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)換能器的基本構造
超聲波換能器由(you)壓電晶片、保護膜、吸收塊(kuai)和(he)外殼等(deng)組(zu)成。
a. 壓電晶(jing)片(pian)
壓(ya)電(dian)晶片(pian)具有壓(ya)電(dian)效應(ying)，它的(de)作用是發射(she)和(he)接收超聲波，實現電(dian)能與(yu)聲能的(de)轉換。由壓(ya)電(dian)材料(liao)制成，分為單(dan)晶與(yu)雙晶。晶片(pian)的(de)兩(liang)個表面都有銀層作為電(dian)極，“一”極引出的(de)導線接發射(she)端，“＋”極接地(di)。常見壓(ya)電(dian)材料(liao)與(yu)探(tan)頭代號(hao)見表3.2。
b. 保(bao)護膜(mo)
保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)的基(ji)本功能(neng)是保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)壓電晶片(pian)不致磨(mo)損(sun)。保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)分為硬、軟兩類。硬保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)主要用(yong)于(yu)對表(biao)(biao)面光(guang)潔(jie)度較(jiao)高(gao)、表(biao)(biao)面平整工(gong)件進行檢(jian)測(ce)(ce)。硬保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)被用(yong)于(yu)粗糙表(biao)(biao)面檢(jian)測(ce)(ce)時，聲(sheng)能(neng)的損(sun)失(shi)達20~30 dB.軟保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)可用(yong)于(yu)表(biao)(biao)面光(guang)潔(jie)度較(jiao)低或有一(yi)定曲率(lv)的工(gong)件探傷。軟保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)通常(chang)含有聚氨酯軟塑料等，因此可以改善聲(sheng)能(neng)耦合，提(ti)高(gao)聲(sheng)能(neng)傳遞效率(lv)，并(bing)且(qie)檢(jian)測(ce)(ce)結果的重(zhong)復性好，磨(mo)損(sun)后(hou)易于(yu)更換。軟保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)對聲(sheng)能(neng)的損(sun)失(shi)為6~7dB.保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)材(cai)料應(ying)耐磨(mo)，衰(shuai)減(jian)小，厚(hou)度適當。
c. 吸收塊
吸收(shou)塊附著在壓(ya)(ya)電晶(jing)片(pian)(pian)上，對(dui)壓(ya)(ya)電晶(jing)片(pian)(pian)的(de)震動進行阻(zu)尼(ni)，故(gu)又稱(cheng)阻(zu)尼(ni)塊。由于晶(jing)片(pian)(pian)共振周期過(guo)大會導致脈沖(chong)變寬、盲區增大、因此，使(shi)用阻(zu)尼(ni)塊會使(shi)得(de)晶(jing)片(pian)(pian)起振后盡(jin)快(kuai)地停(ting)下來，從(cong)而使(shi)得(de)脈沖(chong)寬度變小，分辨率(lv)提高(gao)。吸收(shou)塊的(de)聲(sheng)阻(zu)抗應該盡(jin)量接(jie)近壓(ya)(ya)電晶(jing)片(pian)(pian)的(de)聲(sheng)阻(zu)抗。
d. 外殼
由金屬或者塑料制成，并裝有小電纜(lan)連接器插頭。主(zhu)要作用(yong)就是保(bao)護以(yi)上(shang)探(tan)頭組成部分。
2. 幾種常用的超聲波換能(neng)器
圖(tu)3.4為(wei)換(huan)能器的(de)基本構造。超(chao)聲波探(tan)(tan)傷采用(yong)多種(zhong)探(tan)(tan)頭(tou)形(xing)狀，根(gen)據(ju)不同(tong)的(de)波形(xing)可分(fen)為(wei)縱波探(tan)(tan)頭(tou)、橫波探(tan)(tan)頭(tou)、表面波探(tan)(tan)頭(tou)等(deng)。根(gen)據(ju)耦合(he)方式(shi)(shi)的(de)不同(tong)進(jin)行分(fen)類：接(jie)觸式(shi)(shi)探(tan)(tan)頭(tou)和液浸式(shi)(shi)探(tan)(tan)頭(tou)。根(gen)據(ju)波束(shu)的(de)不同(tong)分(fen)為(wei)聚焦(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)和非聚焦(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)。根(gen)據(ju)晶(jing)片的(de)數量(liang)，可分(fen)為(wei)單晶(jing)探(tan)(tan)頭(tou)與雙晶(jing)探(tan)(tan)頭(tou)。此外還有根(gen)據(ju)實際生產(chan)需要所發明的(de)高溫探(tan)(tan)頭(tou)，微型探(tan)(tan)頭(tou)等(deng)特殊(shu)探(tan)(tan)頭(tou)。下面簡單介紹幾種(zhong)常用(yong)的(de)探(tan)(tan)頭(tou)。
