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(zao)
超聲波(bo)換(huan)能器(qi)由壓電晶片、保護膜(mo)、吸收塊和外殼等組成。
a. 壓電晶片
壓(ya)電(dian)(dian)晶片具有壓(ya)電(dian)(dian)效應，它(ta)的作用是發(fa)(fa)射和接收超聲波，實現(xian)電(dian)(dian)能與(yu)聲能的轉(zhuan)換。由(you)壓(ya)電(dian)(dian)材料制成，分為單晶與(yu)雙晶。晶片的兩個表面都有銀層作為電(dian)(dian)極，“一”極引出(chu)的導線接發(fa)(fa)射端，“＋”極接地。常見(jian)壓(ya)電(dian)(dian)材料與(yu)探頭代(dai)號(hao)見(jian)表3.2。
b. 保護膜
保(bao)護(hu)膜(mo)(mo)的基本功能(neng)是保(bao)護(hu)壓電晶片(pian)不致磨損。保(bao)護(hu)膜(mo)(mo)分(fen)為硬(ying)、軟(ruan)兩類。硬(ying)保(bao)護(hu)膜(mo)(mo)主要用(yong)于對表(biao)(biao)面(mian)光潔(jie)度較(jiao)高(gao)、表(biao)(biao)面(mian)平整工件(jian)進行檢測(ce)。硬(ying)保(bao)護(hu)膜(mo)(mo)被用(yong)于粗糙表(biao)(biao)面(mian)檢測(ce)時，聲(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)的損失達(da)20~30 dB.軟(ruan)保(bao)護(hu)膜(mo)(mo)可(ke)用(yong)于表(biao)(biao)面(mian)光潔(jie)度較(jiao)低或有(you)一定曲率的工件(jian)探傷。軟(ruan)保(bao)護(hu)膜(mo)(mo)通(tong)常(chang)含有(you)聚(ju)氨酯(zhi)軟(ruan)塑料等，因此可(ke)以(yi)改善聲(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)耦合，提高(gao)聲(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)傳遞效率，并(bing)且檢測(ce)結果的重復性好，磨損后(hou)易于更換。軟(ruan)保(bao)護(hu)膜(mo)(mo)對聲(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)的損失為6~7dB.保(bao)護(hu)膜(mo)(mo)材料應(ying)耐(nai)磨，衰減小(xiao)，厚度適當。
c. 吸收(shou)塊
吸收(shou)塊(kuai)(kuai)附著(zhu)在壓(ya)電(dian)晶片(pian)(pian)上，對(dui)壓(ya)電(dian)晶片(pian)(pian)的(de)震(zhen)動(dong)進行(xing)阻尼，故又稱阻尼塊(kuai)(kuai)。由于晶片(pian)(pian)共振(zhen)周期(qi)過(guo)大會導致脈沖變(bian)寬、盲區增大、因(yin)此，使用阻尼塊(kuai)(kuai)會使得晶片(pian)(pian)起(qi)振(zhen)后盡快地(di)停下來(lai)，從(cong)而使得脈沖寬度變(bian)小，分辨率提高。吸收(shou)塊(kuai)(kuai)的(de)聲阻抗應該(gai)盡量接近(jin)壓(ya)電(dian)晶片(pian)(pian)的(de)聲阻抗。
d. 外(wai)殼
由金(jin)屬(shu)或者塑料制成，并裝有(you)小電纜(lan)連(lian)接器插頭(tou)。主要作(zuo)用(yong)就是保(bao)護以(yi)上探頭(tou)組成部分。
2. 幾種常用的超聲波換能(neng)器
圖3.4為換(huan)能器(qi)的(de)基本構造(zao)。超聲波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)傷采用(yong)多種探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)形(xing)狀，根(gen)(gen)據(ju)不同的(de)波(bo)(bo)形(xing)可分為縱(zong)波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)、橫波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)、表(biao)面波(bo)(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)等(deng)。根(gen)(gen)據(ju)耦合方式的(de)不同進行分類(lei)：接觸式探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)和(he)液浸(jin)式探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。根(gen)(gen)據(ju)波(bo)(bo)束的(de)不同分為聚焦(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(ju)晶片(pian)的(de)數量，可分為單晶探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)與(yu)雙晶探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。此外(wai)還有根(gen)(gen)據(ju)實際(ji)生產需要所發明的(de)高(gao)溫探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)等(deng)特殊探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。下面簡單介紹(shao)幾種常用(yong)的(de)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。
