耐高温金属材料及其制品因其优异的高温力学性能,被广泛应用于航空航天、军事武器、特种装备、核能等重要领域。由于高温服役环境常伴有复杂机械载荷作用,耐高温金属及其制品极易出现性能退化、裂纹萌生与扩展等情况,引发恶性事故,造成重大经济损失甚至人员伤亡。因此,亟需开展材料高温力学性能在线检测技术研究,实现极端工况材料力学性能参数与损伤缺陷的快速精确测试。传统的压电超声、涡流、射线等在线无损检测方法,在开展金属材料高温力学性能测试时,会不同程度上受到温度、空间以及成本、安全性等因素制约,难以满足实际需求。激光超声检测技术兼具光学与超声检测的优势,具有无损、非接触、宽频带、高精度、高效率等特点,可获取材料及其构件的力学性能参数与损伤缺陷等信息。针对以上情况,论文着重开展了高温环境金属材料力学性能参数和损伤缺陷的激光超声检测理论与试验研究,论文的主要研究内容如下。首先,论文综述分析了传统高温在线无损检测方法和激光超声检测技术的国内外研究现状,阐述了现有研究的不足。论文分析了激光超声激励、传播与检测的相关理论,建立了激光超声点源激励有限元仿真模型;对比分析了激光热弹与烧蚀激励机制下纵波、横波和表面波等各模式超声信号的特征,研究了激励热影响区对超声信号检测的影响,获取了材料温度对超声信号强度和速度的影响规律,归纳了超声信号与不同类型损伤缺陷间的相互作用规律。论文推导了激光超声法检测材料力学性能参数时反演计算所依据的理论公式。针对纵波和表面波信号传播特征,分别设计了异侧同心检测和同侧检测方案,自主搭建了高温激光超声检测系统,在室温～1000℃变温环境下测量了GH600镍基高温合金的纵波和表面波速,发现超声波速随材料温度升高而变慢。论文根据波速计算了不同温度下材料的弹性模量等力学性能参数,结果表明:随着温度升高,材料弹性模量和剪切模量减小,泊松比增大。在上述研究基础上,论文建立了高温环境材料损伤缺陷激光超声检测的有限元仿真模型,开展了材料表面裂纹和内部缺陷的检测方法研究,确定了表面裂纹表面波透射率检测法和内部孔状缺陷透射纵波扫描成像检测法。论文采用扫描激光点源法对表面裂纹实现了定位检测,在1000℃高温环境下定量分析了裂纹深度与表面波透射率间的规律,对直径为2mm和1mm的通孔缺陷进行了透射纵波扫描检测,获取了实际缺陷的位置和尺寸图像信息。试验结果表明:试验与仿真结果吻合较好,本激光超声检测系统在高温环境下具有良好的缺陷检测能力。