合金钢广泛应用于高温压力管道、腐蚀性化工容器等关键设备,在严苛工况下长周期服役的设备面临着蠕变、疲劳等潜在风险。近几年研究表明,非线性超声Lamb波混频具有对微观组织损伤敏感的优点,因此有望应用于大口径管道早期微观损伤的快速检测和定位。但是,Lamb波多模态、频散的特性使得非线性Lamb波混频有效激发和接收较为困难,在基础研究和实验研究等方面还有大量工作需要深入开展。本文针对合金钢高温蠕变损伤,提出应用非线性超声Lamb波混频方法对高温蠕变损伤进行实验测量,根据理论条件筛选能够激发混频的基频超声Lamb波模式,对模式进行仿真计算并开展合金钢高温蠕变损伤非线性超声Lamb波混频测量实验研究。采用该方法对P92和316L钢高温蠕变损伤程度进行表征,并分析材料微观组织演化和非线性参量变化趋势之间关系,为利用非线性超声Lamb波混频方法表征合金钢高温蠕变损伤提供一定实验基础。本文研究内容和结果主要包括:(1)混频模式对的准确选择目前尚缺乏普适性的方法。针对筛选后相似结果较多的问题,提出对称模式和反对称模式分离的计算方法并编写Matlab程序用于筛选混频模式,同时增加相关实验参数计算。通过增加实验参数选择条件一定程度上减少了筛选结果数量。仿真计算和实验研究结果表明,筛选出的模式能够有效激发混频信号。(2)为能够激发较强混频信号,开展非线性超声Lamb波混频激发效率影响参数的研究,得到非线性参量和混频信号随着频率、周期等实验参数而变化的关系曲线。结果表明,随着激励电压增加,混频信号幅值在一定范围内呈单调增加趋势;激发频率在偏移混频中心频率超过一定范围之后非线性参量出现急剧下降;一定条件下提高基频信号周期数能够提高混频信号在频域上信噪比。(3)对高温蠕变损伤的两种合金钢(P92和316L)进行非线性超声Lamb波混频实验测量,得到混频非线性参量随着高温蠕变时间而变化关系曲线,曲线呈现出上升-平稳-上升的变化趋势。对不同蠕变时间P92和316L试样进行微观组织演化分析,解释非线性参量变化原因。课题组相关研究结果表明,蠕变初期位错密度不断提高导致非线性参量呈现上升趋势,第二阶段出现较为平稳的趋势是由于合金材料中作为强化相的溶质原子析出形成析出相,阻碍晶界滑移和位错产生,最后阶段非线性参量急剧上升与析出相长大形核相关。材料位错密度、析出相大小等微观结构变化与非线性参量变化存在一致性,因此,非线性超声Lamb波混频方法能够在一定程度上表征材料微观结构状态。