管道被广泛应用于各个重要领域,长期处在高温或腐蚀等恶劣环境中。随着服役时间增长,极易产生疲劳破坏进而导致裂纹出现,从而引发管道介质泄漏等事故。激光超声检测技术具有完全非接触、无需耦合剂、适合远距离检测、激发超声波带宽大、空间分辨率高等优点,弥补常规超声技术的不足,特别适用于高温、腐蚀、核辐射等恶劣环境中管道的检测。本文结合管道表面裂纹缺陷检测的迫切需求,采用基于热固耦合的有限元模拟方法与基于激光超声的实验相结合,研究激光超声表面波与管道表面裂纹相互作用的机理。采用基于热固耦合原理的有限元方法模拟激光在管道中激发超声波的过程,考察脉冲激光源功率密度及在管道表面产生的瞬态温度梯度分布;研究管道有、无表面裂纹缺陷情况下的超声振动特征;分析裂纹深度对超声振动信号、缺陷一次回波频谱和超声应力场传播特性的影响。有限元模拟为实验研究研究提供理论技术基础。采用模块化设计,搭建激光超声管道检测系统,用脉冲激光激发超声波,基于双波混合原理的激光干涉仪接收超声波,量化分析信噪比达到最佳状态的各模块参数,利用分数阶微分方法提取表面波缺陷回波信号。研究脉冲激光功率密度对超声表面波信号的影响;分析管道有、无裂纹时的超声信号特征以及激光超声表面波对表面缺陷的反应;探究表面波缺陷回波缺陷特征提取前后的B扫描结果;分析表面裂纹缺陷深度与两次缺陷回波时间间隔的关系。综合对比分析实验研究结果与有限元模拟结果,对研究过程作出评价,分析得到脉冲激光在管道激发超声波及其与表面裂纹缺陷相互作用的机理。