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)聲波換能(neng)器的基本構造
超聲(sheng)波換能器由壓電晶片、保(bao)護(hu)膜、吸收塊(kuai)和外殼等組成。
a. 壓電(dian)晶(jing)片
壓(ya)電(dian)(dian)晶片(pian)(pian)具有(you)壓(ya)電(dian)(dian)效應，它的作用是發射(she)和接收(shou)超聲波(bo)，實現電(dian)(dian)能(neng)與聲能(neng)的轉(zhuan)換。由壓(ya)電(dian)(dian)材料制成，分為單晶與雙(shuang)晶。晶片(pian)(pian)的兩個(ge)表(biao)面都有(you)銀(yin)層作為電(dian)(dian)極(ji)(ji)，“一”極(ji)(ji)引出的導線接發射(she)端，“＋”極(ji)(ji)接地(di)。常見壓(ya)電(dian)(dian)材料與探頭代號見表(biao)3.2。
b. 保(bao)護膜(mo)
保護膜(mo)的基本功能是保護壓電晶片不致磨(mo)(mo)損。保護膜(mo)分(fen)為(wei)硬(ying)、軟(ruan)(ruan)(ruan)兩類(lei)。硬(ying)保護膜(mo)主要用(yong)于對表面光潔度較(jiao)高、表面平整工(gong)件(jian)進行檢測。硬(ying)保護膜(mo)被用(yong)于粗糙表面檢測時，聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)能的損失達20~30 dB.軟(ruan)(ruan)(ruan)保護膜(mo)可(ke)用(yong)于表面光潔度較(jiao)低或有(you)一定曲率的工(gong)件(jian)探傷(shang)。軟(ruan)(ruan)(ruan)保護膜(mo)通常含有(you)聚(ju)氨酯軟(ruan)(ruan)(ruan)塑料等，因此可(ke)以改善聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)能耦合，提(ti)高聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)能傳(chuan)遞效率，并且檢測結果(guo)的重復性好，磨(mo)(mo)損后易于更換。軟(ruan)(ruan)(ruan)保護膜(mo)對聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)能的損失為(wei)6~7dB.保護膜(mo)材料應(ying)耐磨(mo)(mo)，衰減小(xiao)，厚度適當。
c. 吸收(shou)塊
吸(xi)收(shou)塊(kuai)附(fu)著(zhu)在壓(ya)電晶(jing)片上，對壓(ya)電晶(jing)片的震動進行阻(zu)尼，故又稱阻(zu)尼塊(kuai)。由于(yu)晶(jing)片共(gong)振周期過大會導致脈(mo)沖變寬(kuan)、盲區增大、因此，使(shi)用阻(zu)尼塊(kuai)會使(shi)得晶(jing)片起振后盡(jin)快地停下來，從而使(shi)得脈(mo)沖寬(kuan)度變小，分辨(bian)率(lv)提(ti)高。吸(xi)收(shou)塊(kuai)的聲阻(zu)抗應該盡(jin)量接近壓(ya)電晶(jing)片的聲阻(zu)抗。
d. 外殼
由金(jin)屬或(huo)者塑料(liao)制成，并裝有小電纜連接器插頭(tou)。主(zhu)要作用(yong)就是保護(hu)以(yi)上探頭(tou)組成部分。
2. 幾種常(chang)用的超聲波換能器
圖3.4為(wei)換能器的(de)(de)基本構造。超聲波(bo)探(tan)傷(shang)采用多種(zhong)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)形狀，根據(ju)不(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)波(bo)形可(ke)分(fen)為(wei)縱波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、橫波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、表(biao)面(mian)波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)等(deng)。根據(ju)耦合(he)方式的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)進行分(fen)類：接觸式探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和液(ye)浸式探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。根據(ju)波(bo)束的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)分(fen)為(wei)聚焦探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和非聚焦探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。根據(ju)晶片的(de)(de)數量，可(ke)分(fen)為(wei)單(dan)晶探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)與雙(shuang)晶探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。此(ci)外(wai)還有根據(ju)實(shi)際生(sheng)產需要(yao)所(suo)發明(ming)的(de)(de)高溫(wen)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)，微型探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)等(deng)特殊(shu)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。下(xia)面(mian)簡單(dan)介紹(shao)幾種(zhong)常用的(de)(de)探(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。
a. 直探(tan)頭（縱波探(tan)頭）
直探(tan)(tan)頭(tou)(tou)用于發射和接受(shou)縱(zong)波，所以又稱為縱(zong)波探(tan)(tan)頭(tou)(tou)。直探(tan)(tan)頭(tou)(tou)主要用于與探(tan)(tan)測平面平行的(de)缺(que)陷探(tan)(tan)測，如鋼板。
b. 斜探(tan)頭（橫波(bo)探(tan)頭）
使聲束(shu)通過斜楔塊(kuai)與工(gong)件表(biao)面(mian)成一(yi)定角(jiao)度射入工(gong)件的(de)探(tan)(tan)頭稱為斜探(tan)(tan)頭。它可以(yi)發射和接(jie)收橫波，因此又稱為橫波探(tan)(tan)頭。主要用于檢測(ce)焊縫、鋼(gang)管等與檢測(ce)表(biao)面(mian)垂直或成一(yi)定角(jiao)度的(de)缺陷。
c. 雙晶探(tan)頭(tou)（分(fen)割探(tan)頭(tou)）
雙(shuang)晶探(tan)頭有兩塊(kuai)壓(ya)電晶片，一(yi)個用來發射超(chao)聲波(bo)，另一(yi)個用來接收超(chao)聲波(bo)。根據人射角(jiao)aL不同，分為(wei)雙(shuang)晶縱波(bo)探(tan)頭（aL<aI)和雙(shuang)晶橫(heng)波(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)焦探頭
超(chao)聲波聚焦探(tan)頭是把壓電晶片(pian)（換能(neng)器）產生(sheng)的超(chao)聲波能(neng)量聚焦成一(yi)條(tiao)線狀或一(yi)個點狀的超(chao)聲束。在(zai)焦點處，聲波能(neng)量集中，提高(gao)了(le)探(tan)傷(shang)的靈敏度和分辨率。它適合用(yong)于小直徑圓棒、管材(cai)的探(tan)傷(shang)。并在(zai)冶金(jin)、航(hang)空等工業(ye)部門的應(ying)用(yong)也頗為廣泛。聚焦式探(tan)頭構造組成如圖3.6所示(shi)。
根(gen)據聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)原理(li)，聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)可(ke)分(fen)(fen)為點(dian)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和線(xian)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。點(dian)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的理(li)想焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)是聲(sheng)透鏡為球(qiu)面的一點(dian)，線(xian)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的理(li)想焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點(dian)是聲(sheng)透鏡為圓柱體的直線(xian)。根(gen)據耦合(he)(he)條件的不同，可(ke)分(fen)(fen)為水浸(jin)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和接(jie)觸聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)，水浸(jin)聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)以水為介質(zhi)進行(xing)耦合(he)(he)，探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與(yu)工(gong)件不直接(jie)接(jie)觸。接(jie)觸聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)是探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與(yu)工(gong)件通過(guo)薄層耦合(he)(he)介質(zhi)接(jie)觸。按接(jie)觸聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)方式不同又分(fen)(fen)為透鏡式聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、反射式聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和曲面晶片式聚(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。
