随着无缝线路的广泛应用，钢轨焊缝质量直接关系着铁路运输安全。由于焊接工艺操作失误等原因引起的焊缝内存在的焊接缺陷，以及在高强度使用过程中产生的疲劳伤损，都需要利用有效的无损检测方法及时将其发现。至今为止，针对钢轨焊缝的无损检测，超声波检测是一种最有效的检测方式，但是仍然存在检测效率低、漏检及误判等问题。　　近年来，超声相控阵检测技术已在工业各领域取得很好的应用，将其灵活的控制扫描声束角度的功能应用于钢轨焊缝的检测，将有效的提高检测效率。由于钢轨焊缝本身结构曾“工”字状，利用超声相控阵对其多角度扫查时可以避免常规超声检测中出现的漏检情况。另外，超声相控阵声束聚焦能量强，有利于检测焊缝内光斑等反射信号弱及轨腰部位较深位置处的缺陷。　　本文在参考钢轨焊缝传统超声检测工艺的基础上，采用理论分析数值检测和实验检测相结合的方法，开展钢轨焊缝超声相控阵检测研究。在实验研究上，采用汕头超声仪器研究所有限公司研制的便携式超声相控阵仪(CTS-602型)开展检测方法研究，设计制定了铁路钢轨超声相控阵检测技术工艺方案。首先，针对CTS-602型相控阵超声检测仪，分别对相控阵仪器及探头参数的设置，扫描方式、扫描波型和扫描角度的选择，灵敏度的确定进行了研究分析，依据钢轨焊缝常规超声波探伤标准，设计编制了相应的相控阵超声检测方法和工艺方案。使用CIVA模拟软件，建立钢轨焊缝三维模型，模拟气孔，裂纹和缩孔缺陷的超声相控阵检测，利用数值检测验证了本检测方案的可行性，并研究分析了缺陷类型、方向及大小和深度等因素对检测结果的影响。进一步，利用Esbeamtool软件模拟了相控阵声束覆盖检测区时探头的布设方式。　　其次，开展实验检测技术研究，以钢轨气压焊和铝热焊焊缝作为检测对象，通过对焊接工艺及常见缺陷研究分析，设计和加工了不同的人工缺陷的钢轨检测试样，实验检测结果进一步验证了本文提出的实验方案的可行性。通过对缺陷成像结果的分析，了解了气压焊和铝热焊焊缝的超声相控阵检测特点，讨论了缺陷位置对实验结果的影响。　　最后，考虑钢轨铝热焊焊缝存在焊筋结构，对缺陷的确定干扰非常大的这一突出影响因素，我们专门进行了焊筋反射伪信号与缺陷信号的识别研究，通过在轨底部位设计加工了三个阶梯形的孔，分析讨论了钢轨铝热焊焊缝轨底超声相控阵扇形扫查声束传播情况，为钢轨铝热焊焊缝轨底缺陷的检测提供理论和方法指导。　　采用超声相控阵技术可显著提高钢轨焊缝的检测水平，利用超声相控阵技术检测钢轨焊缝具有良好的技术应用前景，与超声相控阵在铁路轮轴的无损检测中得到的广泛应用不同，线路钢轨焊缝的超声相控阵检测技术尚处在开始阶段，本文的工作具有一定的探索性，可为线路钢轨焊缝超声相控阵检测工艺和标准的研究奠定一定的基础。