高强螺栓以其强度高、承受应力高和服役时间长等特点被广泛应用于航空航天、武器装备、生产设备等领域,高强螺坯作为高强螺栓生产过程中重要的一部分,在冷镦工艺成形的过程中,很容易出现微裂纹、微气孔和折叠等肉眼难以分辨的微小缺陷,及时有效的检测出这些缺陷对于后续制件以及提高机械设备的稳定性和可靠性有着积极的意义。目前,高强螺坯的缺陷检测大多基于传统的超声检测技术,检测精度及效率相对较低且需要耦合剂。激光超声作为一种新型超声检测技术,凭借着非接触、高精度、远距离接收等优势在无损检测领域有着广阔的应用前景。本文基于激光超声热弹激发机制,采用数值模拟的手段研究了超声波在高强螺坯圆周面和轴向的传播规律以及缺陷的定位和表征方法,从而实现试件的无损评估。具体的研究内容如下:1.基于激光超声的基本理论,采用有限元方法分别建立了螺坯圆周面缺陷模型和轴向缺陷模型,模拟了脉冲激光激发出的瞬态温度场和应力场。讨论了不同激光激发半径、激光上升时间和光源输出能量对超声波信号的影响,并以此为依据确定了光源的具体参数。2.依据激光超声在金属试件圆周面的传播原理,本文分别使用扫描检测源法和扫描激发源法对螺坯圆周面缺陷进行定位分析,对比发现,使用扫描激发源法检测时在缺陷附近超声波波峰的幅值变化较大,更有利于缺陷的识别。通过分析圆周面产生的Rr、R’r特征回波时间差和缺陷深度的关系,研究了缺陷深度的量化计算方法,通过数值拟合和对比验证,该方法可以在误差允许的范围内实现0-1.5mm缺陷深度的表征。3.依据激光超声在金属试件轴向表面及内部的传播原理,分析了二维螺坯缺陷、三维螺坯缺陷对超声波幅值及渡越时间的影响,通过实验对三维螺坯缺陷的回波进行验证。并对缺陷的位置以及尺寸进行粗略判断。Rr波幅值与缺陷深度呈正相关,透射波与缺陷深度呈负相关;Rr波的到达时间、透射波的幅值与缺陷高度呈负相关。