金属材料是工业发展的重要支撑,在工业材料中占比高达80%。在金属构件制造和服役过程中,由于应力应变、化学腐蚀等原因极易出现各种缺陷损伤。当内部缺陷的出现和扩展不能及时检出时,会严重影响构件的使用性能,甚至形成巨大的安全隐患。因此,金属材料的缺陷检测具有重要的科学研究与工程应用价值。激光超声由于无损、非接触、高分辨率和快速大面积扫描等优点,具有应用于工业无损检测的巨大潜力。本文针对金属材料的内部缺陷检测问题,研究了热弹机制激光超声在金属材料中的传播规律和缺陷特征;针对热弹机制激光超声对心检测能力弱的问题,引入了复合材料涂覆法增强激光超声波信号。主要研究内容如下:（1）激光超声对铝合金缺陷检测尺寸极限的研究。构建COMSOL数理模型,结合实验手段,厘清了热弹机制激光超声波的激发原理,对热弹机制激光超声在金属材料中的传播规律进行探究和总结。并研究了激光超声在内部孔缺陷尺寸大于/小于检测极限的铝合金试块中的波形特征,为热弹机制激光超声的金属缺陷检测提供了理论基础。在此基础上,设计了激光超声检测系统的硬件平台及开发了采集系统的软件程序,为激光超声探测过程提供了实验平台和数据分析支撑。（2）针对热弹机制激光超声波信号强度低的问题,引入了复合材料涂覆法增强激光超声波信号。通过建立以透明玻璃为基板的Au/PDMS复合材料几何模型,分析了该复合材料的光声信号增强机理。同时优化了光吸收层Au材料的厚度,获得了Au材料的最佳厚度35 nm,使Au/PDMS复合材料具有信号最强的超声波信号。（3）针对热弹机制激光超声对铝合金缺陷检测能力弱的问题,将本研究获得的具有最佳Au层厚度（35 nm）的Au/PDMS复合材料应用于铝合金孔缺陷检测,结果表明热弹机制激光超声波信号幅值提高了一个数量级。与无涂层铝合金中烧蚀机制激光超声检测结果进行对比,两者的皮尔逊相关系数高达0.95,呈良好的线性相关关系,验证了基于复合材料涂覆法增强的激光超声对金属缺陷检测的可行性,推动了激光超声检测技术在金属构件缺陷检测的发展和应用。本文从金属材料内部缺陷的无损检测需求出发,研究了热弹机制激光超声在铝合金试块中的传播规律及缺陷特征,探究了基于复合涂覆法的激光超声波信号增强的规律,并成功实现了铝合金孔缺陷的无损检测应用,为金属构件缺陷的无损检测提供了一种可行的方法。