超声技术在钢轨缺陷的无损检测中运用广泛,但常规超声技术存在声场盲区,导致钢轨表面及亚表面缺陷(表面以下5mm内)无法检出。激光超声技术可通过非接触方式在固体表层同时激发多种模式的超声波,且不存在声场盲区问题,所以激光超声在钢轨缺陷检测上的应用研究有着重大的意义,因此本文研究目标是研究激光超声技术在钢轨表面及亚表面的缺陷检测的应用问题。首先介绍了激光激励超声波理论,通过材料的热弹耦合方程得到其有限元形式,并利用中心差分法进行显示积分来求解。根据该理论在有限元软件上建立了激光超声的钢轨缺陷检测有限元模型,在网格划分过程中采用了收敛分析法确定网格尺寸,并通过其物理分析及实验法验证了该模型的正确性。随后通过有限元和实验的方法对激光超声在钢轨表面及亚表面缺陷检测上最佳激励问题进行了研究。在激光相关参数的研究中得到激光的能量、脉冲宽度以及光斑尺寸都会对在信号振幅造成影响,而脉冲宽度和光斑横向宽度是超声接收的时间延迟主要影响因素,但只有光斑横向宽度会对频谱其造成影响。在激励方式的研究中得到激光线源指向性好,接收到的信号振幅更大,且纵向相对于横向激发的超声波回波比和信噪比都更高,所以激光线源在钢轨表层以纵向方式激发的超声波对缺陷有着最佳的检测能力。根据最佳激励问题的研究,对60kg钢轨表面及亚表面横向和纵向4种缺陷进行了实验分析。在实验中,采用横波探头接收超声信号,因此除了表面波外还出现了其他模式的波形。为了对时域信号全面分析,结合有限元法得到的声波传播情况进行共同分析,得到激光超声能够有效地钢轨表面及亚表面缺陷的结论。除此之外,还发现了纵波和横波进行了相互转换,也验证了声波遇到缺陷后的散射现象。最后,因为超声波对缺陷宽度不敏感,并不能对缺陷进行定征分析。为了能够更好的检测钢轨表面扩展缺陷,研究了交错扫查式激光超声的缺陷可视化检测。利用两个错位的激光器在钢轨轨头的两侧激发超声表面波来检测钢轨表面扩展缺陷,形成交错扫查的方式来激励声波对钢轨缺陷进行检测。根据图像分析等技术将整个缺陷的轮廓提取成像,为激光超声技术有效且定量检测出钢轨表面扩展缺陷提供了一种新的方法。