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(chao)聲(sheng)波換能器(qi)的(de)基本構造
超聲(sheng)波(bo)換能(neng)器由(you)壓電(dian)晶片、保護膜(mo)、吸收塊和外殼等組成。
a. 壓電晶片(pian)
壓電(dian)(dian)(dian)(dian)晶(jing)(jing)(jing)片具有(you)壓電(dian)(dian)(dian)(dian)效應(ying)，它的(de)(de)作(zuo)用是(shi)發射和接(jie)收超聲(sheng)波，實現電(dian)(dian)(dian)(dian)能與(yu)聲(sheng)能的(de)(de)轉(zhuan)換。由壓電(dian)(dian)(dian)(dian)材料制(zhi)成，分為單晶(jing)(jing)(jing)與(yu)雙晶(jing)(jing)(jing)。晶(jing)(jing)(jing)片的(de)(de)兩個表(biao)面都有(you)銀層作(zuo)為電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)，“一(yi)”極(ji)引出的(de)(de)導線(xian)接(jie)發射端，“＋”極(ji)接(jie)地(di)。常見壓電(dian)(dian)(dian)(dian)材料與(yu)探頭代號見表(biao)3.2。
b. 保護膜
保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)的(de)(de)基(ji)本功(gong)能是保(bao)(bao)護(hu)(hu)壓電晶片不致磨損(sun)。保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)分為硬、軟(ruan)(ruan)兩類(lei)。硬保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)主要用(yong)(yong)于對表(biao)面(mian)光潔度(du)較(jiao)高、表(biao)面(mian)平整工(gong)件進行(xing)檢(jian)(jian)測(ce)。硬保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)被(bei)用(yong)(yong)于粗(cu)糙(cao)表(biao)面(mian)檢(jian)(jian)測(ce)時，聲(sheng)(sheng)能的(de)(de)損(sun)失(shi)達20~30 dB.軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)可(ke)用(yong)(yong)于表(biao)面(mian)光潔度(du)較(jiao)低或有一定曲率的(de)(de)工(gong)件探傷。軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)通常含有聚氨(an)酯軟(ruan)(ruan)塑料等，因(yin)此可(ke)以改善聲(sheng)(sheng)能耦(ou)合，提高聲(sheng)(sheng)能傳(chuan)遞(di)效(xiao)率，并且(qie)檢(jian)(jian)測(ce)結果的(de)(de)重(zhong)復性(xing)好，磨損(sun)后易(yi)于更換。軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)對聲(sheng)(sheng)能的(de)(de)損(sun)失(shi)為6~7dB.保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)材料應耐(nai)磨，衰(shuai)減(jian)小，厚度(du)適當(dang)。
c. 吸(xi)收塊
吸收塊(kuai)附(fu)著在壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)(pian)上(shang)，對壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)(pian)的(de)震動進行阻尼，故又稱阻尼塊(kuai)。由于晶(jing)片(pian)(pian)共振(zhen)(zhen)周期過大(da)會導致脈沖(chong)變寬、盲(mang)區增(zeng)大(da)、因(yin)此，使用阻尼塊(kuai)會使得晶(jing)片(pian)(pian)起振(zhen)(zhen)后盡(jin)快(kuai)地停下來，從而使得脈沖(chong)寬度變小，分辨率提高。吸收塊(kuai)的(de)聲阻抗(kang)應該盡(jin)量接近壓(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)(pian)的(de)聲阻抗(kang)。
d. 外殼
由金屬或者塑料制成，并裝有小電纜連接器(qi)插(cha)頭。主(zhu)要(yao)作用(yong)就是(shi)保護以上探(tan)頭組成部分。
2. 幾種常(chang)用(yong)的(de)超聲波換能器(qi)
圖(tu)3.4為(wei)換能(neng)器的基本構造。超聲波探(tan)(tan)(tan)(tan)傷(shang)采(cai)用多種探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)形狀，根(gen)據不同(tong)的波形可分為(wei)縱(zong)波探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)、橫波探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)、表面(mian)(mian)波探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)等(deng)。根(gen)據耦合方(fang)式(shi)的不同(tong)進行分類：接觸式(shi)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)和液浸式(shi)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)。