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. 超聲波換能器的(de)基本構造

超聲波(bo)換(huan)能器由(you)壓電(dian)晶片、保護(hu)膜、吸收塊和(he)外殼等組成(cheng)。

 a. 壓電晶片

  壓(ya)電(dian)(dian)晶片(pian)具有(you)壓(ya)電(dian)(dian)效應，它的(de)作用是發射和(he)接(jie)收超聲波，實現電(dian)(dian)能(neng)與(yu)聲能(neng)的(de)轉換。由(you)壓(ya)電(dian)(dian)材料(liao)(liao)制成，分為單晶與(yu)雙晶。晶片(pian)的(de)兩個表(biao)(biao)面都(dou)有(you)銀層(ceng)作為電(dian)(dian)極，“一”極引出的(de)導線接(jie)發射端，“＋”極接(jie)地。常(chang)見壓(ya)電(dian)(dian)材料(liao)(liao)與(yu)探頭代號見表(biao)(biao)3.2。

 b. 保護(hu)膜

  保(bao)(bao)護膜的基本功能是(shi)保(bao)(bao)護壓電晶片不(bu)致(zhi)磨損。保(bao)(bao)護膜分(fen)為硬、軟(ruan)(ruan)兩類(lei)。硬保(bao)(bao)護膜主要用于對(dui)表面光(guang)潔度較高(gao)、表面平整工件進行檢(jian)測(ce)。硬保(bao)(bao)護膜被用于粗糙(cao)表面檢(jian)測(ce)時(shi)，聲能的損失達20~30 dB.軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)護膜可用于表面光(guang)潔度較低或有一定曲(qu)率的工件探(tan)傷。軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)護膜通(tong)常含(han)有聚氨酯軟(ruan)(ruan)塑料(liao)等，因此可以改(gai)善聲能耦合，提高(gao)聲能傳遞效率，并且檢(jian)測(ce)結果(guo)的重復性(xing)好，磨損后易于更換。軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)護膜對(dui)聲能的損失為6~7dB.保(bao)(bao)護膜材料(liao)應耐(nai)磨，衰減小，厚度適當(dang)。

 c. 吸收塊

 吸收(shou)塊附著在壓電晶(jing)(jing)(jing)片上，對壓電晶(jing)(jing)(jing)片的震動(dong)進行阻(zu)(zu)尼(ni)，故又(you)稱阻(zu)(zu)尼(ni)塊。由于晶(jing)(jing)(jing)片共振周期過大會(hui)(hui)導致脈沖變寬(kuan)、盲區增大、因此，使(shi)用阻(zu)(zu)尼(ni)塊會(hui)(hui)使(shi)得(de)晶(jing)(jing)(jing)片起振后盡(jin)快地停下來，從而使(shi)得(de)脈沖寬(kuan)度變小(xiao)，分(fen)辨率提高(gao)。吸收(shou)塊的聲阻(zu)(zu)抗應(ying)該盡(jin)量接(jie)近壓電晶(jing)(jing)(jing)片的聲阻(zu)(zu)抗。

 d. 外殼

 由金屬(shu)或者(zhe)塑料制成(cheng)，并裝有小電纜連接器插頭。主(zhu)要(yao)作用(yong)就是(shi)保護(hu)以(yi)上(shang)探頭組成(cheng)部(bu)分。

2. 幾(ji)種常用的超聲波換能器(qi)

  圖3.4為換能器的(de)基(ji)本構造。超(chao)聲波探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)傷采(cai)用多種(zhong)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)形狀，根據不(bu)同(tong)的(de)波形可分(fen)(fen)為縱(zong)波探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)、橫波探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)、表面波探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)等。根據耦合方式(shi)(shi)的(de)不(bu)同(tong)進行分(fen)(fen)類：接觸(chu)式(shi)(shi)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)和液浸式(shi)(shi)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)。根據波束的(de)不(bu)同(tong)分(fen)(fen)為聚(ju)焦探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)和非聚(ju)焦探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)。根據晶片的(de)數(shu)量，可分(fen)(fen)為單(dan)晶探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)與雙晶探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)。此外還有根據實(shi)際生(sheng)產(chan)需(xu)要所(suo)發明的(de)高(gao)溫(wen)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)，微型探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)等特殊探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)。下面簡單(dan)介紹(shao)幾種(zhong)常用的(de)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)。

