钢轨是铁路轨道的重要组成部件，其主要功能为引导机车车辆的车轮前进，同时承载车轮的作用力并将力传递到轨枕上。随着我国铁路向重载、高速以及高密度方向快速发展，钢轨在使用过程中表现出来的滚动接触疲劳损伤越来越频繁和严重。核伤主要由钢轨滚动接触疲劳引起，是轨头踏面裂纹发展到一定深度或者轨面剥离掉块底部再次萌生裂纹到一定深度形成的，其中轨头横裂型核伤是危害性最大的损伤形式之一，已成为影响铁路运输安全的主要损伤。

钢轨核伤一般呈椭圆形，长短轴之比约为3∶2。核伤面积与轨头横截面面积之比超过10%，钢轨的强度下降90%，容易引起突发性钢轨折断，严重影响铁路运输安全。根据核伤所在位置不同可分为“白核”和“黑核”。核伤在未发展到外表面时肉眼不可见，称“白核”；已扩展到外表面时，因氧化变为黑色，称“黑核”。钢轨核伤断口外观如图1所示。

使用相控阵探头对轨头核伤进行检测，首先基于声束传播路径和核伤分布特点得到超声折射角，然后基于轨道截面几何形状和声束击打在轨颚上的最佳位置来确定探头偏斜角和探头距轨面中心线的偏移量。最后，基于上述参数设计相控阵探头并用于核伤检测。结果证明该技术可实现轨头区域的超声全覆盖检测。