超声临界折射纵（LCR）波法作为在线应力测试的有效方法,目前已在管道领域内尝试应用。该方法作为一种敏感性测试技术,在管道在线应力测试领域还需要大量的理论和实验研究。首先,本文基于声弹性理论研究超声LCR波在管壁中传播机理,推导固定声程下超声LCR波测试应力公式,搭建管道应力超声无损测试实验平台;之后围绕管壁表面两向应力状态、温度、管线钢弹塑性变形三个决定超声法测量准确性的关键问题,开展理论研究和实验分析,开发基于超声LCR波的管道应力状态高精度测量方法;最后开展室内管道打压验证实验,并结合管道变形现场实际问题进行了工程应用。管壁表面应力是典型的两向应力状态,而目前超声应力公式仅考虑与波传播方向一致的应力影响,忽略垂直方向应力。开展了单向和两向拉伸实验并分析实验结果,指出被测介质应变变化量与LCR波传播时间变化量成正比例关系同时适用于单向和两向应力状态,而应力变化量与LCR波传播时间变化量仅在单向应力下成正比例关系。结合实验结果,基于声弹性理论和广义胡克定律,推导了两向应力状态下纵波声弹性公式,提出了基于LCR波的管壁表面两向应力测试和计算方法。超声法测试管道应力不可忽略温度的影响,温度直接影响超声波的传播速度并会引起材料变形。通过推导超声LCR波测试应力基本公式得到公式中材料参数与温度的关系,发现了温度通过影响声弹性系数和零应力试件中的传播时间来影响超声法测量精度,明确了温度影响超声波测试应力的规律,推导了超声波测试应力的温度补偿公式;通过变温实验定量测量温度影响规律和程度,验证了补偿公式的准确性。管道在实际工程中外部荷载会引起管线钢产生弹-塑性变形,在先前弹性变形研究基础上,探究超声LCR波在塑性变形中的传播规律。实验测量X80钢在“弹性-屈服-强化-颈缩-断裂”拉伸过程中超声LCR波传播时间（速度）和首波强度（衰减）,得到了X80钢弹-塑性变形过程中超声参数与应力的对应关系。结合位错阻尼理论分析解释实验现象,总结了超声LCR波在X80钢弹-塑性变形中的响应规律。本文通过理论研究和实验分析形成一套基于超声LCR波的管道应力状态无损测量方法,为管道运行期间的安全评估提供准确数据,对保障管道安全有着重要工程意义。