 a. 直探頭(tou)（縱波探頭(tou)）

  直探頭(tou)(tou)用于發射和(he)接受縱(zong)波(bo)，所(suo)以(yi)又稱為縱(zong)波(bo)探頭(tou)(tou)。直探頭(tou)(tou)主要(yao)用于與探測平(ping)(ping)面平(ping)(ping)行的缺陷探測，如鋼板(ban)。

 b. 斜(xie)探(tan)頭(tou)（橫波探(tan)頭(tou)）

  使聲(sheng)束(shu)通過斜楔(xie)塊與工(gong)件(jian)(jian)表面成(cheng)一定角度射入工(gong)件(jian)(jian)的探(tan)頭稱為斜探(tan)頭。它可(ke)以發射和接收橫波，因此又稱為橫波探(tan)頭。主要用于(yu)檢(jian)測焊縫、鋼管等與檢(jian)測表面垂直或成(cheng)一定角度的缺陷。

 c. 雙晶(jing)探頭(tou)（分割(ge)探頭(tou)）

  雙晶探(tan)頭(tou)有兩塊壓電晶片，一個用(yong)來發射超聲(sheng)波(bo)(bo)，另一個用(yong)來接收(shou)超聲(sheng)波(bo)(bo)。根據人(ren)射角aL不同，分為雙晶縱波(bo)(bo)探(tan)頭(tou)（aL<aI)和(he)雙晶橫波(bo)(bo)探(tan)頭(tou)（aL=aI~aII).雙晶探(tan)頭(tou)基本(ben)構造如圖(tu)3.5所示。

d. 聚(ju)焦探頭

  超聲(sheng)波(bo)聚(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)是把(ba)壓電晶(jing)片（換能(neng)器）產生的(de)(de)(de)超聲(sheng)波(bo)能(neng)量聚(ju)焦(jiao)成一(yi)條(tiao)線狀(zhuang)或一(yi)個(ge)點(dian)狀(zhuang)的(de)(de)(de)超聲(sheng)束。在(zai)焦(jiao)點(dian)處，聲(sheng)波(bo)能(neng)量集中(zhong)，提高了(le)探(tan)傷的(de)(de)(de)靈敏度和分辨率。它適合(he)用于小(xiao)直徑圓棒、管材(cai)的(de)(de)(de)探(tan)傷。并在(zai)冶金、航空等工業部(bu)門的(de)(de)(de)應用也頗為廣泛(fan)。聚(ju)焦(jiao)式(shi)探(tan)頭(tou)構(gou)造組(zu)成如圖3.6所示。

  根(gen)(gen)據(ju)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)原理，聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)可分為(wei)(wei)(wei)點(dian)(dian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)和線聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)。點(dian)(dian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想焦(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)(dian)是(shi)聲透鏡為(wei)(wei)(wei)球面的(de)一(yi)點(dian)(dian)，線聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想焦(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)(dian)是(shi)聲透鏡為(wei)(wei)(wei)圓柱體的(de)直(zhi)線。根(gen)(gen)據(ju)耦(ou)合(he)(he)條件的(de)不同，可分為(wei)(wei)(wei)水(shui)浸(jin)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)和接(jie)(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)，水(shui)浸(jin)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)以水(shui)為(wei)(wei)(wei)介質(zhi)進行耦(ou)合(he)(he)，探(tan)(tan)頭(tou)與(yu)工(gong)件不直(zhi)接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)。接(jie)(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)探(tan)(tan)頭(tou)與(yu)工(gong)件通過薄層耦(ou)合(he)(he)介質(zhi)接(jie)(jie)觸(chu)。按接(jie)(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)方(fang)式(shi)不同又分為(wei)(wei)(wei)透鏡式(shi)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)、反射式(shi)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)和曲面晶片式(shi)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)。