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(bo)換能器(qi)的基本構造

超聲波換能(neng)器由壓電晶(jing)片、保護膜、吸收塊(kuai)和(he)外殼等(deng)組成。

 a. 壓電晶片

  壓(ya)電(dian)(dian)晶(jing)片具有(you)壓(ya)電(dian)(dian)效應(ying)，它的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用是發射和(he)接收超聲(sheng)波，實現電(dian)(dian)能與聲(sheng)能的(de)(de)(de)轉換。由(you)壓(ya)電(dian)(dian)材料制成，分為(wei)單晶(jing)與雙晶(jing)。晶(jing)片的(de)(de)(de)兩個表(biao)面都有(you)銀層(ceng)作(zuo)(zuo)為(wei)電(dian)(dian)極，“一”極引(yin)出的(de)(de)(de)導(dao)線接發射端，“＋”極接地。常見(jian)壓(ya)電(dian)(dian)材料與探頭代號(hao)見(jian)表(biao)3.2。

 b. 保護膜

  保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)的(de)基本(ben)功能是保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)壓電晶片不致磨(mo)損(sun)。保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)分為(wei)硬(ying)、軟(ruan)(ruan)兩類。硬(ying)保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)主要用(yong)于對表面光潔度(du)較高(gao)、表面平整(zheng)工(gong)(gong)件進行檢測。硬(ying)保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)被用(yong)于粗糙表面檢測時，聲(sheng)能的(de)損(sun)失(shi)達(da)20~30 dB.軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)可用(yong)于表面光潔度(du)較低或有(you)一(yi)定曲率(lv)的(de)工(gong)(gong)件探傷(shang)。軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)通常含有(you)聚氨酯軟(ruan)(ruan)塑料(liao)等(deng)，因此可以改(gai)善聲(sheng)能耦合，提高(gao)聲(sheng)能傳遞(di)效率(lv)，并(bing)且檢測結果的(de)重(zhong)復(fu)性好(hao)，磨(mo)損(sun)后易于更(geng)換(huan)。軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)對聲(sheng)能的(de)損(sun)失(shi)為(wei)6~7dB.保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)材料(liao)應耐磨(mo)，衰減小，厚度(du)適(shi)當。

 c. 吸(xi)收塊

 吸收塊(kuai)附著在壓電晶(jing)片(pian)上，對壓電晶(jing)片(pian)的震動進行阻(zu)(zu)尼，故(gu)又稱阻(zu)(zu)尼塊(kuai)。由于晶(jing)片(pian)共振(zhen)周期(qi)過大(da)(da)會導(dao)致脈沖變寬(kuan)、盲區增大(da)(da)、因此(ci)，使用阻(zu)(zu)尼塊(kuai)會使得晶(jing)片(pian)起振(zhen)后盡(jin)快地停(ting)下來，從而使得脈沖寬(kuan)度變小(xiao)，分辨率提(ti)高。吸收塊(kuai)的聲阻(zu)(zu)抗應該盡(jin)量(liang)接(jie)近壓電晶(jing)片(pian)的聲阻(zu)(zu)抗。

 d. 外殼

 由金屬或者塑料制成，并(bing)裝(zhuang)有(you)小電(dian)纜連接器插頭。主要(yao)作用就(jiu)是保護以上探頭組成部分。

2. 幾(ji)種常(chang)用的超聲波換能(neng)器

  圖3.4為換能器(qi)的(de)(de)基(ji)本(ben)構造。超(chao)聲波(bo)探(tan)傷采用(yong)多種探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)形狀，根(gen)據(ju)(ju)不同(tong)的(de)(de)波(bo)形可(ke)分為縱波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、橫波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、表面(mian)波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)等。根(gen)據(ju)(ju)耦合方式的(de)(de)不同(tong)進(jin)行分類(lei)：接觸式探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和液浸式探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。根(gen)據(ju)(ju)波(bo)束的(de)(de)不同(tong)分為聚(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和非(fei)聚(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。根(gen)據(ju)(ju)晶(jing)(jing)片的(de)(de)數量，可(ke)分為單晶(jing)(jing)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)與雙晶(jing)(jing)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。此外還有根(gen)據(ju)(ju)實際生產(chan)需(xu)要(yao)所發明的(de)(de)高溫探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)，微型探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)等特殊(shu)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。下面(mian)簡單介紹幾種常用(yong)的(de)(de)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。

