厚壁管道是核电和火电机组的主要承压部件,管道连接部位的焊缝气孔缺陷以及管道内部的凹坑、夹杂等将成为裂纹等缺陷的扩展源头。在高温高压环境和交变应力的作用下,这些缺陷极可能发生蠕变和疲劳损伤,导致管道内部气液介质泄漏,甚至爆炸等严重事故。电磁超声斜入射垂直剪切（shear vertical,SV）波技术通过电磁耦合方式在厚壁管道内部形成斜入射SV波,与常规压电超声相比,它不需要与被测试样直接接触,对表面粗糙形貌要求较低,也无需涂抹耦合剂和搭配特定倾角的圆弧楔块,且不需要去除表面油漆、腐蚀层等附着物。电磁超声换能器（electromagnetic acoustic transducer,EMAT）可以实现非接触原位检测,引入此技术对于厚壁管道缺陷原位快速检测具有重要的工程应用价值。本文以核电和火电的厚壁管道为研究对象,开展电磁超声斜入射SV波检测理论与方法研究,对用于曲面检测的斜入射SV波EMAT进行优化设计,并引入单通道EMAT类相控阵成像检测方法,实现了厚壁管道可视化成像检测,主要内容包括:首先,针对厚壁管道的检测面形貌和曲率半径对斜入射SV波EMAT的缺陷检测分辨率/定量偏差影响尚不明确这一问题,建立了平面/凸面/凹面三种检测面的斜入射SV波EMAT辐射声场分析数值模型,分析了三种检测面和线圈匝数等参数对斜入射SV波EMAT辐射声场和缺陷检测能力的影响,并测定了EMAT辐射声场。在此基础上,以外半径为155 mm的厚壁管道为研究对象,通过正交试验设计,分析了曲折线圈匝数、导线宽度对斜入射SV波焦点位置、焦点能量和焦点宽度的影响,进一步优化了特定曲率半径和厚度的厚壁管道SV波EMAT设计参数。其次,针对传统斜入射SV波EMAT结构中激励/接收线圈阻抗影响导致超声波换能效率低、激励源自带的噪音导致超声波信噪比低等问题,提出一种改进型曲折线圈EMAT配置形式。建立了基于洛伦兹力换能机理的斜入射SV波EMAT检测过程有限元模型,通过实验和仿真相结合,与3种传统配置形式EMAT的噪音抑制能力进行了比较。在此基础上,研究了改进型曲折线圈EMAT中激励/接收线圈的导线重叠面积和基片厚度对EMAT换能效率的影响,给出了EMAT最佳组合参数,并进行了实验验证。最后,为了实现厚壁管道内部缺陷的成像检测,利用斜入射SV波EMAT超声波入射角度与激励频率的函数关系,引入了一种单通道曲折线圈EMAT类相控阵成像方法。建立了平面和曲面的斜入射SV波检测过程的有限元模型,分析了不同曲率检测面下激励频率对EMAT激励和接收换能效率的影响,得到了不同曲率检测面和不同激励频率下的EMAT感生电压的幅值权重函数,使用单通道EMAT采集多个激励频率下的超声波信号,并用加权函数进行幅值修正。随后,使用修正后的回波信号进行类相控阵成像。此外,还比较了采用类相控阵成像方法与传统B扫描图像之间的检测结果。在此基础上,分别以平板、R155 mm厚壁管道和R400 mm曲面试样为检测对象,比较和分析了上述试样的内部裂纹类相控阵成像检测结果。由于厚壁管道厚度较大,外壁包裹保护层和特殊的服役环境等问题,使得其维修和检测方法受到了许多限制。本文将厚壁管道的圆弧特殊结构与电磁超声斜入射SV波的技术优势结合,利用SV波入射角度与激励频率的函数关系,在不移动EMAT的条件下,对厚壁管道中的缺陷进行类相控阵成像检测,实现了厚壁管道中缺陷的非接触成像检测,具有重要的工程应用价值。