重型燃气轮机是关乎能源、国防安全和工业竞争力的“国之重器”,其热障涂层是国际公认的重型燃气轮机制造核心技术。目前,我国尚缺乏有效的无损检测评价技术和相关仪器来支撑重型燃气轮机热障涂层基础科学问题研究。本文基于电磁超声检测和相控阵技术,利用阵列感应测井三线圈系原理设计探测重型燃气轮机基体缺陷的电磁相控阵探头结构,结合弹性力学理论设计超声探测模型研究涂层缺陷声波反射特性,通过合理设计电磁相控阵超声探测发射与接收结构及参数,研究界面缺陷对测量信号影响,为后续实际热端叶片界面缺陷探测提供理论支撑。主要研究内容与成果包括以下几部分。第一部分研究感应测井在热障涂层厚度探测中应用。利用三层介质水平线圈系电磁场分布计算公式编写MATLAB程序,计算分析涂层厚度及基体缺陷材料变化对电磁场分布特性影响,确定涂层厚度0.0004m,基体缺陷电导率106S/m。第二部分电磁超声相控阵结构与参数设计。提出基于石油测井方法阵列感应测井三线圈系原理的新型电磁相控阵探测基体缺陷探头结构,通过数值计算确定阵元间距满足比例因子α为0.8074、激励频率为10 MHz可实现最佳电磁探测基体缺陷。解决毫米级小尺寸曲面弹性声波传播研究的模型构建和网格剖分问题,计算频率、源和接收位置变化对测量信号影响,结果表明在频率为200 k Hz、发射源正对缺陷、接收与缺陷相对位置为0.005m时,探测精度达99.99%,可有效满足重型燃气轮机叶片涂层缺陷探测需求。第三部分电磁超声探测相控阵响应特性分析。利用最佳平面电磁探测相控阵模型探测基体缺陷,总结出基体缺陷大小、位置和间距的计算公式,并对双线圈系和三线圈系进行视电导率幅值比较,表明三线圈系探测新方法明显优于双线圈系。数值模拟了曲面电磁探测模型探测基体缺陷,结果表明其响应特性和缺陷几何参数计算公式与平面电磁探测模型数值模拟结果基本一致,为后续该模型探测实际热障涂层基体缺陷提供了理论依据。利用平/曲面超声探测模型探测涂层缺陷,数值计算缺陷大小和厚度变化对探测精度影响,结果表明,该模型最小可探测涂层缺陷大小为0.001m,缺陷厚度为0.0015m。