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)聲波換能器(qi)的基本構造

超(chao)聲波換(huan)能器(qi)由(you)壓電(dian)晶(jing)片、保護膜、吸收(shou)塊和外殼等組成。

 a. 壓(ya)電晶片

  壓電晶(jing)(jing)(jing)片(pian)具有壓電效應(ying)，它的(de)作用是發(fa)射和接收超聲(sheng)波，實現電能與(yu)聲(sheng)能的(de)轉換。由壓電材料制(zhi)成，分為(wei)單晶(jing)(jing)(jing)與(yu)雙晶(jing)(jing)(jing)。晶(jing)(jing)(jing)片(pian)的(de)兩個表面都(dou)有銀層作為(wei)電極(ji)，“一”極(ji)引出的(de)導線接發(fa)射端，“＋”極(ji)接地。常見壓電材料與(yu)探(tan)頭代號見表3.2。

 b. 保(bao)護(hu)膜

  保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)的基本(ben)功能(neng)是保(bao)護(hu)(hu)(hu)壓電(dian)晶片不致磨損(sun)。保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)分為(wei)硬(ying)、軟(ruan)兩類。硬(ying)保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)主要用(yong)于(yu)對(dui)表面(mian)(mian)(mian)光潔(jie)度(du)較(jiao)高、表面(mian)(mian)(mian)平整(zheng)工件進行檢測(ce)。硬(ying)保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)被(bei)用(yong)于(yu)粗糙表面(mian)(mian)(mian)檢測(ce)時(shi)，聲能(neng)的損(sun)失達20~30 dB.軟(ruan)保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)可用(yong)于(yu)表面(mian)(mian)(mian)光潔(jie)度(du)較(jiao)低或有一定曲率(lv)的工件探傷。軟(ruan)保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)通(tong)常含(han)有聚(ju)氨酯軟(ruan)塑料等，因此可以改(gai)善聲能(neng)耦合，提高聲能(neng)傳遞效率(lv)，并且檢測(ce)結果的重復性好，磨損(sun)后(hou)易于(yu)更換。軟(ruan)保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)對(dui)聲能(neng)的損(sun)失為(wei)6~7dB.保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)材料應耐(nai)磨，衰減(jian)小，厚度(du)適當。

 c. 吸收塊

 吸收塊(kuai)附著(zhu)在壓(ya)(ya)電(dian)晶(jing)片上，對(dui)壓(ya)(ya)電(dian)晶(jing)片的(de)震動進行(xing)阻(zu)尼(ni)，故(gu)又稱阻(zu)尼(ni)塊(kuai)。由于晶(jing)片共振周期過大會(hui)導致(zhi)脈(mo)沖變寬、盲(mang)區增大、因此，使用阻(zu)尼(ni)塊(kuai)會(hui)使得(de)晶(jing)片起振后盡(jin)快地停下(xia)來(lai)，從而使得(de)脈(mo)沖寬度(du)變小，分辨率提(ti)高。吸收塊(kuai)的(de)聲阻(zu)抗(kang)應該盡(jin)量(liang)接近壓(ya)(ya)電(dian)晶(jing)片的(de)聲阻(zu)抗(kang)。

 d. 外殼

 由金屬或(huo)者塑料制(zhi)成(cheng)，并裝(zhuang)有小電纜(lan)連接器(qi)插頭。主要作用就是保(bao)護(hu)以上(shang)探(tan)頭組成(cheng)部分。

2. 幾(ji)種常用的超聲波換能器

  圖3.4為(wei)換能器的(de)基本構造(zao)。超聲波(bo)探(tan)傷采用(yong)(yong)多(duo)種探(tan)頭(tou)(tou)形(xing)(xing)狀，根(gen)據(ju)不(bu)(bu)同的(de)波(bo)形(xing)(xing)可(ke)分(fen)為(wei)縱波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)、橫(heng)波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)、表(biao)面波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)等(deng)(deng)。根(gen)據(ju)耦合方式的(de)不(bu)(bu)同進行分(fen)類：接(jie)觸式探(tan)頭(tou)(tou)和液浸(jin)式探(tan)頭(tou)(tou)。根(gen)據(ju)波(bo)束(shu)的(de)不(bu)(bu)同分(fen)為(wei)聚焦探(tan)頭(tou)(tou)和非聚焦探(tan)頭(tou)(tou)。根(gen)據(ju)晶片的(de)數量，可(ke)分(fen)為(wei)單晶探(tan)頭(tou)(tou)與(yu)雙晶探(tan)頭(tou)(tou)。此(ci)外還(huan)有根(gen)據(ju)實(shi)際生產需要所發明的(de)高溫探(tan)頭(tou)(tou)，微型(xing)探(tan)頭(tou)(tou)等(deng)(deng)特殊(shu)探(tan)頭(tou)(tou)。下(xia)面簡單介紹幾種常用(yong)(yong)的(de)探(tan)頭(tou)(tou)。

