增材制造核心技术及工业化应用对于推动智能制造,提升国家制造业创新能力具有重要意义。而如何准确量化增材制造技术成形后涂层内的残余应力,实现残余应力的精准无损检测是增材制造技术发展所面临的首要问题。本文为适应增材制造技术成形质量评估需求,在大量静载拉伸与压缩试验的基础上,以超声波无损检测为主要手段,结合等离子喷焊和激光熔覆等增材制造技术,研究了固体金属及其涂层结构材料内残余应力的超声波无损检测方法。主要包括以下研究内容:(1)分析金属及其涂层结构中材料分布及成形状态对超声各向异性传播过程的影响关系,基于声弹性理论,构建考虑金属及其涂层结构中材料分布、应力等因素的超声各向异性传播过程模型,提出了表征应力的参量(超声表观差值和超声表观线应变)和基于材料分布特性的应力-超声弹性系数。(2)设计残余应力场中的超声传播特性试验,结合等离子喷焊和激光熔覆技术及其它加工和热处理工艺制备了三种类型试件,并通过静载拉伸和压缩模拟试件内部残余应力分布状态;针对不同试件设定对应超声波检测参数,以试件中不同位置为标定,采集超声波信号(幅度和声程),提取出表征应力的参数(超声表观线应变),建立应力与超声表观线应变的映射关系。(3)通过理论模型与试验结果的对比分析,发现在不同超声波纵波传播方向和应力方向的关系下,理论模型与试验结果具有较好的一致性,且试验拟合关系式与理论模型关系式中的应力-超声弹性系数相差均小于8%,可以验证理论模型的有效性。基于所构建的应力-超声波传播模型及超声检测精度要求,分别提出了固体金属材料内缺陷无损检测的内应力影响修正方法和固体金属材料(单一金属或含涂层结构的复合材料)内残余应力的超声无损检测方法。