 a. 直探(tan)頭(tou)（縱波探(tan)頭(tou)）

  直探頭(tou)用于發射和(he)接(jie)受縱波(bo)，所以又(you)稱為(wei)縱波(bo)探頭(tou)。直探頭(tou)主(zhu)要(yao)用于與探測平面(mian)平行的缺(que)陷探測，如(ru)鋼板。

 b. 斜探(tan)頭(tou)（橫(heng)波探(tan)頭(tou)）

  使(shi)聲束(shu)通過斜(xie)楔塊與(yu)工件(jian)表面成一(yi)定角(jiao)度射入工件(jian)的探(tan)頭稱為斜(xie)探(tan)頭。它可以發(fa)射和接收橫(heng)波，因(yin)此又稱為橫(heng)波探(tan)頭。主要用于檢測焊(han)縫、鋼管等(deng)與(yu)檢測表面垂直或成一(yi)定角(jiao)度的缺陷。

 c. 雙晶探頭（分割探頭）

  雙晶探(tan)頭有兩(liang)塊壓電(dian)晶片，一(yi)個用(yong)來發(fa)射超聲波(bo)，另一(yi)個用(yong)來接收超聲波(bo)。根據人射角(jiao)aL不(bu)同，分(fen)為雙晶縱(zong)波(bo)探(tan)頭（aL<aI)和雙晶橫波(bo)探(tan)頭（aL=aI~aII).雙晶探(tan)頭基本(ben)構造如圖3.5所示。

d. 聚焦探頭

  超(chao)(chao)聲波聚(ju)焦(jiao)探(tan)頭是把壓(ya)電(dian)晶(jing)片（換能器）產生的超(chao)(chao)聲波能量(liang)聚(ju)焦(jiao)成一(yi)條線狀或一(yi)個點狀的超(chao)(chao)聲束。在(zai)焦(jiao)點處，聲波能量(liang)集中，提高了探(tan)傷的靈敏度和分辨率(lv)。它適合用于小直徑圓棒、管(guan)材的探(tan)傷。并在(zai)冶(ye)金、航空等工業部(bu)門的應用也頗為廣(guang)泛。聚(ju)焦(jiao)式(shi)探(tan)頭構造組成如圖3.6所示。

  根(gen)據聚焦(jiao)(jiao)(jiao)原理(li)，聚焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)可(ke)分(fen)為(wei)(wei)(wei)點(dian)(dian)聚焦(jiao)(jiao)(jiao)和線(xian)聚焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)。點(dian)(dian)聚焦(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)理(li)想(xiang)焦(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)(dian)是(shi)聲(sheng)透鏡為(wei)(wei)(wei)球面的(de)(de)一點(dian)(dian)，線(xian)聚焦(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)理(li)想(xiang)焦(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)(dian)是(shi)聲(sheng)透鏡為(wei)(wei)(wei)圓柱(zhu)體(ti)的(de)(de)直(zhi)線(xian)。根(gen)據耦合條(tiao)件的(de)(de)不(bu)同，可(ke)分(fen)為(wei)(wei)(wei)水浸聚焦(jiao)(jiao)(jiao)和接(jie)觸聚焦(jiao)(jiao)(jiao)，水浸聚焦(jiao)(jiao)(jiao)以水為(wei)(wei)(wei)介質進行耦合，探(tan)(tan)頭(tou)與工件不(bu)直(zhi)接(jie)接(jie)觸。接(jie)觸聚焦(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)探(tan)(tan)頭(tou)與工件通過薄層(ceng)耦合介質接(jie)觸。按接(jie)觸聚焦(jiao)(jiao)(jiao)方式不(bu)同又(you)分(fen)為(wei)(wei)(wei)透鏡式聚焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)、反射(she)式聚焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)和曲面晶片(pian)式聚焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)。