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. 超聲波換能(neng)器的(de)基本構造
超聲(sheng)波換能器(qi)由(you)壓電晶片、保護膜、吸收(shou)塊和(he)外殼等組成。
a. 壓電晶片
壓(ya)電(dian)(dian)晶(jing)片具(ju)有(you)壓(ya)電(dian)(dian)效應，它的(de)作用是(shi)發射(she)和接收超聲(sheng)波，實現電(dian)(dian)能(neng)與聲(sheng)能(neng)的(de)轉換。由壓(ya)電(dian)(dian)材(cai)料制成，分為單晶(jing)與雙晶(jing)。晶(jing)片的(de)兩個(ge)表(biao)面都有(you)銀層作為電(dian)(dian)極(ji)，“一”極(ji)引出(chu)的(de)導線接發射(she)端(duan)，“＋”極(ji)接地。常見壓(ya)電(dian)(dian)材(cai)料與探頭代號見表(biao)3.2。
b. 保護(hu)膜(mo)
保(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)的基本功(gong)能(neng)是(shi)保(bao)護(hu)(hu)壓電晶片(pian)不致磨(mo)損。保(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)分為硬(ying)、軟(ruan)(ruan)兩類。硬(ying)保(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)主(zhu)要(yao)用于(yu)對表(biao)面光潔度(du)(du)(du)較(jiao)高(gao)、表(biao)面平整(zheng)工件(jian)進行檢測。硬(ying)保(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)被用于(yu)粗糙表(biao)面檢測時，聲(sheng)(sheng)能(neng)的損失(shi)達20~30 dB.軟(ruan)(ruan)保(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)可用于(yu)表(biao)面光潔度(du)(du)(du)較(jiao)低或有(you)一定曲率的工件(jian)探傷。軟(ruan)(ruan)保(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)通常(chang)含(han)有(you)聚氨(an)酯軟(ruan)(ruan)塑料等，因此可以改善聲(sheng)(sheng)能(neng)耦合(he)，提高(gao)聲(sheng)(sheng)能(neng)傳遞效率，并且檢測結果(guo)的重復性好，磨(mo)損后(hou)易于(yu)更(geng)換。軟(ruan)(ruan)保(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)對聲(sheng)(sheng)能(neng)的損失(shi)為6~7dB.保(bao)護(hu)(hu)膜(mo)(mo)材料應耐磨(mo)，衰減小，厚度(du)(du)(du)適當。
c. 吸收(shou)塊(kuai)
吸收(shou)塊(kuai)(kuai)附(fu)著在壓電(dian)晶(jing)片上，對壓電(dian)晶(jing)片的(de)震動(dong)進行阻尼，故又稱阻尼塊(kuai)(kuai)。由于晶(jing)片共振(zhen)周期過大會導致脈沖變寬(kuan)、盲區增大、因此(ci)，使用阻尼塊(kuai)(kuai)會使得晶(jing)片起振(zhen)后盡快地停(ting)下來，從而使得脈沖寬(kuan)度變小，分辨率提高。吸收(shou)塊(kuai)(kuai)的(de)聲(sheng)阻抗應(ying)該盡量接近壓電(dian)晶(jing)片的(de)聲(sheng)阻抗。
d. 外殼
由金屬或者塑(su)料制(zhi)成，并裝有小電纜連接(jie)器插頭(tou)。主(zhu)要作用就是保護以上探頭(tou)組成部分。
2. 幾種常(chang)用的超聲波換(huan)能器
圖3.4為換能(neng)器(qi)的(de)基本構造。超聲波(bo)(bo)探(tan)(tan)傷采(cai)用(yong)多種探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)形狀，根(gen)(gen)據(ju)不同(tong)的(de)波(bo)(bo)形可(ke)分(fen)為縱波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、橫波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、表面波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)等。根(gen)(gen)據(ju)耦合(he)方式的(de)不同(tong)進(jin)行分(fen)類：接(jie)觸式探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和(he)液浸式探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。根(gen)(gen)據(ju)波(bo)(bo)束的(de)不同(tong)分(fen)為聚(ju)(ju)焦探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和(he)非聚(ju)(ju)焦探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。