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惯性摩擦焊作为一种高连接质量的先进固相焊接技术,已成为航空航天领域典型可靠的制造工艺。然而在焊接及服役过程中出现如未焊合、弱结合等缺陷会影响工件的安全性和可靠性,造成重大安全隐患。为保证产品服役过程安全可靠,对惯性摩擦焊接头质量检测具有重要意义,本文针对钛合金惯性摩擦焊接头质量检测开展线性和非线性超声检测研究。首先,通过改变工艺参数制备钛合金惯性摩擦焊检测试样,包括调节焊接工艺制备的自然缺陷,以及人工制备的摩擦焊对比试样,采用金相和扫描电镜分析惯性摩擦焊接头宏观和微观形貌。用对比试样确定超声C扫描检测的灵敏度,并进行了摩擦焊试样的超声成像检测,结合金相结果对缺陷进行了验证分析。利用自行搭建的非线性超声检测系统对钛合金摩擦焊接头内部弱结合缺陷进行了检测,确定了激励信号和激励功率对摩擦焊弱结合缺陷非线性超声的影响,模拟并验证了端面垂直入射、圆周面垂直入射和圆周面斜入射三种方式下摩擦焊棒材的非线性检测的精度,对比分析了常规非线性超声检测和脉冲反转法对摩擦焊缺陷检测的优劣,最后结合EBSD技术研究了钛合金接头微观组织及其织构演变,通过分析声速、衰减系数和非线性系数与接头各区域的相关性,建立了非线性系数与EBSD-KAM的联系,为表征接头性能提供新思路。实验结果表明:(1)超声C扫描可检测出钛合金惯性摩擦焊接头内部未焊合缺陷,最小可检出φ0.4 mm平底孔缺陷。(2)非线性超声检测系统可检出接头内部宽约为2μm,长约100μm的弱结合缺陷;通过检测对比试样发现φ0.2 mm平底孔缺陷的非线性效应最强,且非线性效应随孔径增大而迅速衰减,将平底孔看作封闭平面缺陷,最大检测面积约为0.28 mm~2。(3)圆周面垂直入射具有较高的检测精度,检测距离短,工件检测适应性好。(4)相比常规线性参数如声速、衰减系数,非线性系数与接头各区域具有较高敏感性,相对变化量最大为69.4%。(5)通过EBSD-KAM分析接头各区域,发现KAM值与非线性系数具有相似的变化趋势,可将非线性系数用于表征惯性摩擦焊接头位错密度,建立非线性超声系数-位错密度-摩擦焊接头力学性能之间的联系。