根(gen)據波束的不同(tong)分為(wei)聚(ju)焦探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)和非聚(ju)焦探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)。根(gen)據晶片的數量，可分為(wei)單(dan)晶探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)與雙晶探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)。此外還有根(gen)據實際生產(chan)需要所發明的高溫探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)，微型(xing)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)等(deng)特殊探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)。下面(mian)(mian)簡單(dan)介(jie)紹幾種常用的探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)(tou)。
a. 直探頭（縱波探頭）
直探(tan)頭(tou)用于(yu)發射(she)和接受縱波(bo)，所以又稱為(wei)縱波(bo)探(tan)頭(tou)。直探(tan)頭(tou)主要用于(yu)與(yu)探(tan)測平面平行(xing)的缺陷探(tan)測，如鋼板。
b. 斜探頭（橫波探頭）
使聲束通過斜(xie)楔塊與工件表面(mian)成一(yi)(yi)定角度(du)射(she)入工件的探(tan)頭稱(cheng)為斜(xie)探(tan)頭。它可(ke)以發射(she)和(he)接收(shou)橫波(bo)，因此又稱(cheng)為橫波(bo)探(tan)頭。主要用于檢測焊(han)縫、鋼管(guan)等與檢測表面(mian)垂直或(huo)成一(yi)(yi)定角度(du)的缺陷。
c. 雙晶(jing)探頭（分割探頭）
雙(shuang)晶探頭有兩(liang)塊壓電晶片，一個(ge)用來(lai)發(fa)射超聲波(bo)，另(ling)一個(ge)用來(lai)接收超聲波(bo)。根據(ju)人射角aL不同，分為雙(shuang)晶縱(zong)波(bo)探頭（aL<aI)和雙(shuang)晶橫(heng)波(bo)探頭（aL=aI~aII).雙(shuang)晶探頭基本構造如圖3.5所示。
d. 聚(ju)焦探頭(tou)
超聲(sheng)(sheng)波聚(ju)焦探頭是把壓電晶片（換能器(qi)）產生(sheng)的(de)(de)超聲(sheng)(sheng)波能量(liang)聚(ju)焦成(cheng)一條線狀(zhuang)或(huo)一個點狀(zhuang)的(de)(de)超聲(sheng)(sheng)束。在(zai)(zai)焦點處(chu)，聲(sheng)(sheng)波能量(liang)集(ji)中(zhong)，提(ti)高(gao)了探傷的(de)(de)靈敏度(du)和分辨率(lv)。它適(shi)合用于小直(zhi)徑圓棒、管材的(de)(de)探傷。并在(zai)(zai)冶(ye)金、航空等工(gong)業部(bu)門的(de)(de)應用也頗為廣泛。聚(ju)焦式探頭構造(zao)組成(cheng)如圖3.6所示。
根據聚(ju)焦(jiao)(jiao)原(yuan)理，聚(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)可分(fen)(fen)為點(dian)(dian)(dian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)和線(xian)(xian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。點(dian)(dian)(dian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)理想焦(jiao)(jiao)點(dian)(dian)(dian)是聲(sheng)透鏡為球面的(de)一點(dian)(dian)(dian)，線(xian)(xian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)理想焦(jiao)(jiao)點(dian)(dian)(dian)是聲(sheng)透鏡為圓柱體的(de)直線(xian)(xian)。根據耦(ou)合(he)條件(jian)的(de)不(bu)同(tong)，可分(fen)(fen)為水(shui)浸聚(ju)焦(jiao)(jiao)和接(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)焦(jiao)(jiao)，水(shui)浸聚(ju)焦(jiao)(jiao)以水(shui)為介質(zhi)(zhi)進行耦(ou)合(he)，探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與(yu)工(gong)件(jian)不(bu)直接(jie)接(jie)觸(chu)(chu)。接(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)焦(jiao)(jiao)是探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與(yu)工(gong)件(jian)通過薄(bo)層(ceng)耦(ou)合(he)介質(zhi)(zhi)接(jie)觸(chu)(chu)。按接(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)焦(jiao)(jiao)方(fang)式不(bu)同(tong)又分(fen)(fen)為透鏡式聚(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、反射(she)式聚(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和曲面晶片式聚(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。