 a. 直探頭(tou)（縱波探頭(tou)）

  直探(tan)頭(tou)(tou)用(yong)于發射(she)和接受縱波，所以又稱為縱波探(tan)頭(tou)(tou)。直探(tan)頭(tou)(tou)主(zhu)要(yao)用(yong)于與(yu)探(tan)測平面平行的缺陷探(tan)測，如鋼(gang)板。

 b. 斜探頭（橫波探頭）

  使聲束通過斜楔塊與(yu)工件表面(mian)成一定(ding)角度(du)射(she)入工件的探頭稱(cheng)為斜探頭。它(ta)可(ke)以發射(she)和(he)接收(shou)橫波(bo)，因此又稱(cheng)為橫波(bo)探頭。主要(yao)用于檢測焊縫、鋼管(guan)等與(yu)檢測表面(mian)垂直或成一定(ding)角度(du)的缺陷。

 c. 雙晶探頭（分割探頭）

  雙(shuang)(shuang)晶(jing)(jing)(jing)探(tan)頭(tou)有兩(liang)塊壓電晶(jing)(jing)(jing)片，一個(ge)用來發射(she)(she)超聲波(bo)，另一個(ge)用來接(jie)收超聲波(bo)。根(gen)據(ju)人射(she)(she)角aL不同，分為(wei)雙(shuang)(shuang)晶(jing)(jing)(jing)縱波(bo)探(tan)頭(tou)（aL<aI)和雙(shuang)(shuang)晶(jing)(jing)(jing)橫波(bo)探(tan)頭(tou)（aL=aI~aII).雙(shuang)(shuang)晶(jing)(jing)(jing)探(tan)頭(tou)基本(ben)構造如圖3.5所(suo)示。

d. 聚焦探(tan)頭

  超(chao)聲波(bo)聚(ju)焦探(tan)(tan)頭是把壓(ya)電晶片(pian)（換能器）產生的(de)(de)超(chao)聲波(bo)能量聚(ju)焦成一(yi)條線狀(zhuang)或一(yi)個點狀(zhuang)的(de)(de)超(chao)聲束。在焦點處，聲波(bo)能量集中(zhong)，提(ti)高了探(tan)(tan)傷的(de)(de)靈敏度和分辨率。它適合用于小直徑圓棒、管材的(de)(de)探(tan)(tan)傷。并在冶金(jin)、航空(kong)等工業部門(men)的(de)(de)應用也頗為廣泛。聚(ju)焦式探(tan)(tan)頭構造(zao)組成如圖(tu)3.6所示。

  根據聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)原理，聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)頭可分為(wei)(wei)點(dian)(dian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和(he)線(xian)(xian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)頭。點(dian)(dian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想(xiang)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)(dian)是聲透鏡(jing)為(wei)(wei)球面的(de)一(yi)點(dian)(dian)，線(xian)(xian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想(xiang)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)(dian)是聲透鏡(jing)為(wei)(wei)圓柱體的(de)直線(xian)(xian)。根據耦合(he)(he)條件的(de)不(bu)(bu)同，可分為(wei)(wei)水浸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和(he)接(jie)(jie)觸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)，水浸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)以水為(wei)(wei)介質進行耦合(he)(he)，探(tan)頭與工(gong)(gong)件不(bu)(bu)直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸。接(jie)(jie)觸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)是探(tan)頭與工(gong)(gong)件通過薄層耦合(he)(he)介質接(jie)(jie)觸。按接(jie)(jie)觸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)方式不(bu)(bu)同又分為(wei)(wei)透鏡(jing)式聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)頭、反(fan)射式聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)頭和(he)曲面晶(jing)片(pian)式聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)頭。