承压设备在高温高压环境中长期运行,会出现不同程度的蠕变损伤,在焊缝热影响区尤为严重。传统的超声检测方法对蠕变引起的材料损伤灵敏度很低,非线性超声作为一种新颖的高灵敏度检测方法,开始应用到评价蠕变损伤程度的研究中。以幅值之比法为代表的非线性超声系数表征蠕变程度的方法还存在着许多问题。如基波与二次谐波幅值随激发频率变化;脉冲激励带宽所导致的无法分离出不同频率对应的高次谐波。为了解决这些问题,找到一种表征金属高温蠕变损伤程度的状态参量,本文做了以下的工作:(1)在幅值之比法、能量之比法、幅值之比积分法基础上,提出了用累积的非线性参数的方法表征蠕变损伤状态的概念,形成了一种基于能量之比积分表征蠕变状态的非线性超声检测方法。首先借助Parseval’s关系及能量谱密度的概念推导了能量之比定义的非线性参数;理论分析了二次谐波的累积效应,并借鉴了应力波表达式推导了累积的幅值之比的表达式;考虑幅值随频率的变化关系及能量之比定义的非线性参数,推导了能量之比积分法。在理论上能量之比积分法与其他三种方法相比更具有优势。(2)搭建非线性超声检测平台,运用能量之比积分法对研制的的P91钢蠕变焊接标准试块的母材区,热影响区,焊缝区进行了检测。蠕变试块的蠕变温度为700℃,50MPa拉力单轴拉伸,蠕变时间分别为0h,120h,250h。检测结果与其他三种方法及硬度测量结果作对照。结果表明:能量之比积分法在检测同一蠕变试块多点检测中稳定性更好,对不同蠕变损伤程度试块检测灵敏度更高。(3)基于能量之比积分法的非线性超声蠕变表征方法应用到实际现场截取的P91钢主蒸汽管道蠕变程度的评价中。该管道运行温度为550℃,运行压力为3MPa,运行时间约3万小时。检测结果与硬度测量结果和较精确的X射线衍射法测得的残余应力作对比。结果表明:能量之比积分方法灵敏度最高,与硬度及应力的测量结果符合性最好,其次是幅值之比法,能量之比法。而对于幅值之比积分方法,对不同应力引起的蠕变损伤反应灵敏度不高。