本发明提供了一种喷丸强化残余应力深度分布的检测方法及装置，该方法包括：获取采用喷丸工艺处理得到的钛合金航空部件的表面波时域超声信号；其中，所述表面波时域超声信号是通过激光超声检测装置检测得到；对所述表面波时域超声信号进行小波变换处理，计算得到多个所述表面波时域超声信号的频率分量；基于每个所述频率分量的声速以及声弹性常数，确定所述钛合金航空部件的喷丸强化残余应力的深度分布。本方案通过对超声波时域信号进行小波变换处理，更为精确地表征了零件表面喷丸强化后残余应力的深度分布情况，为零件表面喷丸强化工艺质量评估、喷丸工艺参数优化以及零件疲劳寿命的预测提供关键数据支撑。