为了提高检测分辨率，仿真分析了超声相控阵探头参数对波束指向性的影响；选用收发间隔交叉扫查方式以形成较多数量的超声扫查线，并设计了相应的阵元选通电路和整序电路。然后，对超声测距和焊缝识别方法进行了改进。精确测距是超声传感焊缝识别的基础，针对超声相控阵测距存在的外部噪声干扰和内部阵元互扰问题，选用基于m序列和二值频移键控调制方式的数字编码序列作为激励信号，渡越时间的捕获采用过零时刻算法。结合粗分点集法和最小二乘拟合法提取焊缝特征直线，从而实现焊缝位置的识别。最后，考虑到海水环境尤其是沿海水域中泥沙等悬浮颗粒数量较多，超声空化和水下焊接工作都容易在水中产生大量气泡，而海水本事也有别于普通水环境。针对这个特殊的工作环境，分析了海水自身、悬浮颗粒以及气泡对声传播的影响。