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(sheng)波換能器的(de)基本(ben)構造
超聲波換能(neng)器由壓電(dian)晶片(pian)、保護膜、吸收塊(kuai)和外(wai)殼(ke)等組成。
a. 壓電晶(jing)片
壓電晶(jing)片具有(you)壓電效應，它(ta)的(de)作(zuo)用是發射(she)和接(jie)收超聲(sheng)波，實現電能與(yu)(yu)聲(sheng)能的(de)轉換(huan)。由壓電材料制成，分為單(dan)晶(jing)與(yu)(yu)雙(shuang)晶(jing)。晶(jing)片的(de)兩個(ge)表面(mian)都有(you)銀(yin)層作(zuo)為電極(ji)，“一”極(ji)引出的(de)導線接(jie)發射(she)端，“＋”極(ji)接(jie)地。常見壓電材料與(yu)(yu)探頭(tou)代(dai)號見表3.2。
b. 保護膜
保(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)(mo)(mo)的(de)基(ji)本功能(neng)(neng)是保(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)壓(ya)電晶片不(bu)致(zhi)磨(mo)損(sun)。保(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)(mo)(mo)分為硬、軟兩類。硬保(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)(mo)(mo)主(zhu)要用于對(dui)表(biao)面(mian)光(guang)潔度(du)較(jiao)高、表(biao)面(mian)平整工件(jian)進行(xing)檢(jian)測(ce)。硬保(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)(mo)(mo)被用于粗糙表(biao)面(mian)檢(jian)測(ce)時，聲(sheng)能(neng)(neng)的(de)損(sun)失(shi)達20~30 dB.軟保(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)(mo)(mo)可(ke)用于表(biao)面(mian)光(guang)潔度(du)較(jiao)低(di)或有一定曲率的(de)工件(jian)探傷(shang)。軟保(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)(mo)(mo)通(tong)常含有聚(ju)氨酯軟塑料等，因(yin)此(ci)可(ke)以改善聲(sheng)能(neng)(neng)耦合，提高聲(sheng)能(neng)(neng)傳遞效率，并且檢(jian)測(ce)結果的(de)重復性好，磨(mo)損(sun)后易于更(geng)換(huan)。軟保(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)(mo)(mo)對(dui)聲(sheng)能(neng)(neng)的(de)損(sun)失(shi)為6~7dB.保(bao)(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)(mo)(mo)材料應耐(nai)磨(mo)，衰減小，厚度(du)適(shi)當。
c. 吸收塊
吸收(shou)(shou)塊(kuai)附(fu)著在(zai)壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)(pian)(pian)上，對(dui)壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)(pian)(pian)的震動(dong)進行阻尼，故又稱阻尼塊(kuai)。由于晶(jing)片(pian)(pian)(pian)共振周期(qi)過大會(hui)導致脈沖(chong)變寬、盲區增(zeng)大、因(yin)此，使(shi)用阻尼塊(kuai)會(hui)使(shi)得(de)晶(jing)片(pian)(pian)(pian)起振后盡快(kuai)地停下來，從而使(shi)得(de)脈沖(chong)寬度變小，分(fen)辨率提高。吸收(shou)(shou)塊(kuai)的聲(sheng)(sheng)阻抗(kang)應該盡量接近壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)(pian)(pian)的聲(sheng)(sheng)阻抗(kang)。
d. 外殼(ke)
由金屬或者塑(su)料制成(cheng)，并裝有小電纜連(lian)接器插(cha)頭。主要作用就是保護以上探頭組成(cheng)部分。
2. 幾種(zhong)常用的超聲波換能器
圖3.4為換能器的(de)(de)基(ji)本構(gou)造。超聲波(bo)探(tan)(tan)(tan)傷采用(yong)多種探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)形狀，根(gen)據(ju)不同的(de)(de)波(bo)形可(ke)分(fen)為縱波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)、橫波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)、表面波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)等。根(gen)據(ju)耦(ou)合方(fang)式(shi)的(de)(de)不同進行分(fen)類：接觸(chu)式(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)和(he)液浸式(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。根(gen)據(ju)波(bo)束的(de)(de)不同分(fen)為聚焦(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)和(he)非(fei)聚焦(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。