因高能量密度、热影响区小等优点,激光熔覆技术在机械装备表面修复领域得到广泛应用。然而,由其局部快速冷却和凝固特点诱发的各向异性组织导致其性能方向性差异明显,这也成为限制激光熔覆技术推广应用的重要因素。为解决这一问题,国内外大量学者对激光熔覆层组织控制的技术方法进行了探讨。因具有快速、便捷等优点,超声振动技术引起众多学者的广泛关注,即通过施加不同的超声振动能量即可实现激光熔覆层组织的控制,这无疑为解决各向异性激光熔覆层组织引起的性能差异提供了有效途径。然而,组织的变化导致激光熔覆层的应力损伤模式发生明显变化,这也使得传统意义上激光熔覆层应力损伤的分析模式不再适用于施加超声振动后激光熔覆层的应力损伤机理分析,因而积极探索可实现激光熔覆层应力损伤的技术方法就亟待解决。非线性超声波法是基于超声波对固体介质微损伤响应而提出的一种损伤评价方法,如若将非线性超声波技术用于施加超声振动后激光熔覆层应力损伤的评价即可解决上述问题,但当前国内外对该领域的研究稀少。鉴于此,本研究以Fe314合金激光熔覆层为研究对象,探讨不同超声振幅对激光熔覆层组织的影响规律,并明确非线性超声波对其损伤程度的响应行为,结果如下所述:对于单层激光熔覆层而言,随着超声振动振幅的增加,熔覆层金相组织的晶粒度随着振动幅度的增加而减小,柱状晶区占比减小,硬度值升高,但过高的振幅对于熔覆层硬度值的提升效果有限;对双层激光熔覆层而言,超声振动振幅越大,重熔区面积增大,熔合线下移,50%振幅辅助下的激光熔覆层硬度值最高,成形最好,当振幅达到90%时,熔覆层处的硬度值由于稀释率的降低反而发生了大幅度的下降,成形也较差。采用非线性超声技术对不同振幅下的熔覆层试样进行检测,通过快速傅里叶变换对采集到的表面波超声信号进行分析,根据相对非线性系数计算公式得出不同振幅下的相对非线性系数,结果表明:随着超声振动振幅的增加,超声时域信号的幅值也逐渐增大,时域信号波形畸变明显,一次谐波的幅值呈现上升趋势,二次谐波的幅值在50%振幅处达到最大,相对非线性系数也在50%振幅处达到最大。借助超声表面波的相对非线性系数标定试验,建立不同超声振幅下相对非线性系数与应力损伤的关系。标定试验的结果表明:不同超声振幅辅助下的拉伸试样超声非线性系数与应力损伤的关系基本相同,均呈现出相对非线性系数随应力损伤程度的增大而增加的趋势。拉伸试样在弹性阶段相对非线性系数变化较小,到了塑性变形阶段,相对非线性系数增速变大,在发生颈缩后相对非线性系数开始下降。不同的是随着超声振幅的增加,不同组拉伸试样的相对非线性系数的增速逐渐趋于均匀化,且在整个标定试验过程中不同组拉伸试样的相对非线性系数的最大值随着超声振幅的增加而减小。结合熔覆层的金相组织、硬度分析与断口微观形貌观察得出:当超声振幅达到50%时,所得熔覆层的成形与硬度最佳,进一步增加振幅会使熔覆层成形变差,硬度也有所降低。通过试验表明相对非线性系数可以对材料内部的应力损伤进行表征,相对非线性系数越小,材料内部的应力损伤也越小。