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(ji)本(ben)構造
超聲波換能(neng)器由(you)壓電晶片、保護膜、吸收(shou)塊和(he)外(wai)殼等組成(cheng)。
a. 壓電晶片(pian)
壓電晶片(pian)具(ju)有壓電效(xiao)應，它的(de)作(zuo)用(yong)是發(fa)射(she)和接收超聲波，實(shi)現電能與聲能的(de)轉換。由壓電材料(liao)制成，分為(wei)(wei)單(dan)晶與雙(shuang)晶。晶片(pian)的(de)兩個表(biao)面都有銀(yin)層作(zuo)為(wei)(wei)電極，“一”極引出的(de)導線接發(fa)射(she)端，“＋”極接地。常見壓電材料(liao)與探頭代號見表(biao)3.2。
b. 保護膜
保(bao)護(hu)(hu)膜的(de)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)膜分(fen)為硬(ying)、軟(ruan)兩類。硬(ying)保(bao)護(hu)(hu)膜主要用于對(dui)(dui)表(biao)面光(guang)潔度(du)(du)較(jiao)高、表(biao)面平(ping)整工件進行檢(jian)(jian)測(ce)(ce)。硬(ying)保(bao)護(hu)(hu)膜被用于粗糙表(biao)面檢(jian)(jian)測(ce)(ce)時，聲(sheng)能(neng)的(de)損失達20~30 dB.軟(ruan)保(bao)護(hu)(hu)膜可用于表(biao)面光(guang)潔度(du)(du)較(jiao)低或有(you)一定曲率的(de)工件探(tan)傷。軟(ruan)保(bao)護(hu)(hu)膜通常(chang)含(han)有(you)聚氨(an)酯軟(ruan)塑料(liao)(liao)等(deng)，因此(ci)可以改善聲(sheng)能(neng)耦合，提高聲(sheng)能(neng)傳遞效率，并(bing)且(qie)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)結(jie)果的(de)重(zhong)復性好，磨(mo)損后易于更換。軟(ruan)保(bao)護(hu)(hu)膜對(dui)(dui)聲(sheng)能(neng)的(de)損失為6~7dB.保(bao)護(hu)(hu)膜材料(liao)(liao)應耐磨(mo)，衰減小(xiao)，厚度(du)(du)適當。
c. 吸收塊(kuai)
吸收塊(kuai)附著在壓電晶片(pian)(pian)上，對壓電晶片(pian)(pian)的(de)震動(dong)進行阻(zu)(zu)(zu)尼，故(gu)又稱阻(zu)(zu)(zu)尼塊(kuai)。由于晶片(pian)(pian)共振(zhen)周(zhou)期(qi)過大會導致脈沖變(bian)寬、盲區增(zeng)大、因此，使用(yong)阻(zu)(zu)(zu)尼塊(kuai)會使得晶片(pian)(pian)起振(zhen)后盡快地停下來，從而使得脈沖寬度變(bian)小(xiao)，分辨率提高。吸收塊(kuai)的(de)聲(sheng)阻(zu)(zu)(zu)抗應該盡量接近壓電晶片(pian)(pian)的(de)聲(sheng)阻(zu)(zu)(zu)抗。
d. 外(wai)殼
由金屬或(huo)者塑料制成(cheng)(cheng)，并裝(zhuang)有小電纜連接器(qi)插頭(tou)。主要作用(yong)就是(shi)保護以上探頭(tou)組(zu)成(cheng)(cheng)部(bu)分。
2. 幾種常用(yong)的超(chao)聲波換(huan)能器
圖3.4為換(huan)能器(qi)的基本構造(zao)。超聲波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)傷采用多種(zhong)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)形(xing)狀，根(gen)據(ju)不同的波(bo)(bo)形(xing)可分(fen)為縱波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、橫(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、表面(mian)波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等。根(gen)據(ju)耦合(he)方式的不同進行(xing)分(fen)類：接(jie)觸式探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和(he)液浸(jin)式探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根(gen)據(ju)波(bo)(bo)束的不同分(fen)為聚焦(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和(he)非聚焦(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根(gen)據(ju)晶片的數(shu)量，可分(fen)為單晶探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與雙晶探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。此外還有根(gen)據(ju)實(shi)際生(sheng)產需要所發明的高溫探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等特(te)殊探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。下面(mian)簡單介紹(shao)幾種(zhong)常用的探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。
