电弧增材制造技术是一种以电弧为载能束，运用丝材进行多层多道熔覆堆积的成形工艺，可一体化成形大型复杂结构零件，在未来航空、航天、核电、石化、船舶等领域关键大型构件的增材制造方面具有巨大应用潜力。受电弧焊接工艺本质的影响，在熔池凝固过程中，不可避免会产生气孔、微裂纹、夹杂、熔合不良等宏观缺陷，需要对增材构件进行无损检测。然而，电弧增材构件经历多次热循环，内部存在较大的温度梯度，导致增材沉积层组织呈层状不均匀分布，增材区域还会产生粗大的柱状晶，给无损检测带来极大挑战。针对以上问题，本文以电弧增材制造构件为研究对象，开展电弧增材多晶结构建模和超声无损检测仿真及实验研究，具体内容如下：
　　(1)采用电弧增材实验制备了JQMG70S-6焊材的电弧增材制造金属试块，金相显微分析后观测到电弧增材制造构件内部晶粒具有分层分布的特征，分析数据获得了各区域的平均晶粒尺寸；结合电弧增材制造材料多晶体取向和弹性特性之间的对应关系，提出了一种多晶结构整体式建模方法，直接生成电弧增材构件多晶结构整体模型。
　　(2)联合运用MATLAB和COMSOL声学仿真软件，建立了母材Q235钢的二维多晶体结构超声传播仿真模型，分析了声波在多晶体中的传播、散射规律，获得不同取向、晶粒尺寸、脉冲频率的声波幅值、衰减等信号特征，研究了晶粒及缺陷尺寸对缺陷检测信号幅值、信噪比的作用规律；在此基础上，结合研究内容(1)，建立了JQMG70S-6焊材的电弧增材构件多晶结构超声检测仿真模型，得到检测信号的波形及声速、衰减系数等声学参数，同时仿真分析了电弧增材制造不同尺寸和分布区域缺陷回波幅值及信噪比的变化规律。
　　(3)开展了电弧增材试块超声无损检测实验，获得实际超声检测信号，仿真结果与实验结果基本吻合，验证了模型的准确性。采用人工设置平底孔的方式模拟生产过程中可能出现的气孔缺陷，同时设置对比试块，进行缺陷无损探伤，获得缺陷波幅值随距离表面深度的变化规律，得出：电弧增材制造构件内部粗大且分布不均的晶粒会对缺陷探伤产生影响，距离表面较深的缺陷可能出现漏检现象。因此，在实际检测中可以适当调大增益，或者采用双面检测法使检测结果更加准确可靠。
　　(4)制备了增材试样沿层深方向不同区域的检测试块，根据探头选型原则选取不同频率的探头，基于超声反射衰减原理对各区域试块进行超声无损检测实验，分析数据得到衰减系数随晶粒尺寸的变化曲线，构建了超声无损评价电弧增材试块晶粒尺寸的数学模型；同时研究了不同频率的探头对于检测结果的影响规律，得出采用高频探头会使检测结果更加准确的结论，建立了电弧增材内部晶粒尺寸超声无损评价方法。
　　本文研究为电弧增材构件内部的晶粒组织评价和缺陷检测提供了理论和方法指导。