汽轮机叶片制作材料为0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢,该钢经不同时效温度处理后,析出的沉淀相变化可能会导致其力学性能等性能满足不了叶片的使用要求。此外,汽轮机叶片在运行过程中极易产生疲劳损伤,严重时会发生断裂而引起“飞车”事故。目前采用磁粉、超声探伤等方法对叶片进行检测时,只能检测出宏观裂纹、开焊等损伤,无法对沉淀相变化以及因疲劳损伤产生的位错和微裂纹等微结构损伤进行检测。因此发展一种能够对叶片微结构损伤进行有效检测的方法意义重大。本文的课题来源为河南工业大学承担的国家自然科学基金项目“汽轮机叶片表面微结构损伤的非线性瑞利波检测方法研究”。针对汽轮机叶片微结构损伤的无损检测问题,以汽轮机叶片制作材料为检测对象,开展了一系列的非线性超声无损检测实验,分别研究了沉淀相变化以及不同疲劳损伤程度对超声非线性系数的影响。此外,对当前非线性超声瑞利波检测及信号处理中存在的问题进行了分析与研究。主要研究内容如下:(1)利用RAM-5000 SNAP非线性超声检测设备、滤波器、超声探头等仪器与自制夹具,分别搭建了非线性超声纵波检测系统与非线性超声瑞利波检测系统。(2)针对不同时效温度处理下,汽轮机叶片材料力学性能差异较大的问题,开展不同时效处理温度试件的非线性超声纵波检测实验;结合微观观察实验与硬度测量结果,分析了材料组织内部析出的沉淀相变化对超声非线性系数的影响。(3)以汽轮机叶片材料为检测对象,进行不同疲劳损伤程度试件的非线性超声瑞利波检测实验,得到了不同疲劳损伤程度下超声非线性系数的变化趋势。此外,针对检测中存在超声非线性系数较小的问题,开展不同疲劳损伤程度试件的反相相对激发瑞利波检测实验并将检测结果与非线性超声瑞利波检测结果进行了对比分析。(4)针对激励信号周期数较少时,FFT方法处理结果不准确的问题,研究了基于最小二乘法的非线性超声信号处理方法并通过数值模拟验证了其可行性。