探傷用的超聲波是一種頻率高達幾百到上千千赫甚至到幾萬千赫的高頻脈沖彈性波，超聲波換能器是一種可逆的聲電轉換元件，在探傷中起到發射與接收高頻脈沖彈性波的作用。

1. 超聲波換(huan)能器的基本構造

超聲波換能器由壓電晶片、保護膜、吸收(shou)塊和(he)外殼等組(zu)成。

 a. 壓(ya)電晶片

  壓電晶(jing)片(pian)具有壓電效應，它的作(zuo)用是發(fa)射和接收超聲波，實(shi)現電能(neng)與聲能(neng)的轉(zhuan)換(huan)。由壓電材(cai)(cai)料制成，分為單晶(jing)與雙晶(jing)。晶(jing)片(pian)的兩(liang)個表面都有銀層作(zuo)為電極(ji)(ji)，“一”極(ji)(ji)引出的導線接發(fa)射端，“＋”極(ji)(ji)接地。常(chang)見壓電材(cai)(cai)料與探頭代號見表3.2。

 b. 保護(hu)膜

  保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)基(ji)本功能(neng)(neng)是保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)壓電晶片不(bu)致磨(mo)損(sun)(sun)。保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)分(fen)為硬(ying)、軟(ruan)(ruan)兩(liang)類。硬(ying)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)主(zhu)要用(yong)(yong)于對表面(mian)(mian)光潔度(du)較高(gao)、表面(mian)(mian)平(ping)整工件進行(xing)檢(jian)測。硬(ying)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)被用(yong)(yong)于粗糙表面(mian)(mian)檢(jian)測時，聲(sheng)能(neng)(neng)的(de)(de)損(sun)(sun)失(shi)達20~30 dB.軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)可(ke)用(yong)(yong)于表面(mian)(mian)光潔度(du)較低或有一定(ding)曲率(lv)的(de)(de)工件探傷(shang)。軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)通(tong)常含有聚氨酯軟(ruan)(ruan)塑(su)料(liao)等(deng)，因(yin)此可(ke)以改善聲(sheng)能(neng)(neng)耦合(he)，提高(gao)聲(sheng)能(neng)(neng)傳遞(di)效率(lv)，并且檢(jian)測結果的(de)(de)重復性好，磨(mo)損(sun)(sun)后(hou)易(yi)于更換。軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)對聲(sheng)能(neng)(neng)的(de)(de)損(sun)(sun)失(shi)為6~7dB.保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)材料(liao)應耐(nai)磨(mo)，衰減小，厚度(du)適(shi)當(dang)。

 c. 吸收塊(kuai)

 吸收(shou)塊(kuai)附著在壓電晶(jing)(jing)片(pian)上，對壓電晶(jing)(jing)片(pian)的震動進行阻(zu)尼(ni)，故又(you)稱阻(zu)尼(ni)塊(kuai)。由于晶(jing)(jing)片(pian)共振周(zhou)期過(guo)大會導致脈(mo)沖變寬、盲區增大、因此，使用阻(zu)尼(ni)塊(kuai)會使得晶(jing)(jing)片(pian)起振后盡(jin)快地停下(xia)來，從而使得脈(mo)沖寬度變小，分辨率提高。吸收(shou)塊(kuai)的聲(sheng)阻(zu)抗(kang)應該盡(jin)量接近壓電晶(jing)(jing)片(pian)的聲(sheng)阻(zu)抗(kang)。

 d. 外殼

 由金屬或者塑料制成(cheng)，并裝有小電纜連(lian)接器(qi)插頭。主要作用就是保護以上探頭組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)。

2. 幾種常用(yong)的超聲(sheng)波換能器(qi)

