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)波換能器由壓電晶片、保護膜、吸收塊和外殼(ke)等組(zu)成。

 a. 壓電晶(jing)片

  壓電(dian)晶(jing)片具有壓電(dian)效(xiao)應，它的作用是發射(she)和接收超聲(sheng)波，實(shi)現(xian)電(dian)能(neng)與聲(sheng)能(neng)的轉換。由(you)壓電(dian)材料制成，分為單晶(jing)與雙晶(jing)。晶(jing)片的兩個表面都(dou)有銀(yin)層(ceng)作為電(dian)極(ji)，“一(yi)”極(ji)引出(chu)的導(dao)線接發射(she)端(duan)，“＋”極(ji)接地。常見壓電(dian)材料與探頭代號見表3.2。

 b. 保護膜(mo)

  保(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)的(de)(de)基本功能是保(bao)(bao)(bao)護(hu)壓(ya)電晶(jing)片不(bu)致磨損(sun)。保(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)分為(wei)硬、軟(ruan)(ruan)兩類。硬保(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)主要(yao)用于對表面(mian)光潔(jie)度較(jiao)高、表面(mian)平整工件進行檢(jian)(jian)測(ce)。硬保(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)被用于粗(cu)糙表面(mian)檢(jian)(jian)測(ce)時(shi)，聲能的(de)(de)損(sun)失達20~30 dB.軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)可用于表面(mian)光潔(jie)度較(jiao)低或有一定曲率的(de)(de)工件探傷。軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)通常含有聚(ju)氨酯(zhi)軟(ruan)(ruan)塑料(liao)等，因此可以改善聲能耦合(he)，提(ti)高聲能傳遞效(xiao)率，并(bing)且(qie)檢(jian)(jian)測(ce)結果的(de)(de)重復(fu)性好(hao)，磨損(sun)后易于更(geng)換。軟(ruan)(ruan)保(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)對聲能的(de)(de)損(sun)失為(wei)6~7dB.保(bao)(bao)(bao)護(hu)膜(mo)材(cai)料(liao)應耐(nai)磨，衰減小，厚(hou)度適當。

 c. 吸收塊

 吸(xi)收塊附著在壓(ya)(ya)(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)(pian)上，對壓(ya)(ya)(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)(pian)的(de)震動進行阻(zu)(zu)尼(ni)，故又稱(cheng)阻(zu)(zu)尼(ni)塊。由于晶(jing)片(pian)(pian)共振周期過大會(hui)導致脈(mo)沖變寬、盲(mang)區增(zeng)大、因此，使用阻(zu)(zu)尼(ni)塊會(hui)使得晶(jing)片(pian)(pian)起振后(hou)盡快地停下(xia)來(lai)，從而(er)使得脈(mo)沖寬度變小(xiao)，分辨率提(ti)高。吸(xi)收塊的(de)聲(sheng)阻(zu)(zu)抗應(ying)該盡量(liang)接近壓(ya)(ya)(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)(pian)的(de)聲(sheng)阻(zu)(zu)抗。

 d. 外殼

 由金屬或(huo)者塑料制成(cheng)，并裝(zhuang)有小電纜連(lian)接器插(cha)頭。主要作用(yong)就是(shi)保護以上(shang)探(tan)頭組成(cheng)部分(fen)。

2. 幾種常用的超聲波換(huan)能器

  圖3.4為(wei)(wei)換能器(qi)的(de)基本構造。超聲波(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)傷采用(yong)多種探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)形(xing)狀，根(gen)據(ju)不(bu)同的(de)波(bo)形(xing)可(ke)(ke)分(fen)為(wei)(wei)縱波(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)、橫波(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)、表面波(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)等(deng)(deng)。根(gen)據(ju)耦合方式的(de)不(bu)同進行(xing)分(fen)類：接觸式探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)和液浸式探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。根(gen)據(ju)波(bo)束的(de)不(bu)同分(fen)為(wei)(wei)聚(ju)焦(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)和非聚(ju)焦(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。根(gen)據(ju)晶(jing)片(pian)的(de)數量，可(ke)(ke)分(fen)為(wei)(wei)單(dan)晶(jing)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)與雙(shuang)晶(jing)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。此(ci)外還有根(gen)據(ju)實際生產需要所(suo)發(fa)明的(de)高溫探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)等(deng)(deng)特(te)殊探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。下面簡單(dan)介(jie)紹幾種常用(yong)的(de)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。

