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(neng)器的基本構造

超聲(sheng)波換能(neng)器由壓(ya)電晶片、保護膜(mo)、吸(xi)收塊和外(wai)殼(ke)等組成。

 a. 壓電晶片

  壓(ya)電晶片(pian)具有壓(ya)電效應，它的(de)(de)作用(yong)是發射和接收超聲(sheng)波(bo)，實現電能與(yu)聲(sheng)能的(de)(de)轉換(huan)。由壓(ya)電材料制(zhi)成(cheng)，分為單晶與(yu)雙晶。晶片(pian)的(de)(de)兩個表(biao)面都有銀(yin)層作為電極，“一”極引出的(de)(de)導線(xian)接發射端，“＋”極接地。常見壓(ya)電材料與(yu)探頭(tou)代號見表(biao)3.2。

 b. 保護膜

  保(bao)(bao)護(hu)膜(mo)的基(ji)本功能(neng)是保(bao)(bao)護(hu)壓電晶片不致磨(mo)損。保(bao)(bao)護(hu)膜(mo)分(fen)為硬(ying)、軟(ruan)兩類。硬(ying)保(bao)(bao)護(hu)膜(mo)主(zhu)要用(yong)于(yu)對表(biao)(biao)面(mian)(mian)光(guang)潔(jie)度較(jiao)(jiao)高(gao)、表(biao)(biao)面(mian)(mian)平整工(gong)件進(jin)行檢(jian)測(ce)。硬(ying)保(bao)(bao)護(hu)膜(mo)被用(yong)于(yu)粗糙表(biao)(biao)面(mian)(mian)檢(jian)測(ce)時(shi)，聲能(neng)的損失達(da)20~30 dB.軟(ruan)保(bao)(bao)護(hu)膜(mo)可用(yong)于(yu)表(biao)(biao)面(mian)(mian)光(guang)潔(jie)度較(jiao)(jiao)低或有(you)一定曲率(lv)的工(gong)件探傷(shang)。軟(ruan)保(bao)(bao)護(hu)膜(mo)通常含有(you)聚氨酯軟(ruan)塑料(liao)等，因此(ci)可以改善(shan)聲能(neng)耦(ou)合，提高(gao)聲能(neng)傳遞效率(lv)，并且檢(jian)測(ce)結果的重復性(xing)好，磨(mo)損后易于(yu)更換(huan)。軟(ruan)保(bao)(bao)護(hu)膜(mo)對聲能(neng)的損失為6~7dB.保(bao)(bao)護(hu)膜(mo)材料(liao)應耐(nai)磨(mo)，衰(shuai)減小，厚度適當。

 c. 吸(xi)收(shou)塊(kuai)

 吸收塊(kuai)附(fu)著在(zai)壓(ya)電(dian)晶(jing)(jing)片(pian)(pian)上(shang)，對壓(ya)電(dian)晶(jing)(jing)片(pian)(pian)的震(zhen)動進行阻尼，故又稱阻尼塊(kuai)。由于晶(jing)(jing)片(pian)(pian)共振周期過大(da)會導(dao)致脈沖變(bian)寬、盲區增大(da)、因此，使用阻尼塊(kuai)會使得(de)晶(jing)(jing)片(pian)(pian)起振后(hou)盡(jin)快(kuai)地停下(xia)來，從而(er)使得(de)脈沖寬度變(bian)小，分辨率提(ti)高。吸收塊(kuai)的聲阻抗應該盡(jin)量(liang)接近壓(ya)電(dian)晶(jing)(jing)片(pian)(pian)的聲阻抗。

 d. 外(wai)殼

 由金屬或者塑料(liao)制成(cheng)，并裝有小電(dian)纜連接(jie)器插頭(tou)(tou)。主(zhu)要作用(yong)就是(shi)保護以(yi)上探(tan)頭(tou)(tou)組成(cheng)部(bu)分。

