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)聲波換能器的(de)基本構(gou)造
超聲波換能器(qi)由壓電晶片、保護膜、吸(xi)收塊和外(wai)殼等組成。
a. 壓電晶片
壓(ya)電(dian)晶(jing)(jing)片(pian)具有(you)壓(ya)電(dian)效應，它的(de)(de)作(zuo)用是(shi)發(fa)射(she)和接收超(chao)聲波，實現(xian)電(dian)能(neng)與聲能(neng)的(de)(de)轉換。由壓(ya)電(dian)材料(liao)制成，分為(wei)單晶(jing)(jing)與雙晶(jing)(jing)。晶(jing)(jing)片(pian)的(de)(de)兩個(ge)表面都有(you)銀層作(zuo)為(wei)電(dian)極(ji)，“一”極(ji)引(yin)出的(de)(de)導線接發(fa)射(she)端，“＋”極(ji)接地。常(chang)見壓(ya)電(dian)材料(liao)與探(tan)頭代號見表3.2。
b. 保護膜
保(bao)(bao)護膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)基(ji)本功(gong)能(neng)(neng)是保(bao)(bao)護壓(ya)電(dian)晶片不致(zhi)磨損。保(bao)(bao)護膜(mo)(mo)(mo)分為硬(ying)、軟(ruan)兩類。硬(ying)保(bao)(bao)護膜(mo)(mo)(mo)主要用(yong)(yong)于(yu)對表面光潔(jie)度(du)較高、表面平整工件(jian)進行(xing)檢測。硬(ying)保(bao)(bao)護膜(mo)(mo)(mo)被用(yong)(yong)于(yu)粗糙表面檢測時，聲能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)損失達20~30 dB.軟(ruan)保(bao)(bao)護膜(mo)(mo)(mo)可用(yong)(yong)于(yu)表面光潔(jie)度(du)較低或(huo)有一(yi)定曲率的(de)(de)(de)(de)工件(jian)探傷(shang)。軟(ruan)保(bao)(bao)護膜(mo)(mo)(mo)通常含有聚氨酯軟(ruan)塑(su)料(liao)(liao)等，因(yin)此可以改善聲能(neng)(neng)耦合，提高聲能(neng)(neng)傳(chuan)遞效率，并且檢測結果的(de)(de)(de)(de)重復(fu)性好，磨損后易于(yu)更換。軟(ruan)保(bao)(bao)護膜(mo)(mo)(mo)對聲能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)損失為6~7dB.保(bao)(bao)護膜(mo)(mo)(mo)材料(liao)(liao)應耐磨，衰減小，厚度(du)適當。
c. 吸(xi)收塊
吸(xi)收塊附著在壓電(dian)晶(jing)(jing)片(pian)(pian)上(shang)，對壓電(dian)晶(jing)(jing)片(pian)(pian)的(de)(de)震動進行阻(zu)(zu)尼(ni)，故又稱阻(zu)(zu)尼(ni)塊。由(you)于(yu)晶(jing)(jing)片(pian)(pian)共振周期過大(da)會導(dao)致脈沖變寬、盲(mang)區增大(da)、因此，使用(yong)阻(zu)(zu)尼(ni)塊會使得晶(jing)(jing)片(pian)(pian)起振后(hou)盡快地(di)停下來，從而使得脈沖寬度變小，分辨率提高。吸(xi)收塊的(de)(de)聲阻(zu)(zu)抗應(ying)該盡量接近壓電(dian)晶(jing)(jing)片(pian)(pian)的(de)(de)聲阻(zu)(zu)抗。
d. 外殼
由金屬或者塑料制成(cheng)，并裝有小電纜連接器插頭(tou)。主要(yao)作用就是保護以上探頭(tou)組成(cheng)部(bu)分。
2. 幾種(zhong)常用的超聲波換能器
圖3.4為(wei)換能器(qi)的(de)(de)基本構(gou)造。超聲波(bo)探(tan)(tan)(tan)傷采(cai)用(yong)多(duo)種(zhong)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)形狀，根(gen)(gen)據不同(tong)(tong)的(de)(de)波(bo)形可分(fen)為(wei)縱波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)、橫(heng)波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)、表面(mian)波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)等。根(gen)(gen)據耦合方式(shi)的(de)(de)不同(tong)(tong)進(jin)行分(fen)類：接(jie)觸式(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)和(he)液浸式(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。根(gen)(gen)據波(bo)束的(de)(de)不同(tong)(tong)分(fen)為(wei)聚焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)和(he)非聚焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。根(gen)(gen)據晶(jing)片(pian)的(de)(de)數(shu)量，可分(fen)為(wei)單(dan)晶(jing)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)與雙(shuang)晶(jing)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。此外還(huan)有根(gen)(gen)據實(shi)際生產需要所發明的(de)(de)高溫(wen)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)，微型(xing)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)等特(te)殊探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。下面(mian)簡(jian)單(dan)介紹幾種(zhong)常用(yong)的(de)(de)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。
