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(huan)能器(qi)的(de)基本構造
超聲波換能器由壓(ya)電晶片、保護膜(mo)、吸(xi)收塊和外殼(ke)等(deng)組成。
a. 壓電(dian)晶片(pian)
壓(ya)電(dian)(dian)晶片(pian)具(ju)有壓(ya)電(dian)(dian)效應，它的作用是發射和(he)接收超(chao)聲(sheng)波，實現電(dian)(dian)能與聲(sheng)能的轉換(huan)。由壓(ya)電(dian)(dian)材(cai)料制成，分為單晶與雙晶。晶片(pian)的兩(liang)個表面(mian)都有銀層(ceng)作為電(dian)(dian)極(ji)，“一”極(ji)引出(chu)的導(dao)線接發射端，“＋”極(ji)接地(di)。常見壓(ya)電(dian)(dian)材(cai)料與探頭代號見表3.2。
b. 保護膜(mo)
保(bao)護(hu)膜的(de)(de)基本功能(neng)是保(bao)護(hu)壓電晶片不致磨損(sun)。保(bao)護(hu)膜分為硬、軟(ruan)(ruan)兩類。硬保(bao)護(hu)膜主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)于(yu)(yu)對(dui)表(biao)面光潔(jie)度(du)較高、表(biao)面平整工(gong)件(jian)進行檢(jian)(jian)測。硬保(bao)護(hu)膜被用(yong)(yong)于(yu)(yu)粗糙表(biao)面檢(jian)(jian)測時，聲能(neng)的(de)(de)損(sun)失達20~30 dB.軟(ruan)(ruan)保(bao)護(hu)膜可用(yong)(yong)于(yu)(yu)表(biao)面光潔(jie)度(du)較低或有一定曲(qu)率的(de)(de)工(gong)件(jian)探傷。軟(ruan)(ruan)保(bao)護(hu)膜通常(chang)含有聚氨酯軟(ruan)(ruan)塑料等(deng)，因(yin)此可以改善聲能(neng)耦合，提高聲能(neng)傳遞效(xiao)率，并且檢(jian)(jian)測結果(guo)的(de)(de)重復性好，磨損(sun)后(hou)易于(yu)(yu)更換。軟(ruan)(ruan)保(bao)護(hu)膜對(dui)聲能(neng)的(de)(de)損(sun)失為6~7dB.保(bao)護(hu)膜材料應耐磨，衰減(jian)小，厚度(du)適當(dang)。
c. 吸(xi)收塊
吸收塊(kuai)附著在壓電晶(jing)片(pian)(pian)上，對壓電晶(jing)片(pian)(pian)的(de)震動進行阻尼，故又(you)稱(cheng)阻尼塊(kuai)。由于(yu)晶(jing)片(pian)(pian)共振周期過大會(hui)(hui)導致脈(mo)沖(chong)變寬、盲區增大、因此，使用阻尼塊(kuai)會(hui)(hui)使得(de)晶(jing)片(pian)(pian)起振后盡(jin)快地(di)停下來，從而使得(de)脈(mo)沖(chong)寬度變小，分辨率提高。吸收塊(kuai)的(de)聲阻抗應該(gai)盡(jin)量(liang)接近壓電晶(jing)片(pian)(pian)的(de)聲阻抗。
d. 外殼
由(you)金屬或者(zhe)塑料制成，并(bing)裝有小電纜連接(jie)器插頭。主要(yao)作用就是保護以上(shang)探頭組成部分。
2. 幾種常用(yong)的超(chao)聲(sheng)波(bo)換(huan)能器
圖3.4為換能器的(de)(de)(de)基(ji)本構(gou)造。超聲波(bo)(bo)(bo)探(tan)(tan)傷(shang)采用多種探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)形狀，根(gen)(gen)據不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)形可分為縱波(bo)(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、橫波(bo)(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、表面波(bo)(bo)(bo)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)等。根(gen)(gen)據耦(ou)合方式(shi)的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)進行分類：接觸(chu)式(shi)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和液浸式(shi)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。根(gen)(gen)據波(bo)(bo)(bo)束的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)分為聚焦探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和非聚焦探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。根(gen)(gen)據晶片的(de)(de)(de)數量，可分為單(dan)晶探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)與(yu)雙晶探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。此(ci)外還有根(gen)(gen)據實(shi)際生(sheng)產需要所發(fa)明的(de)(de)(de)高溫(wen)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)等特殊探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。下面簡單(dan)介(jie)紹幾種常用的(de)(de)(de)探(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。
