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(ben)構(gou)造
超聲波(bo)換能(neng)器(qi)由壓電晶片、保(bao)護膜、吸(xi)收塊和外殼等(deng)組(zu)成。
a. 壓電(dian)晶片
壓電晶片具有壓電效應，它的(de)作用是發(fa)射(she)和接收超聲波(bo)，實(shi)現(xian)電能與聲能的(de)轉(zhuan)換。由壓電材料制成，分為(wei)(wei)單晶與雙晶。晶片的(de)兩個(ge)表面都(dou)有銀層作為(wei)(wei)電極，“一”極引出的(de)導(dao)線接發(fa)射(she)端，“＋”極接地。常見(jian)壓電材料與探頭(tou)代(dai)號見(jian)表3.2。
b. 保護膜(mo)
保護(hu)(hu)(hu)膜的基(ji)本功能(neng)是保護(hu)(hu)(hu)壓電晶片不致磨損(sun)。保護(hu)(hu)(hu)膜分為硬、軟兩類。硬保護(hu)(hu)(hu)膜主要(yao)用于(yu)對表(biao)面(mian)(mian)光(guang)潔度(du)較高、表(biao)面(mian)(mian)平(ping)整工件進行檢測(ce)。硬保護(hu)(hu)(hu)膜被用于(yu)粗糙表(biao)面(mian)(mian)檢測(ce)時，聲(sheng)(sheng)能(neng)的損(sun)失達(da)20~30 dB.軟保護(hu)(hu)(hu)膜可(ke)用于(yu)表(biao)面(mian)(mian)光(guang)潔度(du)較低或有(you)(you)一定曲率的工件探傷。軟保護(hu)(hu)(hu)膜通常(chang)含有(you)(you)聚氨(an)酯軟塑料等(deng)，因此可(ke)以改善聲(sheng)(sheng)能(neng)耦(ou)合，提高聲(sheng)(sheng)能(neng)傳遞效率，并(bing)且(qie)檢測(ce)結果的重(zhong)復性好，磨損(sun)后易于(yu)更換(huan)。軟保護(hu)(hu)(hu)膜對聲(sheng)(sheng)能(neng)的損(sun)失為6~7dB.保護(hu)(hu)(hu)膜材料應耐(nai)磨，衰減小，厚度(du)適當。
c. 吸收塊
吸收塊(kuai)(kuai)附(fu)著在壓電晶(jing)片上(shang)，對壓電晶(jing)片的(de)震動進行阻尼(ni)，故又稱阻尼(ni)塊(kuai)(kuai)。由于晶(jing)片共振(zhen)周(zhou)期過大會(hui)導致脈沖變寬、盲區(qu)增大、因此(ci)，使用阻尼(ni)塊(kuai)(kuai)會(hui)使得晶(jing)片起振(zhen)后盡快(kuai)地停下來(lai)，從而使得脈沖寬度(du)變小，分辨率提(ti)高。吸收塊(kuai)(kuai)的(de)聲阻抗(kang)(kang)應該盡量(liang)接近壓電晶(jing)片的(de)聲阻抗(kang)(kang)。
d. 外殼
由(you)金屬或者(zhe)塑料制成，并(bing)裝有小電纜連接器插頭(tou)(tou)。主要作(zuo)用就是保護以上探頭(tou)(tou)組成部分。
2. 幾(ji)種常用的(de)超聲波換能器
圖(tu)3.4為換能器(qi)的(de)基本構造。超聲波探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)傷采用(yong)多種探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)形狀(zhuang)，根(gen)據(ju)(ju)不同(tong)的(de)波形可(ke)分(fen)(fen)為縱(zong)波探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、橫波探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、表面(mian)波探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等(deng)。根(gen)據(ju)(ju)耦合方式的(de)不同(tong)進行分(fen)(fen)類：接觸式探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和液(ye)浸式探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根(gen)據(ju)(ju)波束的(de)不同(tong)分(fen)(fen)為聚(ju)焦探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和非(fei)聚(ju)焦探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根(gen)據(ju)(ju)晶(jing)片(pian)的(de)數(shu)量，可(ke)分(fen)(fen)為單(dan)晶(jing)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與雙晶(jing)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。