根(gen)據(ju)晶片的(de)(de)數量，可(ke)分(fen)為單(dan)晶探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)與雙晶探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。此(ci)外還(huan)有根(gen)據(ju)實際生產需要所(suo)發明的(de)(de)高溫探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)等特(te)殊探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。下面簡單(dan)介紹幾種常用(yong)的(de)(de)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。
a. 直探(tan)頭（縱(zong)波(bo)探(tan)頭）
直探(tan)(tan)頭(tou)用于發射和(he)接受縱波，所以又稱為縱波探(tan)(tan)頭(tou)。直探(tan)(tan)頭(tou)主要用于與(yu)探(tan)(tan)測(ce)平(ping)面平(ping)行的缺(que)陷探(tan)(tan)測(ce)，如(ru)鋼板。
b. 斜探(tan)頭(tou)（橫波探(tan)頭(tou)）
使聲束通過斜(xie)楔塊與工件(jian)表面(mian)成一定(ding)角(jiao)度射入工件(jian)的探(tan)頭(tou)稱為(wei)斜(xie)探(tan)頭(tou)。它可以發射和(he)接收橫(heng)波，因此又稱為(wei)橫(heng)波探(tan)頭(tou)。主要用(yong)于(yu)檢測焊縫(feng)、鋼管等與檢測表面(mian)垂直或(huo)成一定(ding)角(jiao)度的缺(que)陷。
c. 雙晶探(tan)頭（分割(ge)探(tan)頭）
雙(shuang)(shuang)晶探頭有兩塊(kuai)壓電晶片(pian)，一個用來(lai)發射超聲(sheng)波(bo)，另一個用來(lai)接收超聲(sheng)波(bo)。根據(ju)人(ren)射角aL不同，分為雙(shuang)(shuang)晶縱波(bo)探頭（aL<aI)和雙(shuang)(shuang)晶橫波(bo)探頭（aL=aI~aII).雙(shuang)(shuang)晶探頭基(ji)本(ben)構造如圖3.5所示。
d. 聚(ju)焦探頭
超(chao)聲(sheng)波(bo)聚(ju)焦探(tan)頭(tou)是(shi)把(ba)壓電晶片(pian)（換能(neng)器）產(chan)生的(de)超(chao)聲(sheng)波(bo)能(neng)量聚(ju)焦成一(yi)條線狀(zhuang)或一(yi)個點(dian)(dian)狀(zhuang)的(de)超(chao)聲(sheng)束。在焦點(dian)(dian)處，聲(sheng)波(bo)能(neng)量集中(zhong)，提高了探(tan)傷的(de)靈敏度和(he)分辨(bian)率。它適合用于小(xiao)直(zhi)徑圓棒、管材的(de)探(tan)傷。并在冶金(jin)、航空等(deng)工(gong)業部門(men)的(de)應用也頗為廣泛(fan)。聚(ju)焦式(shi)探(tan)頭(tou)構造組成如圖3.6所示。
根據聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)原理(li)，聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭可(ke)分(fen)(fen)為(wei)點聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和線(xian)聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭。點聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理(li)想焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點是聲透鏡為(wei)球面的(de)一點，線(xian)聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理(li)想焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點是聲透鏡為(wei)圓柱體的(de)直線(xian)。根據耦合(he)條件(jian)的(de)不同(tong)，可(ke)分(fen)(fen)為(wei)水浸(jin)聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和接(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)，水浸(jin)聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)以水為(wei)介質(zhi)進行耦合(he)，探(tan)(tan)(tan)(tan)頭與工件(jian)不直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)。接(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)是探(tan)(tan)(tan)(tan)頭與工件(jian)通過薄層耦合(he)介質(zhi)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)。按接(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)方式不同(tong)又(you)分(fen)(fen)為(wei)透鏡式聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭、反射式聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭和曲面晶片式聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭。
