鋼軌是鐵路軌道的重要組成部件，其主要功能為引導(dǎo)機(jī)車車輛的車輪前進(jìn)，同時(shí)承載車輪的作用力并將力傳遞到軌枕上。隨著我國鐵路向重載、高速以及高密度方向快速發(fā)展，鋼軌在使用過程中表現(xiàn)出來的滾動(dòng)接觸疲勞損傷越來越頻繁和嚴(yán)重。核傷主要由鋼軌滾動(dòng)接觸疲勞引起，是軌頭踏面裂紋發(fā)展到一定深度或者軌面剝離掉塊底部再次萌生裂紋到一定深度形成的，其中軌頭橫裂型核傷是危害性最大的損傷形式之一，已成為影響鐵路運(yùn)輸安全的主要損傷。

鋼軌核傷一般呈橢圓形，長短軸之比約為3∶2。核傷面積與軌頭橫截面面積之比超過10%，鋼軌的強(qiáng)度下降90%，容易引起突發(fā)性鋼軌折斷，嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)輸安全。根據(jù)核傷所在位置不同可分為“白核”和“黑核”。核傷在未發(fā)展到外表面時(shí)肉眼不可見，稱“白核”；已擴(kuò)展到外表面時(shí)，因氧化變?yōu)楹谏?，稱“黑核”。鋼軌核傷斷口外觀如圖1所示。

使用相控陣探頭對(duì)軌頭核傷進(jìn)行檢測，首先基于聲束傳播路徑和核傷分布特點(diǎn)得到超聲折射角，然后基于軌道截面幾何形狀和聲束擊打在軌顎上的最佳位置來確定探頭偏斜角和探頭距軌面中心線的偏移量。最后，基于上述參數(shù)設(shè)計(jì)相控陣探頭并用于核傷檢測。結(jié)果證明該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)軌頭區(qū)域的超聲全覆蓋檢測。