根(gen)(gen)據(ju)晶片的(de)數量(liang)，可(ke)分(fen)為單晶探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)與雙晶探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。此(ci)外還有根(gen)(gen)據(ju)實際(ji)生產需要所發明(ming)的(de)高溫探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)等特殊探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。下面簡(jian)單介紹幾(ji)種常(chang)用(yong)的(de)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。
a. 直探頭（縱(zong)波探頭）
直探頭用于發(fa)射和接受縱(zong)波，所以又稱為縱(zong)波探頭。直探頭主要用于與探測平(ping)(ping)面平(ping)(ping)行(xing)的缺陷探測，如鋼板。
b. 斜探(tan)頭（橫波(bo)探(tan)頭）
使(shi)聲(sheng)束通過斜楔(xie)塊與(yu)(yu)工(gong)件表面成一(yi)定(ding)角度射(she)入工(gong)件的探(tan)頭稱(cheng)為斜探(tan)頭。它可(ke)以發射(she)和接收橫波，因此又稱(cheng)為橫波探(tan)頭。主要用于檢測焊縫、鋼(gang)管等與(yu)(yu)檢測表面垂直(zhi)或成一(yi)定(ding)角度的缺陷。
c. 雙晶探頭（分割探頭）
雙晶(jing)(jing)探頭(tou)有兩塊(kuai)壓電(dian)晶(jing)(jing)片，一(yi)個用來(lai)發(fa)射超(chao)聲波(bo)，另一(yi)個用來(lai)接收超(chao)聲波(bo)。根(gen)據人射角aL不同，分為雙晶(jing)(jing)縱波(bo)探頭(tou)（aL<aI)和雙晶(jing)(jing)橫波(bo)探頭(tou)（aL=aI~aII).雙晶(jing)(jing)探頭(tou)基本構造如圖3.5所示。
d. 聚(ju)焦探頭
超(chao)聲(sheng)波(bo)聚焦探(tan)頭(tou)是(shi)把(ba)壓(ya)電晶片（換能器(qi)）產(chan)生的超(chao)聲(sheng)波(bo)能量(liang)聚焦成一(yi)(yi)條線狀(zhuang)或一(yi)(yi)個點(dian)狀(zhuang)的超(chao)聲(sheng)束。在焦點(dian)處，聲(sheng)波(bo)能量(liang)集(ji)中，提高了探(tan)傷(shang)的靈(ling)敏(min)度(du)和分辨率。它適(shi)合(he)用于小直徑圓棒、管材(cai)的探(tan)傷(shang)。并在冶金、航(hang)空等(deng)工業(ye)部門的應用也頗為廣(guang)泛。聚焦式探(tan)頭(tou)構(gou)造組成如圖(tu)3.6所示(shi)。
根(gen)據聚(ju)(ju)焦(jiao)原理(li)，聚(ju)(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)可(ke)分為(wei)(wei)點(dian)(dian)聚(ju)(ju)焦(jiao)和(he)線聚(ju)(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)。點(dian)(dian)聚(ju)(ju)焦(jiao)的理(li)想焦(jiao)點(dian)(dian)是(shi)聲透(tou)鏡(jing)為(wei)(wei)球面(mian)的一點(dian)(dian)，線聚(ju)(ju)焦(jiao)的理(li)想焦(jiao)點(dian)(dian)是(shi)聲透(tou)鏡(jing)為(wei)(wei)圓柱體的直(zhi)(zhi)線。根(gen)據耦(ou)合(he)條(tiao)件(jian)的不(bu)同(tong)，可(ke)分為(wei)(wei)水(shui)浸聚(ju)(ju)焦(jiao)和(he)接(jie)(jie)觸聚(ju)(ju)焦(jiao)，水(shui)浸聚(ju)(ju)焦(jiao)以水(shui)為(wei)(wei)介(jie)質進行耦(ou)合(he)，探(tan)頭(tou)與工(gong)件(jian)不(bu)直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸。接(jie)(jie)觸聚(ju)(ju)焦(jiao)是(shi)探(tan)頭(tou)與工(gong)件(jian)通過薄層耦(ou)合(he)介(jie)質接(jie)(jie)觸。按接(jie)(jie)觸聚(ju)(ju)焦(jiao)方式不(bu)同(tong)又(you)分為(wei)(wei)透(tou)鏡(jing)式聚(ju)(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)、反射式聚(ju)(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)和(he)曲面(mian)晶(jing)片(pian)式聚(ju)(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)。
