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(chao)聲波換(huan)能器的(de)基本構造(zao)
超(chao)聲波(bo)換能(neng)器(qi)由壓(ya)電晶片、保護膜、吸收(shou)塊和外(wai)殼等組成。
a. 壓(ya)電晶片
壓(ya)電(dian)晶片具有壓(ya)電(dian)效應，它的(de)(de)(de)作用是發射(she)和接收(shou)超聲波，實現電(dian)能與聲能的(de)(de)(de)轉(zhuan)換。由壓(ya)電(dian)材(cai)(cai)料制成(cheng)，分為單晶與雙晶。晶片的(de)(de)(de)兩個表面(mian)都(dou)有銀層作為電(dian)極(ji)(ji)，“一(yi)”極(ji)(ji)引出(chu)的(de)(de)(de)導線接發射(she)端，“＋”極(ji)(ji)接地。常見(jian)壓(ya)電(dian)材(cai)(cai)料與探頭代號見(jian)表3.2。
b. 保護膜
保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜的(de)(de)基本功能是保(bao)護(hu)(hu)(hu)壓電晶片不致磨損(sun)。保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜分(fen)為硬、軟兩(liang)類(lei)。硬保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜主要用(yong)于(yu)對表面(mian)光(guang)潔(jie)度(du)較高、表面(mian)平整(zheng)工件(jian)進行檢(jian)測。硬保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜被(bei)用(yong)于(yu)粗糙表面(mian)檢(jian)測時，聲能的(de)(de)損(sun)失(shi)達20~30 dB.軟保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜可用(yong)于(yu)表面(mian)光(guang)潔(jie)度(du)較低或有一(yi)定曲率(lv)的(de)(de)工件(jian)探傷。軟保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜通常含有聚氨酯軟塑料等，因此可以改(gai)善聲能耦合，提高聲能傳(chuan)遞效率(lv)，并(bing)且檢(jian)測結果的(de)(de)重復性好，磨損(sun)后易于(yu)更換。軟保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜對聲能的(de)(de)損(sun)失(shi)為6~7dB.保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜材料應耐磨，衰減小，厚(hou)度(du)適當。
c. 吸收塊(kuai)
吸收(shou)塊(kuai)附(fu)著在壓(ya)(ya)電(dian)(dian)晶(jing)(jing)片上，對壓(ya)(ya)電(dian)(dian)晶(jing)(jing)片的(de)震動進行阻(zu)尼(ni)，故又稱阻(zu)尼(ni)塊(kuai)。由于晶(jing)(jing)片共振周期過大會導致脈沖(chong)變寬、盲區增大、因(yin)此，使用阻(zu)尼(ni)塊(kuai)會使得晶(jing)(jing)片起振后盡快地停(ting)下(xia)來，從而使得脈沖(chong)寬度變小，分(fen)辨(bian)率(lv)提(ti)高。吸收(shou)塊(kuai)的(de)聲阻(zu)抗應該盡量接近壓(ya)(ya)電(dian)(dian)晶(jing)(jing)片的(de)聲阻(zu)抗。
d. 外殼
由金(jin)屬或者(zhe)塑(su)料(liao)制成，并裝有(you)小電纜連接器插(cha)頭(tou)。主要作用就是保(bao)護以(yi)上探(tan)頭(tou)組成部(bu)分。
2. 幾種常用的(de)超(chao)聲(sheng)波換能器
圖(tu)3.4為換能器的(de)(de)基本構造。超(chao)聲波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)傷采用(yong)多種探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)形狀，根(gen)據(ju)不同(tong)的(de)(de)波(bo)(bo)形可分(fen)(fen)為縱波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、橫波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、表面波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等(deng)(deng)。根(gen)據(ju)耦合(he)方(fang)式的(de)(de)不同(tong)進行分(fen)(fen)類：接觸式探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和(he)液浸式探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根(gen)據(ju)波(bo)(bo)束的(de)(de)不同(tong)分(fen)(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(jing)(jing)片的(de)(de)數量(liang)，可分(fen)(fen)為單(dan)晶(jing)(jing)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與雙晶(jing)(jing)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。此外還(huan)有根(gen)據(ju)實際生產需要所(suo)發(fa)明的(de)(de)高溫(wen)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等(deng)(deng)特殊探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。下面簡單(dan)介紹幾種常用(yong)的(de)(de)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。
a. 直(zhi)探(tan)頭（縱波(bo)探(tan)頭）
直探(tan)頭用于發射和接受縱(zong)波，所(suo)以(yi)又稱為縱(zong)波探(tan)頭。直探(tan)頭主要用于與(yu)探(tan)測平面平行(xing)的缺陷探(tan)測，如鋼(gang)板。
b. 斜探頭（橫波探頭）
使聲束通過(guo)斜楔塊與工件表(biao)面(mian)成一定(ding)角(jiao)度射(she)(she)入工件的探(tan)(tan)頭稱為斜探(tan)(tan)頭。它可以發射(she)(she)和(he)接(jie)收(shou)橫波，因此又稱為橫波探(tan)(tan)頭。主要用于檢測焊縫、鋼管等與檢測表(biao)面(mian)垂(chui)直或成一定(ding)角(jiao)度的缺陷。
c. 雙晶探頭(tou)（分割探頭(tou)）
雙(shuang)晶探(tan)頭有(you)兩(liang)塊(kuai)壓電晶片，一個用(yong)來發(fa)射超聲波(bo)(bo)，另一個用(yong)來接收超聲波(bo)(bo)。根據(ju)人(ren)射角aL不(bu)同，分(fen)為雙(shuang)晶縱波(bo)(bo)探(tan)頭（aL<aI)和(he)雙(shuang)晶橫波(bo)(bo)探(tan)頭（aL=aI~aII).雙(shuang)晶探(tan)頭基本構造如圖3.5所示(shi)。
d. 聚(ju)焦(jiao)探(tan)頭
超(chao)聲波聚(ju)焦(jiao)探頭是把壓電晶片（換能器）產生的超(chao)聲波能量聚(ju)焦(jiao)成一(yi)條線狀或一(yi)個點狀的超(chao)聲束。在(zai)焦(jiao)點處(chu)，聲波能量集(ji)中，提(ti)高了探傷的靈敏度和分辨率(lv)。它適(shi)合(he)用于(yu)小直徑圓棒、管材(cai)的探傷。并在(zai)冶金、航空等工業部門的應用也頗(po)為廣泛。聚(ju)焦(jiao)式探頭構造組成如圖3.6所示。
根(gen)據聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)原理，聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探頭(tou)可(ke)分(fen)為點聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)和線聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探頭(tou)。點聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)(de)理想(xiang)焦(jiao)(jiao)點是聲(sheng)(sheng)透(tou)鏡為球面的(de)(de)一點，線聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)(de)理想(xiang)焦(jiao)(jiao)點是聲(sheng)(sheng)透(tou)鏡為圓柱體的(de)(de)直(zhi)線。根(gen)據耦(ou)合條件(jian)的(de)(de)不同，可(ke)分(fen)為水浸(jin)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)和接觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)，水浸(jin)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)以水為介質(zhi)進行耦(ou)合，探頭(tou)與工(gong)件(jian)不直(zhi)接接觸(chu)(chu)。接觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)是探頭(tou)與工(gong)件(jian)通(tong)過薄層耦(ou)合介質(zhi)接觸(chu)(chu)。按接觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)方式不同又分(fen)為透(tou)鏡式聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探頭(tou)、反射(she)式聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探頭(tou)和曲面晶(jing)片式聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探頭(tou)。
