焊接残余应力是焊接结构可靠性评价的重要参数之一，能够无损测量焊接残余应力对焊接结构可靠性评价具有重大意义。综合比较各种破坏性和非破坏性的焊接残余应力测量方法，超声波法因其无损、快速、便携的特点而具有重要的应用前景。为了实现减小应力表达区域，提高应力梯度分辨率的目的，使得分辨残余应力场梯度的能力提高，从而能较为精确的表达出应力梯度较大区域的残余应力值，本文提出了“位移差”法超声波测量焊接残余应力的方法，即通过移动收发探头之间的距离实现小距离的测量，探讨了“位移差”法的测量原理，推导了“位移差”法测量焊接残余应力的公式，提出了“位移差”法测量焊接残余应力的两种途径。搭建了“位移差”法试验系统，实现焊接残余应力的测量。设计了探头专用夹具，并进行了“位移差”法测量系统稳定性试验，选取了一个合适的收发探头间距。然后采用试验系统标定了不同探头间距下的名义声弹性系数，得到了名义声弹性系数和超声波传播声程之间的拟台方程。用“位移差”法对两个不同梯度的己知梯度应力场进行多次测量，验证了“位移差”法系统的准确性和可靠性，测量的声程减小到5mm，提高了应力梯度分辨率。使用“位移差”法测量铝台金平板对接焊的焊接残余应力，并用盲孑L法验证其准确性和可靠性，二者结果趋势基本相同，同时分析了测量误差产生的原因，在此基础上将该“位移差”测量方法应用到高速列车车体墙板的工程实际测量中，为安全评估和工艺优化提供了指导。