  圖3.4為(wei)換能器的(de)基本構造。超聲(sheng)波(bo)探(tan)傷(shang)采(cai)用多種(zhong)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)形狀，根據(ju)不(bu)同(tong)的(de)波(bo)形可分為(wei)縱波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)、橫波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)、表面(mian)(mian)波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)等(deng)。根據(ju)耦(ou)合方式(shi)(shi)的(de)不(bu)同(tong)進行(xing)分類：接(jie)觸式(shi)(shi)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)和液(ye)浸式(shi)(shi)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根據(ju)波(bo)束(shu)的(de)不(bu)同(tong)分為(wei)聚(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)和非聚(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根據(ju)晶(jing)片的(de)數量，可分為(wei)單晶(jing)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)與(yu)雙晶(jing)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)。此外還有根據(ju)實際生(sheng)產需(xu)要所(suo)發明的(de)高溫探(tan)頭(tou)(tou)(tou)，微型探(tan)頭(tou)(tou)(tou)等(deng)特殊探(tan)頭(tou)(tou)(tou)。下(xia)面(mian)(mian)簡單介紹幾種(zhong)常用的(de)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)。

 a. 直探頭(tou)（縱波(bo)探頭(tou)）

  直探頭(tou)用(yong)于(yu)發射和接受縱波(bo)，所(suo)以又(you)稱為(wei)縱波(bo)探頭(tou)。直探頭(tou)主要(yao)用(yong)于(yu)與探測平(ping)面平(ping)行的缺(que)陷探測，如(ru)鋼(gang)板。

 b. 斜(xie)探(tan)頭（橫波探(tan)頭）

  使聲束(shu)通(tong)過斜(xie)楔塊與(yu)工件表面(mian)成(cheng)一(yi)定角度射入工件的(de)探頭(tou)稱為斜(xie)探頭(tou)。它可(ke)以發射和接收橫波，因此又稱為橫波探頭(tou)。主要用(yong)于(yu)檢(jian)測(ce)焊縫(feng)、鋼管等(deng)與(yu)檢(jian)測(ce)表面(mian)垂直或(huo)成(cheng)一(yi)定角度的(de)缺陷。

 c. 雙晶探頭(tou)（分割探頭(tou)）

  雙晶(jing)探(tan)頭(tou)有兩塊壓電晶(jing)片(pian)，一個(ge)用(yong)(yong)來發射(she)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)，另一個(ge)用(yong)(yong)來接收超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)。根據人射(she)角(jiao)aL不(bu)同，分(fen)為雙晶(jing)縱波(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)（aL<aI)和(he)雙晶(jing)橫波(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)（aL=aI~aII).雙晶(jing)探(tan)頭(tou)基本構造(zao)如圖3.5所(suo)示(shi)。

d. 聚焦(jiao)探頭

  超(chao)聲(sheng)波(bo)聚焦(jiao)(jiao)探頭(tou)是把壓(ya)電(dian)晶片（換能器）產生的超(chao)聲(sheng)波(bo)能量聚焦(jiao)(jiao)成一(yi)條線狀(zhuang)或一(yi)個點狀(zhuang)的超(chao)聲(sheng)束。在(zai)焦(jiao)(jiao)點處，聲(sheng)波(bo)能量集(ji)中，提高了探傷的靈敏度和分辨(bian)率(lv)。它適合(he)用于小直徑圓棒(bang)、管材的探傷。并(bing)在(zai)冶金、航空等工業(ye)部門的應用也頗為廣(guang)泛。聚焦(jiao)(jiao)式探頭(tou)構造組成如圖(tu)3.6所示。

  根據(ju)(ju)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)原理，聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)可(ke)分為點聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)和(he)線聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)。點聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)的理想焦(jiao)(jiao)(jiao)點是(shi)聲(sheng)(sheng)透鏡(jing)(jing)為球面的一點，線聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)的理想焦(jiao)(jiao)(jiao)點是(shi)聲(sheng)(sheng)透鏡(jing)(jing)為圓柱體的直線。根據(ju)(ju)耦合條件的不同，可(ke)分為水(shui)(shui)(shui)浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)和(he)接(jie)(jie)(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)，水(shui)(shui)(shui)浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)以水(shui)(shui)(shui)為介質進行耦合，探(tan)(tan)頭(tou)(tou)與(yu)工件不直接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)觸(chu)(chu)。接(jie)(jie)(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)與(yu)工件通過薄層耦合介質接(jie)(jie)(jie)(jie)觸(chu)(chu)。按接(jie)(jie)(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)方式(shi)(shi)不同又(you)分為透鏡(jing)(jing)式(shi)(shi)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)、反射式(shi)(shi)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)和(he)曲面晶片式(shi)(shi)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)。