汽轮机叶片是电厂汽轮机的重要能量转换部件,其工况非常恶劣,很容易产生损伤造成突然断裂,为避免事故发生,对叶片早期损伤进行检测十分有必要。非线性超声对材料内部微缺陷比较敏感,适用于叶片早期疲劳损伤的检测。但叶片损伤主要产生于表面,且叶片具有大面积、变曲率、变厚度的结构特点,这为叶片的检测带来了困难。因此,发展一种针对汽轮机叶片结构特点的非线性超声检测方法尤为重要。本文以汽轮机叶片原材料0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢为研究对象,提出非线性Rayleigh波检测方法,对0Cr17Ni4Cu4Nb钢不同疲劳程度下Rayleigh波非线性特性进行研究。通过有限元仿真和实验,研究了Rayleigh波在叶片表面的传播特性以及Rayleigh波超声非线性系数随0Cr17Ni4Cu4Nb钢疲劳寿命的变化关系,同时,提出了一种叶片表面早期损伤的快速检测方法。主要研究内容如下:(1)搭建一个具有高精度的非线性Rayleigh波检测硬件系统,利用LABVIEW平台编写了超声信号采集与处理系统,并根据被测对象制作了相应的夹具。(2)针对汽轮机叶片变曲率、变厚度的结构特点,建立了相应的有限元模型,在模型边界引入了无限单元,有效的防止了边界对波的反射,仿真得出了不同曲率和不同厚度对Rayleigh波传播特性的影响,并对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢表面缺陷Rayleigh波检测深度进行了数值模拟研究。(3)利用所搭建的检测系统对两组不同尺寸的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢试件表面进行三点弯曲疲劳损伤非线性Rayleigh波检测,得出了Rayleigh波超声非线性系数与材料疲劳寿命之间的关系;建立了试件表面疲劳损伤非线性Rayleigh波检测有限元模型,模拟出了超声非线性系数与表面微缺陷长度和数目的变化关系,并与实验结果相验证。(4)针对汽轮机叶片大面积快速检测的需要,提出了反相相对非线性Rayleigh波检测方法,并进行了仿真和实验验证,有效地提升了超声非线性系数,提高了检测效率。