a. 直探(tan)頭(tou)(tou)（縱(zong)波探(tan)頭(tou)(tou)）
直(zhi)探頭(tou)(tou)用(yong)于發射和接受縱波(bo)(bo)，所以又(you)稱(cheng)為縱波(bo)(bo)探頭(tou)(tou)。直(zhi)探頭(tou)(tou)主要用(yong)于與(yu)探測平面(mian)平行的缺(que)陷探測，如鋼板。
b. 斜探頭（橫波(bo)探頭）
使聲束通(tong)過(guo)斜(xie)楔(xie)塊與(yu)工件表面(mian)成一定角度射入工件的探(tan)頭稱(cheng)為斜(xie)探(tan)頭。它可以發(fa)射和接收(shou)橫(heng)波(bo)，因此又稱(cheng)為橫(heng)波(bo)探(tan)頭。主要(yao)用(yong)于檢(jian)測焊縫、鋼管(guan)等與(yu)檢(jian)測表面(mian)垂直或(huo)成一定角度的缺陷。
c. 雙(shuang)晶探頭（分割(ge)探頭）
雙晶(jing)探頭有(you)兩塊壓電晶(jing)片，一(yi)個用(yong)來(lai)發射(she)超(chao)聲波(bo)，另一(yi)個用(yong)來(lai)接收超(chao)聲波(bo)。根據人射(she)角aL不同，分為(wei)雙晶(jing)縱波(bo)探頭（aL<aI)和雙晶(jing)橫波(bo)探頭（aL=aI~aII).雙晶(jing)探頭基本構造如(ru)圖3.5所示(shi)。
d. 聚(ju)焦探(tan)頭
超聲波(bo)聚(ju)焦探頭是(shi)把(ba)壓電(dian)晶片（換能器）產生的超聲波(bo)能量聚(ju)焦成一(yi)條(tiao)線狀或一(yi)個點狀的超聲束(shu)。在(zai)焦點處，聲波(bo)能量集中，提高了探傷(shang)的靈敏(min)度和分辨率。它(ta)適合用于小直徑圓棒、管材(cai)的探傷(shang)。并在(zai)冶金、航空等工業部門的應(ying)用也頗為廣泛。聚(ju)焦式(shi)探頭構造組成如圖3.6所示。
根(gen)據聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)原理(li)，聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)可(ke)分為(wei)點(dian)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)和線聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)。點(dian)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)(de)理(li)想(xiang)焦(jiao)(jiao)點(dian)是(shi)聲透鏡為(wei)球面的(de)(de)一(yi)點(dian)，線聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)(de)理(li)想(xiang)焦(jiao)(jiao)點(dian)是(shi)聲透鏡為(wei)圓柱體的(de)(de)直(zhi)線。根(gen)據耦合條件(jian)的(de)(de)不(bu)同，可(ke)分為(wei)水(shui)浸聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)和接(jie)觸聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)，水(shui)浸聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)以水(shui)為(wei)介質進行耦合，探(tan)(tan)頭(tou)與工(gong)件(jian)不(bu)直(zhi)接(jie)接(jie)觸。接(jie)觸聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)是(shi)探(tan)(tan)頭(tou)與工(gong)件(jian)通過薄層(ceng)耦合介質接(jie)觸。按接(jie)觸聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)方式(shi)不(bu)同又分為(wei)透鏡式(shi)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)、反射(she)式(shi)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)和曲(qu)面晶片式(shi)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)頭(tou)。
