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. 超聲波換能器(qi)的基本構(gou)造
超聲(sheng)波換能器由壓(ya)電晶片、保護膜(mo)、吸(xi)收塊和外(wai)殼等組成。
a. 壓(ya)電(dian)晶片
壓(ya)電(dian)(dian)(dian)晶(jing)(jing)片具有壓(ya)電(dian)(dian)(dian)效應，它的作(zuo)用(yong)是發射(she)和接(jie)收超聲波，實現(xian)電(dian)(dian)(dian)能與(yu)聲能的轉換。由壓(ya)電(dian)(dian)(dian)材料制(zhi)成(cheng)，分為單(dan)晶(jing)(jing)與(yu)雙(shuang)晶(jing)(jing)。晶(jing)(jing)片的兩個表面(mian)都有銀層(ceng)作(zuo)為電(dian)(dian)(dian)極，“一”極引出的導線接(jie)發射(she)端，“＋”極接(jie)地。常見壓(ya)電(dian)(dian)(dian)材料與(yu)探頭代號見表3.2。
b. 保護(hu)膜
保(bao)護(hu)膜的(de)基(ji)本功能(neng)是保(bao)護(hu)壓電晶片不致(zhi)磨損。保(bao)護(hu)膜分為硬(ying)、軟兩(liang)類。硬(ying)保(bao)護(hu)膜主要用于(yu)(yu)對(dui)表面光潔(jie)度(du)(du)較高(gao)(gao)、表面平整工件進行檢(jian)測。硬(ying)保(bao)護(hu)膜被用于(yu)(yu)粗(cu)糙表面檢(jian)測時，聲(sheng)能(neng)的(de)損失達20~30 dB.軟保(bao)護(hu)膜可用于(yu)(yu)表面光潔(jie)度(du)(du)較低或(huo)有一(yi)定曲率的(de)工件探傷。軟保(bao)護(hu)膜通常含有聚氨酯軟塑料等，因此可以改善聲(sheng)能(neng)耦合，提高(gao)(gao)聲(sheng)能(neng)傳遞效率，并且檢(jian)測結果的(de)重復性好，磨損后易于(yu)(yu)更換。軟保(bao)護(hu)膜對(dui)聲(sheng)能(neng)的(de)損失為6~7dB.保(bao)護(hu)膜材(cai)料應耐磨，衰減小，厚度(du)(du)適當。
c. 吸收(shou)塊
吸(xi)收塊(kuai)附(fu)著在壓(ya)電晶片上，對壓(ya)電晶片的震動(dong)進行阻(zu)尼，故又稱阻(zu)尼塊(kuai)。由于晶片共(gong)振(zhen)周(zhou)期過大(da)會導致脈沖(chong)(chong)變寬、盲區增大(da)、因此，使(shi)用阻(zu)尼塊(kuai)會使(shi)得(de)晶片起振(zhen)后盡快地停下來，從而使(shi)得(de)脈沖(chong)(chong)寬度變小，分辨率提高(gao)。吸(xi)收塊(kuai)的聲阻(zu)抗(kang)(kang)應該盡量(liang)接近(jin)壓(ya)電晶片的聲阻(zu)抗(kang)(kang)。
d. 外殼
由金屬(shu)或者(zhe)塑(su)料(liao)制成(cheng)，并裝有小電纜(lan)連(lian)接器插頭(tou)。主要作用就是保(bao)護以(yi)上(shang)探頭(tou)組成(cheng)部分。
2. 幾種常(chang)用的(de)超聲(sheng)波換能(neng)器
圖3.4為換能(neng)器的(de)(de)基本(ben)構(gou)造。超聲波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)傷采用多種探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)形狀(zhuang)，根據不同的(de)(de)波(bo)(bo)形可分(fen)為縱波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、橫(heng)波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、表面(mian)波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等。根據耦合(he)方式(shi)的(de)(de)不同進行分(fen)類(lei)：接觸式(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和(he)液(ye)浸(jin)式(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根據波(bo)(bo)束的(de)(de)不同分(fen)為聚焦(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和(he)非聚焦(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根據晶片(pian)的(de)(de)數量，可分(fen)為單晶探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與雙(shuang)晶探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。此外(wai)還有根據實際生產需要(yao)所發明的(de)(de)高溫探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等特殊探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。下面(mian)簡單介(jie)紹幾種常用的(de)(de)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。
