针对钢轨探伤可靠性试验及缺陷信号采集处理要求, 建立了一套基于激光超声技术的无损检测系统。该系统主要包括高能量脉冲激光器、电磁超声换能器、嵌入式信号采集处理系统以及带有人工缺陷裂缝的P60钢轨试件。在分析利用瑞利波探伤机理的基础上, 重点研究了激励线圈阻抗匹配方法, 介绍了嵌入式信号采集处理系统工作原理及其信号处理过程。最后利用搭建的激光超声检测系统, 实现钢轨表面深度不少于0.5 mm缺陷的定位, 并给出了接收信号幅度与提离距离以及缺陷尺寸的关系。

采用自主研发的激光声磁检测系统对钢轨疲劳损伤进行了无损检测研究。选择含有不同尺寸的表面裂纹和表面竖直孔的人工伤钢轨作为检测对象，进行了测试分析。结果表明,缺陷信号的幅度随缺陷深度的增加而增大。为了抑制检测过程中噪声对检测结果的影响，采用Matlab设计软阈值小波去噪算法并对信号进行处理，信噪比提高了12 dB以上。研究结果为激光声磁检测技术在钢轨无损检测工程领域的应用提供了一定的参考。

为了在烧蚀机制下的激光超声检测中合理加载激光能量，获得幅值较大的超声信号而不过于损伤被检材料，需要分析激光辐照材料表层的温升规律及激光烧蚀的问题。建立了激光辐照材料的理论模型，激光以热流密度的形式加载于材料表面。结合导热微分方程，将对流传热和辐射传热一同考虑，并在材料表层升温过程中有效处理了相变潜热，对材料表层受激光辐照的温度场进行了数值模拟。给出了激光烧蚀材料有限元分析的程序流程，选择45#钢坯为例进行激光辐照仿真计算，分析了钢坯表层受激光辐照区域、区域下方及区域边界附近节点的温升规律，并对比钢坯受激光辐照的实际烧蚀情况和通过采集激光超声波信号进行了验证。结果表明，数值模拟能够为后续热应力分析中载荷的加载提供依据，并为激光超声检测中激光能量的加载提供了参考。

为了实现金属材料内部缺陷的非接触式无损检测, 采用激光-电磁超声方法进行了理论分析和实验验证研究, 取得了钢坯试样中深度为40mm、尺寸为φ3mm×30mm孔洞人工伤的检测数据, 检测结果与实际孔洞位置之间的测量误差约为5%。结果表明, 激光-电磁超声技术适用于金属材料内部缺陷的非接触式无损检测。