2. 幾種(zhong)常用(yong)的超聲波換(huan)能器

  圖(tu)3.4為(wei)換能(neng)器(qi)的(de)基本構造。超聲波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)傷采用多(duo)種探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)形狀，根據(ju)(ju)不(bu)同(tong)的(de)波(bo)(bo)形可分為(wei)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)、表面波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等(deng)。根據(ju)(ju)耦(ou)合(he)方式(shi)的(de)不(bu)同(tong)進(jin)行分類：接觸式(shi)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和液浸(jin)式(shi)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根據(ju)(ju)波(bo)(bo)束的(de)不(bu)同(tong)分為(wei)聚焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和非聚焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根據(ju)(ju)晶(jing)片的(de)數量，可分為(wei)單晶(jing)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與雙晶(jing)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。此(ci)外還有根據(ju)(ju)實際生產(chan)需要所發明(ming)的(de)高溫探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等(deng)特(te)殊探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。下面簡(jian)單介紹幾種常(chang)用的(de)探(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。

 a. 直探(tan)頭（縱波探(tan)頭）

  直(zhi)探(tan)頭用于(yu)發射和(he)接受縱波，所(suo)以又稱為縱波探(tan)頭。直(zhi)探(tan)頭主要用于(yu)與(yu)探(tan)測平面(mian)平行(xing)的缺陷探(tan)測，如(ru)鋼板。

 b. 斜探頭(tou)（橫波探頭(tou)）

  使聲束通過斜(xie)楔塊(kuai)與(yu)工件表面(mian)成(cheng)一定角度(du)射入工件的探頭稱為(wei)斜(xie)探頭。它可以發(fa)射和接收橫波，因此又稱為(wei)橫波探頭。主要用(yong)于檢(jian)(jian)測(ce)(ce)焊(han)縫、鋼管等與(yu)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)表面(mian)垂直(zhi)或(huo)成(cheng)一定角度(du)的缺陷(xian)。

 c. 雙晶探(tan)頭(tou)(tou)（分割探(tan)頭(tou)(tou)）

  雙(shuang)晶探頭有兩塊壓電(dian)晶片，一個用來發(fa)射(she)超聲(sheng)波，另一個用來接收超聲(sheng)波。根據人射(she)角(jiao)aL不同，分為雙(shuang)晶縱波探頭（aL<aI)和雙(shuang)晶橫(heng)波探頭（aL=aI~aII).雙(shuang)晶探頭基本構造如圖3.5所示。

d. 聚焦探頭

  超聲(sheng)波聚(ju)焦探(tan)頭(tou)是(shi)把(ba)壓(ya)電晶片（換能器）產生的超聲(sheng)波能量聚(ju)焦成一條線狀(zhuang)或一個(ge)點狀(zhuang)的超聲(sheng)束。在(zai)焦點處，聲(sheng)波能量集中(zhong)，提高(gao)了探(tan)傷(shang)的靈敏(min)度和分辨率。它適合(he)用于小直徑圓(yuan)棒(bang)、管材的探(tan)傷(shang)。并在(zai)冶金、航空等工業部門的應用也頗為廣泛(fan)。聚(ju)焦式探(tan)頭(tou)構(gou)造組成如(ru)圖3.6所示。

  根(gen)據(ju)(ju)聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)原理，聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)頭可(ke)分(fen)為(wei)點聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)和線聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)頭。點聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想(xiang)焦(jiao)(jiao)(jiao)點是(shi)(shi)聲透(tou)(tou)鏡為(wei)球面(mian)的(de)一(yi)點，線聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想(xiang)焦(jiao)(jiao)(jiao)點是(shi)(shi)聲透(tou)(tou)鏡為(wei)圓柱體的(de)直線。根(gen)據(ju)(ju)耦合條(tiao)件的(de)不同，可(ke)分(fen)為(wei)水浸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)和接(jie)(jie)觸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)，水浸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)以水為(wei)介質進行耦合，探(tan)頭與工件不直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸。接(jie)(jie)觸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)是(shi)(shi)探(tan)頭與工件通過薄(bo)層耦合介質接(jie)(jie)觸。按接(jie)(jie)觸聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)方(fang)式不同又(you)分(fen)為(wei)透(tou)(tou)鏡式聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)頭、反射式聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)頭和曲(qu)面(mian)晶片(pian)式聚(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探(tan)頭。