a. 直探頭（縱波探頭）
直探(tan)頭(tou)用(yong)于發射和接受縱波(bo)，所以又稱為縱波(bo)探(tan)頭(tou)。直探(tan)頭(tou)主(zhu)要用(yong)于與探(tan)測平面平行(xing)的缺陷探(tan)測，如鋼板。
b. 斜(xie)探頭(tou)（橫波(bo)探頭(tou)）
使聲(sheng)束通過(guo)斜楔塊與(yu)工件(jian)表面成(cheng)一(yi)定角度射入工件(jian)的(de)探頭稱為(wei)斜探頭。它可以發射和接(jie)收橫(heng)(heng)波，因此又稱為(wei)橫(heng)(heng)波探頭。主(zhu)要用于檢測焊(han)縫、鋼管等與(yu)檢測表面垂直(zhi)或(huo)成(cheng)一(yi)定角度的(de)缺(que)陷。
c. 雙晶探頭(tou)（分割探頭(tou)）
雙晶探(tan)頭(tou)有兩塊壓(ya)電(dian)晶片，一個(ge)用來發射(she)超聲波，另一個(ge)用來接(jie)收超聲波。根據人射(she)角(jiao)aL不(bu)同(tong)，分為雙晶縱波探(tan)頭(tou)（aL<aI)和(he)雙晶橫波探(tan)頭(tou)（aL=aI~aII).雙晶探(tan)頭(tou)基(ji)本構造如(ru)圖(tu)3.5所示。
d. 聚(ju)焦(jiao)探頭
超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)聚焦(jiao)探頭是把(ba)壓電晶片（換能器）產生的(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)能量聚焦(jiao)成(cheng)一條線狀或一個點狀的(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)束(shu)。在焦(jiao)點處，聲(sheng)(sheng)波(bo)能量集中，提高了探傷(shang)的(de)靈敏(min)度和分辨率(lv)。它適合(he)用于小直徑圓棒、管材的(de)探傷(shang)。并在冶金、航(hang)空等(deng)工(gong)業部(bu)門(men)的(de)應(ying)用也頗為廣泛。聚焦(jiao)式探頭構造組成(cheng)如圖3.6所示。
根(gen)據聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)原理(li)，聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)(tou)可分為點(dian)(dian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)和(he)(he)線聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)(tou)。點(dian)(dian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)的(de)理(li)想焦(jiao)點(dian)(dian)是(shi)聲透(tou)(tou)鏡(jing)為球面(mian)(mian)的(de)一點(dian)(dian)，線聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)的(de)理(li)想焦(jiao)點(dian)(dian)是(shi)聲透(tou)(tou)鏡(jing)為圓柱體的(de)直線。根(gen)據耦合(he)條件(jian)(jian)的(de)不同，可分為水浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)和(he)(he)接(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)，水浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)以水為介質進行(xing)耦合(he)，探(tan)頭(tou)(tou)與(yu)工件(jian)(jian)不直接(jie)接(jie)觸(chu)。接(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)是(shi)探(tan)頭(tou)(tou)與(yu)工件(jian)(jian)通過薄層(ceng)耦合(he)介質接(jie)觸(chu)。按接(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)方式(shi)(shi)不同又分為透(tou)(tou)鏡(jing)式(shi)(shi)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)(tou)、反射式(shi)(shi)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)(tou)和(he)(he)曲面(mian)(mian)晶(jing)片(pian)式(shi)(shi)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)探(tan)頭(tou)(tou)。