a. 直探頭(tou)（縱波探頭(tou)）
直探(tan)頭(tou)用(yong)于發射和接受縱波(bo)，所(suo)以又稱為縱波(bo)探(tan)頭(tou)。直探(tan)頭(tou)主要用(yong)于與探(tan)測平面平行的缺陷探(tan)測，如鋼板。
b. 斜探頭（橫波(bo)探頭）
使聲束通過斜(xie)楔塊與工件表(biao)面成(cheng)一定角度(du)射(she)入工件的探頭(tou)稱為斜(xie)探頭(tou)。它可(ke)以發射(she)和接收橫(heng)波(bo)，因此(ci)又稱為橫(heng)波(bo)探頭(tou)。主要用于(yu)檢測焊縫、鋼管等(deng)與檢測表(biao)面垂(chui)直(zhi)或成(cheng)一定角度(du)的缺(que)陷。
c. 雙晶探(tan)頭（分割(ge)探(tan)頭）
雙(shuang)(shuang)(shuang)晶(jing)(jing)探(tan)頭(tou)有兩塊壓電晶(jing)(jing)片，一個用(yong)來(lai)發射超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)，另一個用(yong)來(lai)接收(shou)超聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)。根據人射角aL不同，分為雙(shuang)(shuang)(shuang)晶(jing)(jing)縱波(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)（aL<aI)和雙(shuang)(shuang)(shuang)晶(jing)(jing)橫波(bo)(bo)(bo)探(tan)頭(tou)（aL=aI~aII).雙(shuang)(shuang)(shuang)晶(jing)(jing)探(tan)頭(tou)基本(ben)構造如圖3.5所示。
d. 聚焦(jiao)探頭
超聲(sheng)波(bo)聚焦探(tan)頭(tou)是把壓電晶片（換能(neng)器）產生的超聲(sheng)波(bo)能(neng)量聚焦成一條線狀(zhuang)或一個點狀(zhuang)的超聲(sheng)束(shu)。在(zai)焦點處，聲(sheng)波(bo)能(neng)量集中，提高了探(tan)傷的靈敏度和分辨率。它適合用于小直徑圓棒、管材的探(tan)傷。并在(zai)冶金、航空等工業部門的應用也頗為廣泛。聚焦式探(tan)頭(tou)構造組(zu)成如圖3.6所示。
根據聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)原理(li)，聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)可(ke)分為(wei)點聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和線聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)。點聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理(li)想焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點是聲透鏡為(wei)球(qiu)面的(de)一點，線聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)理(li)想焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)點是聲透鏡為(wei)圓柱體的(de)直(zhi)線。根據耦(ou)合條件(jian)的(de)不同，可(ke)分為(wei)水浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和接(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)，水浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)以(yi)水為(wei)介質(zhi)進行耦(ou)合，探頭(tou)(tou)與工件(jian)不直(zhi)接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)。接(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)是探頭(tou)(tou)與工件(jian)通過薄層(ceng)耦(ou)合介質(zhi)接(jie)(jie)觸(chu)(chu)。按接(jie)(jie)觸(chu)(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)方式不同又分為(wei)透鏡式聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)、反射式聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)和曲面晶(jing)片式聚(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)。
