随着工业水平的发展,越来越多的金属材料被用于长期处于高速、高温和高压等苛刻环境下的产品设备中。恶劣工作环境下的产品设备对金属材料的性能要求越来越高,即使材料内微小缺陷的存在也会导致其失效,造成严重的经济损失。为避免材料失效,实现其微小缺陷的检测意义重大。传统超声检测受超声波波长的限制,其声波对微小缺陷的声反射和声衰减现象极为微弱,对微小缺陷的检测极易存在漏检的现象。非线性超声检测技术利用微小缺陷对超声波产生的非线性效应,对微小缺陷更敏感。因此,本文采用非线性超声检测技术,对层片型缺陷和疲劳损伤进行检测研究。通过模块化的检测系统提取非线性超声检测信号,并对检测时域信号进行频谱分析,定义了非线性超声检测特征参数用于表征层片型微小缺陷及疲劳损伤。具体研究内容如下:第一,基于模块化仪器设计方法,以RITEC SNAP RAM-5000高能发射接收仪为核心搭建一套适用的非线性超声检测系统,分别设计了层片型微小缺陷和疲劳损伤微小缺陷非线性超声检测的专用夹具,使得每次试验中换能器与被检试样之间的耦合力一致。此外,在每次非线性超声检测试验之前,对试验系统进行校验测试。其次,对层片型缺陷的非线性超声检测技术进行了研究,并参考C扫描图像对检测区域进行了划分。设计非线性超声区域检测法,利用有限幅度法提取了可表征缺陷的非线性超声检测特征参数。通过斯皮尔曼等级相关数分析了非线性特征参数对层片型缺陷的敏感度,结合金相和C扫描成像图分析缺陷类型对非线性超声响应的影响,并揭示层片型缺陷的非线性超声检测机理。最后,研究了疲劳损伤的非线性超声检测技术,将有限幅度法提取的非线性超声检测特征参数与超声C扫描图像进行了比较,分析了非线性特征参数随疲劳裂纹扩展程度的变化,并揭示疲劳损伤的非线性超声检测机理。本研究采用的非线性超声检测技术适用于微小层片型缺陷和疲劳损伤微小缺陷的无损检测,对于提高层片型微小缺陷和疲劳损伤微小缺陷检测能力、工程检测的实用性及检测效率具有重要作用。