a. 直探(tan)頭（縱波探(tan)頭）
直探(tan)頭(tou)(tou)用(yong)于發(fa)射(she)和接受縱波，所以又稱為縱波探(tan)頭(tou)(tou)。直探(tan)頭(tou)(tou)主(zhu)要用(yong)于與探(tan)測平面平行的缺陷(xian)探(tan)測，如(ru)鋼板(ban)。
b. 斜(xie)探頭（橫(heng)波探頭）
使聲束(shu)通過斜(xie)楔塊與(yu)工件表(biao)面成(cheng)一(yi)定(ding)角(jiao)(jiao)度射入工件的探(tan)頭(tou)(tou)稱為(wei)斜(xie)探(tan)頭(tou)(tou)。它可以發射和接收(shou)橫波(bo)，因此(ci)又(you)稱為(wei)橫波(bo)探(tan)頭(tou)(tou)。主要(yao)用于檢(jian)測焊縫、鋼管等(deng)與(yu)檢(jian)測表(biao)面垂(chui)直或成(cheng)一(yi)定(ding)角(jiao)(jiao)度的缺陷。
c. 雙晶探(tan)頭(tou)（分割探(tan)頭(tou)）
雙(shuang)(shuang)晶(jing)探(tan)(tan)頭有(you)兩塊壓電晶(jing)片，一(yi)個用(yong)來發(fa)射(she)超聲(sheng)波(bo)，另一(yi)個用(yong)來接收(shou)超聲(sheng)波(bo)。根據人(ren)射(she)角aL不同，分為雙(shuang)(shuang)晶(jing)縱波(bo)探(tan)(tan)頭（aL<aI)和(he)雙(shuang)(shuang)晶(jing)橫波(bo)探(tan)(tan)頭（aL=aI~aII).雙(shuang)(shuang)晶(jing)探(tan)(tan)頭基(ji)本構造如圖(tu)3.5所示(shi)。
d. 聚焦(jiao)探頭(tou)
超聲(sheng)波(bo)(bo)聚(ju)焦探(tan)頭是把壓(ya)電晶(jing)片（換能(neng)器）產生(sheng)的(de)超聲(sheng)波(bo)(bo)能(neng)量(liang)聚(ju)焦成一條線狀(zhuang)或一個點(dian)狀(zhuang)的(de)超聲(sheng)束。在焦點(dian)處，聲(sheng)波(bo)(bo)能(neng)量(liang)集中，提高了(le)探(tan)傷的(de)靈敏度和(he)分辨(bian)率。它適(shi)合(he)用(yong)于小直徑圓棒、管材的(de)探(tan)傷。并在冶金、航空等工業部門的(de)應用(yong)也頗為廣泛。聚(ju)焦式探(tan)頭構造(zao)組成如圖3.6所示。
根據聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)原理(li)，聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)可分為(wei)(wei)點(dian)(dian)(dian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)和(he)線(xian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。點(dian)(dian)(dian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)理(li)想焦(jiao)(jiao)點(dian)(dian)(dian)是(shi)(shi)聲(sheng)透鏡(jing)為(wei)(wei)球面(mian)的(de)一(yi)點(dian)(dian)(dian)，線(xian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)理(li)想焦(jiao)(jiao)點(dian)(dian)(dian)是(shi)(shi)聲(sheng)透鏡(jing)為(wei)(wei)圓(yuan)柱體(ti)的(de)直線(xian)。根據耦(ou)合(he)條件的(de)不(bu)同，可分為(wei)(wei)水浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)和(he)接(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)，水浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)以水為(wei)(wei)介(jie)質進行耦(ou)合(he)，探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與(yu)工件不(bu)直接(jie)接(jie)觸(chu)。接(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)是(shi)(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)與(yu)工件通過(guo)薄層耦(ou)合(he)介(jie)質接(jie)觸(chu)。按接(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)方(fang)式不(bu)同又(you)分為(wei)(wei)透鏡(jing)式聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)、反射式聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)和(he)曲面(mian)晶片式聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)。
