金属增材制造技术具有较强的异形结构成型能力以及较高的材料利用率等特点,在航空航天、医疗、汽车等领域得到广泛应用。由于金属增材制造成形过程比较复杂,在材料的熔化和凝固过程中存在较大的温度梯度,会对试件晶粒形态以及尺寸产生影响,而增材制件的晶粒尺寸直接影响制件的性能。通常,金属晶粒尺寸的检测大多采用破坏性的金相法,需要在断面上多个视场进行测量,检测周期较长,因此开发一种准确、高效、无损的检测手段具有重要的应用价值。本文对基于激光超声表面波的金属增材制件晶粒尺寸评定方法进行了研究,系统分析了检测工艺参数、表面粗糙度以及试件各向异性等因素对晶粒尺寸评定的影响。在此基础上,建立超声信号与晶粒尺寸之间的关系,实现了基于激光超声表面波技术的金属增材制件晶粒尺寸的无损评价。研究结果表明:激光入射能量与表面波幅值成线性关系,在本文的试验条件下,最佳激光设定值为55%,激光能量为728μJ,电流大小为41A;综合考虑表面波信号峰峰值以及信号衰减,检测距离选择为4mm;考虑晶粒形态以及晶粒尺寸的影响,在增材制件扫描面检测时,可以采用任意角度;在打印面检测时,检测角度选择为沿0°方向。随着样品表面的粗糙度增大,超声表面波的衰减系数逐渐增大。在基于表面波晶粒尺寸检测时,应降低样品表面粗糙度,并且尽可能控制在1～4μm以内。各向异性对表面波检测有一定影响,衰减系数呈现方向性差异的特点与晶粒生长方向有一定的关系。最佳检测角度为0°和180°,即垂直于沉积方向,此时检测结果受各向异性影响较小。在系统分析了激光超声检测工艺和材料特性对晶粒尺寸检测影响的基础上,本文采用激光超声表面波对增材制造Ti-6Al-4V合金晶粒尺寸进行了评价,结果表明:表面波衰减系数与平均晶粒尺寸的关系符合三次多项式计算模型,采用此模型对增材制造Ti-6Al-4V合金晶粒尺寸检测的最大误差为5.7%。表面波频带能量与平均晶粒尺寸的关系符合线性计算模型,采用此模型对增材制造Ti-6Al-4V合金晶粒尺寸检测的误差为3.7%。