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(huan)能器由壓電晶片、保(bao)護膜(mo)、吸(xi)收(shou)塊和外殼等(deng)組成(cheng)。

 a. 壓電晶片

  壓(ya)電晶(jing)片具有壓(ya)電效應，它的(de)(de)作(zuo)用是發射和接(jie)收超聲波，實現電能與(yu)聲能的(de)(de)轉換。由壓(ya)電材料制成(cheng)，分(fen)為(wei)單晶(jing)與(yu)雙晶(jing)。晶(jing)片的(de)(de)兩個表面都(dou)有銀層作(zuo)為(wei)電極，“一(yi)”極引出的(de)(de)導(dao)線接(jie)發射端，“＋”極接(jie)地。常見(jian)壓(ya)電材料與(yu)探頭(tou)代號見(jian)表3.2。

 b. 保(bao)護膜

  保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)的(de)基(ji)本功(gong)能(neng)是保(bao)(bao)護(hu)(hu)壓(ya)電晶片不致(zhi)磨損。保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)分為硬、軟(ruan)兩類。硬保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)主要用于對表(biao)面光潔(jie)度(du)較高(gao)、表(biao)面平整工件進行檢(jian)(jian)測。硬保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)被(bei)用于粗糙表(biao)面檢(jian)(jian)測時，聲(sheng)能(neng)的(de)損失達20~30 dB.軟(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)可用于表(biao)面光潔(jie)度(du)較低或(huo)有(you)一定(ding)曲率的(de)工件探傷。軟(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)通常含有(you)聚氨(an)酯軟(ruan)塑(su)料等(deng)，因此可以改善(shan)聲(sheng)能(neng)耦合，提高(gao)聲(sheng)能(neng)傳遞效率，并且檢(jian)(jian)測結果的(de)重復(fu)性(xing)好，磨損后易于更換。軟(ruan)保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)對聲(sheng)能(neng)的(de)損失為6~7dB.保(bao)(bao)護(hu)(hu)膜(mo)材料應耐磨，衰減小，厚度(du)適(shi)當。

 c. 吸收塊

 吸收塊(kuai)附(fu)著在壓電(dian)晶(jing)(jing)片(pian)上，對壓電(dian)晶(jing)(jing)片(pian)的(de)震(zhen)動進行阻(zu)(zu)尼，故又稱阻(zu)(zu)尼塊(kuai)。由于(yu)晶(jing)(jing)片(pian)共振周期(qi)過大會(hui)導致脈(mo)沖變寬、盲區增(zeng)大、因此，使用阻(zu)(zu)尼塊(kuai)會(hui)使得晶(jing)(jing)片(pian)起振后盡快地停(ting)下來，從(cong)而使得脈(mo)沖寬度變小，分(fen)辨率提高。吸收塊(kuai)的(de)聲(sheng)阻(zu)(zu)抗(kang)應該(gai)盡量(liang)接近壓電(dian)晶(jing)(jing)片(pian)的(de)聲(sheng)阻(zu)(zu)抗(kang)。

 d. 外(wai)殼

 由(you)金屬或者塑料制(zhi)成，并(bing)裝有小電纜連接器插頭。主要作用就是保護以(yi)上(shang)探(tan)頭組成部(bu)分。

2. 幾種常(chang)用的超聲(sheng)波換(huan)能器

  圖3.4為(wei)換能器(qi)的(de)基本(ben)構(gou)造(zao)。超聲波(bo)探(tan)(tan)(tan)傷采(cai)用多(duo)種探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)形狀，根(gen)(gen)據(ju)不同的(de)波(bo)形可分(fen)為(wei)縱波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、橫波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、表面波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等。根(gen)(gen)據(ju)耦(ou)合方式(shi)的(de)不同進行分(fen)類：接觸式(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和(he)液浸式(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根(gen)(gen)據(ju)波(bo)束的(de)不同分(fen)為(wei)聚焦探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和(he)非(fei)聚焦探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。根(gen)(gen)據(ju)晶(jing)片的(de)數量，可分(fen)為(wei)單晶(jing)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與雙晶(jing)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。此外還有根(gen)(gen)據(ju)實際生(sheng)產需要所發明(ming)的(de)高溫探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)，微(wei)型(xing)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)等特殊探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。下面簡單介紹幾(ji)種常用的(de)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。