a. 直探頭(tou)（縱(zong)波探頭(tou)）
直(zhi)探(tan)(tan)頭(tou)用于發射和接受(shou)縱(zong)波(bo)，所以又稱為(wei)縱(zong)波(bo)探(tan)(tan)頭(tou)。直(zhi)探(tan)(tan)頭(tou)主要用于與探(tan)(tan)測(ce)(ce)平(ping)面平(ping)行(xing)的缺(que)陷探(tan)(tan)測(ce)(ce)，如鋼(gang)板(ban)。
b. 斜探(tan)頭(tou)（橫波探(tan)頭(tou)）
使(shi)聲(sheng)束(shu)通過斜楔塊(kuai)與工件表(biao)(biao)面成一(yi)(yi)定角度射入工件的(de)探頭(tou)稱為斜探頭(tou)。它可以發射和接收(shou)橫波，因此(ci)又(you)稱為橫波探頭(tou)。主要用(yong)于檢測焊縫(feng)、鋼管等與檢測表(biao)(biao)面垂(chui)直或成一(yi)(yi)定角度的(de)缺(que)陷。
c. 雙晶探(tan)(tan)頭（分(fen)割探(tan)(tan)頭）
雙晶(jing)探頭(tou)有兩塊壓電晶(jing)片，一(yi)個(ge)用來發射(she)超(chao)聲波(bo)，另一(yi)個(ge)用來接收超(chao)聲波(bo)。根(gen)據人射(she)角aL不同，分為雙晶(jing)縱(zong)波(bo)探頭(tou)（aL<aI)和雙晶(jing)橫波(bo)探頭(tou)（aL=aI~aII).雙晶(jing)探頭(tou)基本構造如圖(tu)3.5所示。
d. 聚焦探頭
超聲波(bo)聚(ju)焦(jiao)探頭是(shi)把壓(ya)電(dian)晶片（換能器）產生(sheng)的超聲波(bo)能量聚(ju)焦(jiao)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)條(tiao)線狀或一(yi)(yi)個點狀的超聲束。在(zai)焦(jiao)點處，聲波(bo)能量集中(zhong)，提(ti)高了(le)探傷的靈敏度和分辨率(lv)。它適合用于小直徑(jing)圓(yuan)棒、管材(cai)的探傷。并在(zai)冶金、航空(kong)等工業部門的應用也(ye)頗為廣泛(fan)。聚(ju)焦(jiao)式探頭構造組成(cheng)(cheng)如圖3.6所示(shi)。
根據聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)原理(li)(li)，聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)可(ke)分為(wei)(wei)點(dian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和線聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)。點(dian)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的理(li)(li)想焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)是(shi)聲(sheng)透(tou)(tou)鏡(jing)為(wei)(wei)球(qiu)面的一點(dian)，線聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的理(li)(li)想焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)是(shi)聲(sheng)透(tou)(tou)鏡(jing)為(wei)(wei)圓柱體的直線。根據耦(ou)合條件的不同，可(ke)分為(wei)(wei)水浸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和接(jie)(jie)觸(chu)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)，水浸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)以(yi)水為(wei)(wei)介質進(jin)行耦(ou)合，探(tan)(tan)頭(tou)與(yu)工(gong)件不直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)。接(jie)(jie)觸(chu)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)探(tan)(tan)頭(tou)與(yu)工(gong)件通過(guo)薄(bo)層耦(ou)合介質接(jie)(jie)觸(chu)。按(an)接(jie)(jie)觸(chu)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)方式(shi)(shi)不同又分為(wei)(wei)透(tou)(tou)鏡(jing)式(shi)(shi)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)、反(fan)射式(shi)(shi)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)和曲面晶(jing)片式(shi)(shi)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)。
