针对常规检测法测试螺栓轴向应力准确度不高的问题，提出采用超声波对螺栓轴向应力进行测量的方法，研究适用于工程实际的超声纵波检测法。结合胡克定律和声弹性效应原理推导螺栓应力与超声波声时差的关系，并分析温度对测量结果的影响。建立简便有效的标定测试试验系统，采用高速率和高分辨率的测试系统对超声回波信号进行采集，利用小波去噪的方法，消除高频噪声对测试信号的影响。通过对8.8级碳钢和12.9级合金钢两种不同材质螺栓的实际测试和数据处理，实现基于声弹性效应的螺栓轴向应力的标定测试，得到反映螺栓轴向应力和超声波声时差的线性函数关系，其重复准确度达2%~5%，线性关系高度显著。