 a. 直(zhi)探(tan)頭（縱波探(tan)頭）

  直探頭(tou)用于(yu)發射和接受縱波(bo)，所以又稱為縱波(bo)探頭(tou)。直探頭(tou)主(zhu)要用于(yu)與(yu)探測(ce)平(ping)面平(ping)行的缺陷探測(ce)，如鋼板。

 b. 斜探(tan)頭(tou)（橫波探(tan)頭(tou)）

  使(shi)聲(sheng)束通過斜楔(xie)塊與(yu)工件表面成(cheng)一定(ding)角(jiao)度(du)(du)射入工件的(de)探頭(tou)稱為(wei)斜探頭(tou)。它可以發射和(he)接(jie)收(shou)橫(heng)波，因(yin)此又稱為(wei)橫(heng)波探頭(tou)。主(zhu)要用于檢測(ce)(ce)焊縫、鋼管等與(yu)檢測(ce)(ce)表面垂直或成(cheng)一定(ding)角(jiao)度(du)(du)的(de)缺陷。

 c. 雙晶探(tan)頭（分割探(tan)頭）

  雙晶(jing)(jing)(jing)探頭有(you)兩塊壓電晶(jing)(jing)(jing)片，一個用來(lai)發射超聲波，另(ling)一個用來(lai)接收超聲波。根據人(ren)射角(jiao)aL不同，分為(wei)雙晶(jing)(jing)(jing)縱(zong)波探頭（aL<aI)和雙晶(jing)(jing)(jing)橫波探頭（aL=aI~aII).雙晶(jing)(jing)(jing)探頭基本構造如圖3.5所(suo)示。

d. 聚(ju)焦(jiao)探頭(tou)

  超聲波(bo)聚焦(jiao)探頭是(shi)把壓電晶片（換能(neng)器）產(chan)生的(de)超聲波(bo)能(neng)量聚焦(jiao)成一條(tiao)線(xian)狀或一個點狀的(de)超聲束。在焦(jiao)點處，聲波(bo)能(neng)量集(ji)中，提高了(le)探傷的(de)靈敏(min)度和(he)分辨率。它適合用于小(xiao)直徑(jing)圓棒(bang)、管材的(de)探傷。并在冶金、航空等工業部門(men)的(de)應(ying)用也頗為廣(guang)泛。聚焦(jiao)式探頭構造組成如圖3.6所示。

  根據(ju)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)原理，聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探頭可分為(wei)點聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和線(xian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探頭。點聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想(xiang)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點是(shi)聲透(tou)鏡(jing)(jing)為(wei)球面(mian)的(de)一點，線(xian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想(xiang)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點是(shi)聲透(tou)鏡(jing)(jing)為(wei)圓柱體的(de)直線(xian)。根據(ju)耦合條(tiao)件(jian)(jian)的(de)不同，可分為(wei)水浸(jin)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和接(jie)(jie)觸聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)，水浸(jin)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)以水為(wei)介質進(jin)行耦合，探頭與(yu)工(gong)件(jian)(jian)不直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸。接(jie)(jie)觸聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)探頭與(yu)工(gong)件(jian)(jian)通過薄(bo)層耦合介質接(jie)(jie)觸。按接(jie)(jie)觸聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)方(fang)式不同又分為(wei)透(tou)鏡(jing)(jing)式聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探頭、反(fan)射式聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探頭和曲面(mian)晶(jing)片式聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探頭。