圆柱类零件作为工业中重要承载件,在交变应力载荷作用下容易产生表面疲劳裂纹,及时有效检测出零件表面疲劳裂纹对于保障工业安全尤为重要。激光超声作为一种新型无损检测技术,凭借其无接触激发和接收超声波可以实现高效、快速的表面裂纹检测。本文结合激光超声检测技术优势,将其运用于圆柱类零件表面裂纹检测,研究无涂层和带涂层圆柱表面裂纹的激光超声检测方法。本文采用有限元方法建立无涂层和带镍涂层铝圆柱激光超声多物理场模型,模拟脉冲激光在圆柱表面激发超声波的过程,分析声表面波在无涂层和带涂层圆柱表面传播规律。研究表明:声表面波在无涂层圆柱表面会发生几何色散现象,在不同周向表面检测点的相位会发生变化;声表面波在涂层圆柱表面传播会同时出现涂层色散和几何色散,色散现象明显,时域波形特征复杂,声表面波能量幅值由于涂层影响在传播过程中衰减更快。为了实现无涂层圆柱表面裂纹检测,减小几何色散对圆柱表面裂纹位置检测的影响,本文以扫描检测点方法,通过声表面波在表面裂纹前后出现的幅值突变现象确定无涂层圆柱表面裂纹位置。在此基础上,进一步分析声表面波在裂纹附近发生反射、透射以及模态转换过程,研究声表面波在表面裂纹附近的传播路径,结合表面裂纹前后边沿检测点的声表面波时域特征提出表征无涂层圆柱表面裂纹深度和宽度的量化公式。由于声表面波受涂层色散影响,时域波形特征较为复杂,为了实现涂层圆柱表面裂纹检测,减小色散影响,本文采用小波时频分析提取最大幅值对应频率的小波系数时域图确定表面裂纹的大致区域,进一步结合扫描检测点方法检测出表面裂纹具体位置。在此基础上提取表面裂纹前后边沿检测点时域数据进行小波包分析,研究表明:表面裂纹深度在0-1.0mm变化时,表面裂纹前后沿检测点的声表面波幅值差与表面裂纹深度存在一定线性关系;随表面裂纹深度增加,裂纹后沿检测点声表面波中0-2.6MHz频带能量对于裂纹深度变化较为敏感,声表面波中0-1.3MHz频带能量占比明显增加,1.3-2.6MHz频带能量占比明显下降,表面裂纹深度大于0.6mm时,两者能量占比变化趋势逐渐趋于稳定。