随着增材制造技术在各领域中的普及使用,其成形的金属构件的质量问题备受关注。材料表面完整性,尤其是表面裂纹等损伤缺陷,限制了关键金属增材制造构件在特定服役条件下的推广应用,因此如何对表面缺陷进行及时的检测和评价,是减少工业事故发生的有效途径。无损检测技术以其检测速度快、精度高、成本低、绿色健康等优点受到青睐,尤其是超声瑞利波以其能在材料表面长距离传播的特点,其波形信号中可包含大量材料表面信息,是材料表面力学性能无损评价的重要手段。本文基于瑞利波检测手段,通过最小反射法对增材制造试件表面不同深度的槽型缺陷进行定量表征,并研制了可以检测增材制造构件的超声扫查平台,为表面缺陷检测提供了新的表征手段。本文自主研发的检测仪器是多功能高精度的超声扫查平台,主要由机械结构、硬件配置和控制软件组成,主要使用的检测部件为水浸式平探头、DPR300发射接收仪,通过6台电机控制,可实现单/双探头C扫查、瑞利波、兰姆波等超声前沿方法的自动化构件表面缺陷检测功能。根据增材制造技术成形的不锈钢试件实际力学性能参数,建立了“液—固耦合”有限元仿真模型。根据増材制造技术成型的实际材料力学参数,取弹性模量为165GPa、泊松比0.3、密度为7980kg/m~3,计算出其纵波波速为4683m/s、横波波速为2503m/s、瑞利波波速为2318m/s,得到第一和第二临界角、瑞利角分别为18.46°、36.33°和39.8°。设计的“液—固耦合”有限元仿真模型,利用最小反射角作为表征方法,通过入射角在36.5°～41°范围变化时,每一缺陷深度的反射系数随入射角的变化关系,从而探究了最小反射角与缺陷深度之间的关系。通过对仿真结果进行分析表明,无缺陷下的最小反射系数出现位置在入射角为40°时,与理论计算的39.8°瑞利角吻合度较高;本文研究的不同深度缺陷情况下的入射角与反射系数的变化曲线相对于无缺陷情况有一定偏移,有缺陷的最小反射系数出现位置都小于瑞利角;对于不同深度的缺陷,随着缺陷深度增加,最小反射系数出现的位置发生后移,即最小反射角逐渐增大;在瑞利角附近处(40°～40.3°),反射系数与缺陷深度之间成线性关系,且随着缺陷深度的增加,反射系数变小。利用上述线性关系可以实现对构件表面不同缺陷深度的表征,即表明瑞利波是表征表面缺陷深度的有效手段。