a. 直探頭（縱波探頭）
直探(tan)(tan)頭(tou)用(yong)(yong)于發射和接受縱(zong)波，所以又稱(cheng)為縱(zong)波探(tan)(tan)頭(tou)。直探(tan)(tan)頭(tou)主要用(yong)(yong)于與探(tan)(tan)測平面平行的缺陷探(tan)(tan)測，如鋼板。
b. 斜(xie)探(tan)頭（橫波(bo)探(tan)頭）
使聲束通過斜楔塊與工(gong)件(jian)表面(mian)成(cheng)一定角(jiao)度射入工(gong)件(jian)的探頭稱為斜探頭。它(ta)可以發射和接收(shou)橫波，因此(ci)又(you)稱為橫波探頭。主要用(yong)于檢(jian)測焊縫、鋼管等(deng)與檢(jian)測表面(mian)垂直或成(cheng)一定角(jiao)度的缺陷。
c. 雙(shuang)晶探(tan)頭(tou)（分割探(tan)頭(tou)）
雙晶(jing)探(tan)(tan)頭有(you)兩塊壓電晶(jing)片，一個(ge)用(yong)來發射(she)超聲(sheng)波(bo)(bo)，另一個(ge)用(yong)來接(jie)收超聲(sheng)波(bo)(bo)。根據人射(she)角(jiao)aL不(bu)同(tong)，分(fen)為雙晶(jing)縱(zong)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭（aL<aI)和(he)雙晶(jing)橫(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)頭（aL=aI~aII).雙晶(jing)探(tan)(tan)頭基本構造如(ru)圖3.5所示。
d. 聚焦探頭
超(chao)聲波聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)是把(ba)壓(ya)電晶片（換能(neng)器）產生(sheng)的(de)超(chao)聲波能(neng)量(liang)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)成(cheng)一條(tiao)線狀或一個點狀的(de)超(chao)聲束(shu)。在焦(jiao)(jiao)(jiao)點處，聲波能(neng)量(liang)集中，提高了(le)探傷的(de)靈(ling)敏度和分辨率。它適合用于小直徑(jing)圓棒、管材(cai)的(de)探傷。并在冶(ye)金(jin)、航空等工業部門(men)的(de)應用也頗為廣泛。聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)式探頭(tou)構(gou)造(zao)組成(cheng)如圖3.6所(suo)示。
根據聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)原理，聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)可(ke)分(fen)為(wei)點(dian)(dian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)和(he)線聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)。點(dian)(dian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)(de)理想焦(jiao)(jiao)點(dian)(dian)是(shi)(shi)聲透(tou)鏡為(wei)球面的(de)(de)一(yi)點(dian)(dian)，線聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)(de)理想焦(jiao)(jiao)點(dian)(dian)是(shi)(shi)聲透(tou)鏡為(wei)圓柱體的(de)(de)直(zhi)線。根據耦(ou)合條(tiao)件的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)，可(ke)分(fen)為(wei)水浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)和(he)接觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)，水浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)以水為(wei)介質進行耦(ou)合，探(tan)(tan)(tan)頭(tou)與工件不(bu)(bu)直(zhi)接接觸(chu)。接觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)是(shi)(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)與工件通過薄層耦(ou)合介質接觸(chu)。按接觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)方式不(bu)(bu)同(tong)又分(fen)為(wei)透(tou)鏡式聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)、反射式聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)和(he)曲面晶片式聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)。
