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(sheng)波換能器(qi)的基本構造

超聲波換能器由壓電晶片、保護膜、吸收塊和外殼(ke)等組成。

 a. 壓電晶片

  壓電(dian)(dian)(dian)晶片具(ju)有壓電(dian)(dian)(dian)效應，它的作用(yong)是發射(she)和接(jie)收超(chao)聲(sheng)波，實現電(dian)(dian)(dian)能(neng)與(yu)聲(sheng)能(neng)的轉換。由(you)壓電(dian)(dian)(dian)材料制成，分為單晶與(yu)雙晶。晶片的兩個表面都有銀層作為電(dian)(dian)(dian)極，“一”極引出的導線(xian)接(jie)發射(she)端(duan)，“＋”極接(jie)地。常見壓電(dian)(dian)(dian)材料與(yu)探(tan)頭代號見表3.2。

 b. 保護(hu)膜(mo)

  保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)的基(ji)本功能(neng)(neng)是保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)壓電晶片不致磨(mo)損。保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)分(fen)為(wei)硬(ying)、軟(ruan)兩(liang)類。硬(ying)保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)主要用(yong)于對表(biao)面光(guang)潔度較高(gao)、表(biao)面平整(zheng)工(gong)件(jian)進行檢測。硬(ying)保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)被用(yong)于粗(cu)糙(cao)表(biao)面檢測時，聲(sheng)能(neng)(neng)的損失達20~30 dB.軟(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)可用(yong)于表(biao)面光(guang)潔度較低或(huo)有一定曲(qu)率的工(gong)件(jian)探(tan)傷。軟(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)通(tong)常含有聚氨(an)酯軟(ruan)塑料等，因此可以(yi)改善聲(sheng)能(neng)(neng)耦合(he)，提高(gao)聲(sheng)能(neng)(neng)傳遞效(xiao)率，并且(qie)檢測結果的重復(fu)性好，磨(mo)損后易于更換(huan)。軟(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)對聲(sheng)能(neng)(neng)的損失為(wei)6~7dB.保(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)材料應耐磨(mo)，衰減小(xiao)，厚度適當。

 c. 吸收(shou)塊

 吸收塊(kuai)附著在壓電晶(jing)片上(shang)，對壓電晶(jing)片的震動進行(xing)阻(zu)尼，故(gu)又稱(cheng)阻(zu)尼塊(kuai)。由于(yu)晶(jing)片共振(zhen)(zhen)周期過大會(hui)導致脈(mo)沖變寬、盲(mang)區增大、因此，使(shi)用阻(zu)尼塊(kuai)會(hui)使(shi)得晶(jing)片起振(zhen)(zhen)后(hou)盡(jin)快地停下(xia)來，從而使(shi)得脈(mo)沖寬度變小(xiao)，分辨率(lv)提高。吸收塊(kuai)的聲(sheng)阻(zu)抗(kang)應(ying)該盡(jin)量(liang)接(jie)近壓電晶(jing)片的聲(sheng)阻(zu)抗(kang)。

 d. 外(wai)殼(ke)

 由(you)金屬或者塑(su)料制(zhi)成，并(bing)裝有小電纜連接器插頭。主(zhu)要作用就是(shi)保(bao)護以(yi)上探頭組成部分。

2. 幾種常用(yong)的超聲波換能器(qi)

  圖3.4為(wei)換能器的(de)(de)(de)基本(ben)構造。超聲(sheng)波探(tan)(tan)(tan)傷采用多種(zhong)探(tan)(tan)(tan)頭形(xing)狀(zhuang)，根(gen)(gen)據(ju)(ju)不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)波形(xing)可(ke)分為(wei)縱(zong)波探(tan)(tan)(tan)頭、橫波探(tan)(tan)(tan)頭、表面波探(tan)(tan)(tan)頭等。根(gen)(gen)據(ju)(ju)耦合方式的(de)(de)(de)不(bu)(bu)同進行分類：接觸式探(tan)(tan)(tan)頭和(he)液浸式探(tan)(tan)(tan)頭。根(gen)(gen)據(ju)(ju)波束的(de)(de)(de)不(bu)(bu)同分為(wei)聚(ju)焦探(tan)(tan)(tan)頭和(he)非聚(ju)焦探(tan)(tan)(tan)頭。根(gen)(gen)據(ju)(ju)晶片的(de)(de)(de)數量，可(ke)分為(wei)單(dan)晶探(tan)(tan)(tan)頭與雙(shuang)晶探(tan)(tan)(tan)頭。此外還有根(gen)(gen)據(ju)(ju)實際生產需要(yao)所發明的(de)(de)(de)高溫探(tan)(tan)(tan)頭，微型(xing)探(tan)(tan)(tan)頭等特殊探(tan)(tan)(tan)頭。下面簡單(dan)介紹幾種(zhong)常用的(de)(de)(de)探(tan)(tan)(tan)頭。

