残余应力是由于金属材料的非均匀变形而普遍存在于材料中的一种弹性应力,残余应力会对构件的承载能力、屈服强度、疲劳强度、尺寸稳定性等材料性能产生影响。因此,残余应力的精确测量对评估结构健康和使用寿命有着十分重要的意义。基于临界折射纵波(LCR,longitudinal critically refracted waves)声弹性理论和LCR波渗透深度与频率的关系,采用不同激励频率的LCR波可实现对试件不同深度的残余应力进行无损测量。目前主要采用压电超声换能器激励产生LCR波,但在对试件不同深度应力进行测量时需改变激发频率,相应的需要更换对应频率的压电超声换能器,操作步骤繁琐。针对该问题,本文根据电磁超声换能器（Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT）激发原理,提出一种多频率兼容的LCR波电磁超声激励装置,并将其应用于残余应力深度检测中,简化检测步骤,提高检测效率。本文开展的主要工作有:（1）首先对残余应力深度检测方法开展研究。分析了LCR波产生机理、应力检测机理、超声检测深度与频率的关系和电磁超声换能器的换能机理,在此基础上提出了三种电磁超声纵波激励方案,并对三种方案进行了仿真分析,确定了电磁超声临界折射纵波激励装置的总体设计方案。（2）分析了所设计的电磁超声临界折射纵波激励装置各部位参数对LCR波激励效果的影响。对永磁体位置、激励线圈的结构、激励介质的选取和入射楔块的设计等进行了仿真和实验分析。通过调整和完善EMAT的各项参数,改善了该装置所激发出的LCR波波形,提高了波包的整体幅值。（3）验证了所设计的电磁超声临界折射纵波激励装置在检测金属结构不同深度的应力分布的有效性。对所设计激励装置激励不同频率LCR波进行了仿真与实验分析,并制备了应力随深度变化的检测试件。基于所设计装置对不同深度的应力进行了检测,并将所检测结果与仿真结果、压电超声测试结果进行了对比,达到了预期效果。