 a. 直探(tan)頭(tou)（縱波探(tan)頭(tou)）

  直(zhi)探(tan)頭用于發射(she)和接(jie)受縱(zong)波，所以(yi)又(you)稱為縱(zong)波探(tan)頭。直(zhi)探(tan)頭主要(yao)用于與探(tan)測平面(mian)平行的缺陷探(tan)測，如(ru)鋼板。

 b. 斜探(tan)頭(tou)（橫(heng)波探(tan)頭(tou)）

  使聲束(shu)通(tong)過斜楔塊與(yu)工件(jian)表面成一定(ding)角度(du)射入工件(jian)的探(tan)頭稱為斜探(tan)頭。它(ta)可以發(fa)射和(he)接收橫(heng)波，因此又稱為橫(heng)波探(tan)頭。主要用于檢(jian)測(ce)焊縫、鋼(gang)管等與(yu)檢(jian)測(ce)表面垂直或成一定(ding)角度(du)的缺(que)陷。

 c. 雙晶探(tan)(tan)頭（分割探(tan)(tan)頭）

  雙(shuang)晶(jing)(jing)探頭(tou)有(you)兩塊壓電晶(jing)(jing)片，一個(ge)用來(lai)發射超聲(sheng)波(bo)，另(ling)一個(ge)用來(lai)接(jie)收超聲(sheng)波(bo)。根據人射角aL不(bu)同(tong)，分為雙(shuang)晶(jing)(jing)縱波(bo)探頭(tou)（aL<aI)和雙(shuang)晶(jing)(jing)橫(heng)波(bo)探頭(tou)（aL=aI~aII).雙(shuang)晶(jing)(jing)探頭(tou)基(ji)本構造如(ru)圖3.5所示。

d. 聚(ju)焦探頭

  超聲(sheng)(sheng)波聚焦探頭(tou)是把(ba)壓電晶(jing)片(pian)（換能器）產生的(de)超聲(sheng)(sheng)波能量聚焦成(cheng)一(yi)條線狀或一(yi)個點狀的(de)超聲(sheng)(sheng)束(shu)。在(zai)焦點處，聲(sheng)(sheng)波能量集中，提(ti)高了探傷的(de)靈敏度和分(fen)辨率。它適(shi)合(he)用(yong)于小直徑圓棒、管材的(de)探傷。并(bing)在(zai)冶金、航空等工(gong)業部門(men)的(de)應用(yong)也(ye)頗為廣泛。聚焦式(shi)探頭(tou)構造組成(cheng)如圖3.6所示。

  根據(ju)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)原理，聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)可分為點聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)和線(xian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)。點聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想(xiang)焦(jiao)(jiao)(jiao)點是聲透鏡(jing)為球面的(de)一點，線(xian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理想(xiang)焦(jiao)(jiao)(jiao)點是聲透鏡(jing)為圓柱體的(de)直線(xian)。根據(ju)耦(ou)合(he)(he)條(tiao)件的(de)不同，可分為水(shui)(shui)浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)和接(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)，水(shui)(shui)浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)以(yi)水(shui)(shui)為介(jie)質進行耦(ou)合(he)(he)，探頭(tou)(tou)與(yu)工件不直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)。接(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)是探頭(tou)(tou)與(yu)工件通過薄(bo)層(ceng)耦(ou)合(he)(he)介(jie)質接(jie)(jie)觸(chu)(chu)。按(an)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)方式不同又(you)分為透鏡(jing)式聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)、反射(she)式聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)和曲面晶片式聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)。