 a. 直探(tan)頭（縱波探(tan)頭）

  直(zhi)探頭(tou)用于發射和接受(shou)縱波(bo)，所以又稱為縱波(bo)探頭(tou)。直(zhi)探頭(tou)主(zhu)要(yao)用于與探測(ce)平(ping)面(mian)平(ping)行的(de)缺陷(xian)探測(ce)，如鋼板。

 b. 斜探(tan)頭（橫波探(tan)頭）

  使聲(sheng)束(shu)通過斜(xie)楔塊(kuai)與工件表(biao)(biao)面(mian)成(cheng)(cheng)一定角(jiao)度射入工件的探(tan)頭(tou)稱為(wei)斜(xie)探(tan)頭(tou)。它可以發射和(he)接收橫波，因此(ci)又稱為(wei)橫波探(tan)頭(tou)。主(zhu)要用于檢測焊縫、鋼(gang)管等與檢測表(biao)(biao)面(mian)垂直或(huo)成(cheng)(cheng)一定角(jiao)度的缺陷。

 c. 雙晶(jing)探(tan)頭（分割探(tan)頭）

  雙(shuang)晶(jing)探(tan)(tan)頭(tou)有(you)兩塊壓電晶(jing)片，一(yi)個用來發(fa)射(she)超聲波(bo)，另一(yi)個用來接(jie)收(shou)超聲波(bo)。根據(ju)人射(she)角aL不同(tong)，分為雙(shuang)晶(jing)縱波(bo)探(tan)(tan)頭(tou)（aL<aI)和雙(shuang)晶(jing)橫波(bo)探(tan)(tan)頭(tou)（aL=aI~aII).雙(shuang)晶(jing)探(tan)(tan)頭(tou)基本構造(zao)如圖3.5所示。

d. 聚焦探頭

  超(chao)(chao)聲(sheng)波(bo)聚焦探頭是把壓電晶片(pian)（換能(neng)器）產生(sheng)的(de)超(chao)(chao)聲(sheng)波(bo)能(neng)量(liang)聚焦成一(yi)條(tiao)線狀或一(yi)個點狀的(de)超(chao)(chao)聲(sheng)束。在焦點處(chu)，聲(sheng)波(bo)能(neng)量(liang)集中，提(ti)高了探傷的(de)靈(ling)敏度和分辨率(lv)。它適合(he)用(yong)于小直徑圓棒、管(guan)材的(de)探傷。并在冶金、航空(kong)等工業(ye)部(bu)門的(de)應用(yong)也頗為廣泛。聚焦式探頭構造(zao)組(zu)成如圖3.6所示。

  根據聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)原(yuan)理，聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)可(ke)分(fen)為點(dian)(dian)(dian)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和線聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)。點(dian)(dian)(dian)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)(dian)(dian)是(shi)聲(sheng)透鏡(jing)為球面的(de)一點(dian)(dian)(dian)，線聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)(dian)(dian)是(shi)聲(sheng)透鏡(jing)為圓柱體的(de)直線。根據耦(ou)合條件(jian)的(de)不(bu)同，可(ke)分(fen)為水(shui)浸聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和接(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)，水(shui)浸聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)以水(shui)為介質(zhi)進行耦(ou)合，探(tan)(tan)頭(tou)(tou)與工(gong)件(jian)不(bu)直接(jie)接(jie)觸(chu)(chu)。接(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)與工(gong)件(jian)通(tong)過(guo)薄層耦(ou)合介質(zhi)接(jie)觸(chu)(chu)。按接(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)方(fang)式(shi)(shi)不(bu)同又分(fen)為透鏡(jing)式(shi)(shi)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)、反射式(shi)(shi)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)和曲面晶片式(shi)(shi)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)。