此外還有根(gen)據(ju)(ju)實(shi)際生產需要所發(fa)明的(de)高溫探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等(deng)特殊(shu)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。下(xia)面(mian)簡(jian)單(dan)介紹幾種常(chang)用(yong)的(de)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。
a. 直(zhi)探頭（縱(zong)波探頭）
直探(tan)頭用(yong)于發射和(he)接受縱(zong)波，所以又(you)稱為(wei)縱(zong)波探(tan)頭。直探(tan)頭主要用(yong)于與探(tan)測平面(mian)平行的(de)缺陷探(tan)測，如鋼板。
b. 斜(xie)探(tan)頭（橫(heng)波探(tan)頭）
使聲束通(tong)過斜楔(xie)塊與工(gong)件表面(mian)成(cheng)一(yi)定角度射入工(gong)件的(de)探(tan)頭稱(cheng)為斜探(tan)頭。它可以(yi)發射和接收橫波(bo)，因此又(you)稱(cheng)為橫波(bo)探(tan)頭。主要(yao)用于檢測焊(han)縫(feng)、鋼管等與檢測表面(mian)垂(chui)直或成(cheng)一(yi)定角度的(de)缺陷(xian)。
c. 雙晶探頭（分割探頭）
雙(shuang)晶(jing)(jing)(jing)探(tan)頭有兩塊(kuai)壓電(dian)晶(jing)(jing)(jing)片，一(yi)個(ge)用(yong)來發射超(chao)聲波(bo)(bo)，另一(yi)個(ge)用(yong)來接收超(chao)聲波(bo)(bo)。根(gen)據人(ren)射角(jiao)aL不同，分為雙(shuang)晶(jing)(jing)(jing)縱波(bo)(bo)探(tan)頭（aL<aI)和(he)雙(shuang)晶(jing)(jing)(jing)橫波(bo)(bo)探(tan)頭（aL=aI~aII).雙(shuang)晶(jing)(jing)(jing)探(tan)頭基本(ben)構造如圖3.5所(suo)示。
d. 聚焦探頭
超聲(sheng)(sheng)波(bo)聚(ju)(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)是把壓電晶片（換能器）產生的(de)超聲(sheng)(sheng)波(bo)能量聚(ju)(ju)焦(jiao)成一條線(xian)狀或一個點狀的(de)超聲(sheng)(sheng)束。在(zai)焦(jiao)點處，聲(sheng)(sheng)波(bo)能量集中(zhong)，提高(gao)了探(tan)傷的(de)靈敏度和分辨率。它適合用于小直徑(jing)圓棒、管材(cai)的(de)探(tan)傷。并(bing)在(zai)冶金、航空等工(gong)業部(bu)門的(de)應用也頗為廣(guang)泛。聚(ju)(ju)焦(jiao)式(shi)探(tan)頭(tou)構造(zao)組成如圖3.6所示。
根(gen)據(ju)聚(ju)焦原理，聚(ju)焦探(tan)頭(tou)(tou)(tou)可(ke)分(fen)為(wei)點聚(ju)焦和線(xian)聚(ju)焦探(tan)頭(tou)(tou)(tou)。點聚(ju)焦的理想焦點是(shi)(shi)聲透(tou)鏡為(wei)球(qiu)面的一(yi)點，線(xian)聚(ju)焦的理想焦點是(shi)(shi)聲透(tou)鏡為(wei)圓柱體的直線(xian)。根(gen)據(ju)耦合條件的不(bu)同(tong)，可(ke)分(fen)為(wei)水浸聚(ju)焦和接觸(chu)(chu)聚(ju)焦，水浸聚(ju)焦以水為(wei)介質進行耦合，探(tan)頭(tou)(tou)(tou)與工(gong)件不(bu)直接接觸(chu)(chu)。接觸(chu)(chu)聚(ju)焦是(shi)(shi)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)與工(gong)件通(tong)過(guo)薄層耦合介質接觸(chu)(chu)。按接觸(chu)(chu)聚(ju)焦方(fang)式(shi)(shi)不(bu)同(tong)又分(fen)為(wei)透(tou)鏡式(shi)(shi)聚(ju)焦探(tan)頭(tou)(tou)(tou)、反射(she)式(shi)(shi)聚(ju)焦探(tan)頭(tou)(tou)(tou)和曲面晶(jing)片(pian)式(shi)(shi)聚(ju)焦探(tan)頭(tou)(tou)(tou)。
