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. 超聲波換能器的基(ji)本構造(zao)

超聲波(bo)換能器由(you)壓電晶片、保護膜、吸收塊(kuai)和外殼等組成。

 a. 壓電晶片(pian)

  壓(ya)(ya)電(dian)晶(jing)片(pian)具有(you)壓(ya)(ya)電(dian)效應，它的(de)作(zuo)用是(shi)發射和(he)接(jie)收(shou)超聲波，實現電(dian)能(neng)與聲能(neng)的(de)轉換。由壓(ya)(ya)電(dian)材料制成，分為單晶(jing)與雙晶(jing)。晶(jing)片(pian)的(de)兩個表(biao)面都有(you)銀層作(zuo)為電(dian)極，“一”極引出的(de)導線接(jie)發射端，“＋”極接(jie)地(di)。常(chang)見(jian)(jian)壓(ya)(ya)電(dian)材料與探(tan)頭代號見(jian)(jian)表(biao)3.2。

 b. 保護膜

  保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)基本功能(neng)是保(bao)護(hu)(hu)(hu)壓電晶片(pian)不致磨(mo)損(sun)(sun)。保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)分(fen)為(wei)硬(ying)、軟(ruan)(ruan)兩類。硬(ying)保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)主要用(yong)于對(dui)表(biao)(biao)面(mian)光潔度較高(gao)、表(biao)(biao)面(mian)平整工件進行(xing)檢測(ce)(ce)。硬(ying)保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)被(bei)用(yong)于粗糙(cao)表(biao)(biao)面(mian)檢測(ce)(ce)時(shi)，聲能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)(sun)失達20~30 dB.軟(ruan)(ruan)保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)可用(yong)于表(biao)(biao)面(mian)光潔度較低(di)或(huo)有(you)一定曲率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)工件探傷。軟(ruan)(ruan)保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)通(tong)常含(han)有(you)聚氨酯軟(ruan)(ruan)塑料(liao)等(deng)，因此可以改(gai)善(shan)聲能(neng)耦(ou)合，提高(gao)聲能(neng)傳遞效率(lv)，并且檢測(ce)(ce)結果的(de)(de)(de)(de)(de)重復性好，磨(mo)損(sun)(sun)后易(yi)于更換。軟(ruan)(ruan)保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)對(dui)聲能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)(sun)失為(wei)6~7dB.保(bao)護(hu)(hu)(hu)膜(mo)(mo)(mo)材料(liao)應耐(nai)磨(mo)，衰(shuai)減小，厚度適當。

 c. 吸收塊

 吸收塊附著在壓電晶(jing)片(pian)上，對壓電晶(jing)片(pian)的震動進行阻尼(ni)(ni)，故(gu)又稱(cheng)阻尼(ni)(ni)塊。由于晶(jing)片(pian)共振周期過大(da)會(hui)導致(zhi)脈(mo)沖變寬、盲(mang)區增(zeng)大(da)、因此，使用阻尼(ni)(ni)塊會(hui)使得(de)晶(jing)片(pian)起振后盡快地停下來，從而使得(de)脈(mo)沖寬度變小(xiao)，分辨(bian)率(lv)提高(gao)。吸收塊的聲阻抗應該(gai)盡量接近壓電晶(jing)片(pian)的聲阻抗。

 d. 外(wai)殼

 由(you)金(jin)屬(shu)或(huo)者塑料制成(cheng)，并(bing)裝有小電纜連接(jie)器插(cha)頭。主(zhu)要(yao)作用就是保護以上探頭組成(cheng)部分。

2. 幾(ji)種常用的超聲波換(huan)能器

  圖3.4為(wei)換(huan)能器的(de)(de)(de)基本(ben)構造。超(chao)聲波(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)傷采(cai)用(yong)多(duo)種(zhong)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)形狀，根(gen)(gen)據不同的(de)(de)(de)波(bo)形可分(fen)(fen)為(wei)縱波(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、橫波(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)、表(biao)面波(bo)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)等(deng)。根(gen)(gen)據耦(ou)合方式(shi)的(de)(de)(de)不同進行分(fen)(fen)類：接觸(chu)式(shi)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和液(ye)浸式(shi)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。根(gen)(gen)據波(bo)束的(de)(de)(de)不同分(fen)(fen)為(wei)聚焦(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和非聚焦(jiao)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。根(gen)(gen)據晶片(pian)的(de)(de)(de)數量(liang)，可分(fen)(fen)為(wei)單(dan)晶探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)與雙晶探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。此外還有根(gen)(gen)據實際生(sheng)產需(xu)要所發明的(de)(de)(de)高(gao)溫探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)等(deng)特殊探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。下面簡單(dan)介紹幾種(zhong)常用(yong)的(de)(de)(de)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。

 a. 直探頭（縱波探頭）

  直(zhi)探頭(tou)用于(yu)發射和接(jie)受縱波(bo)，所(suo)以又稱為縱波(bo)探頭(tou)。直(zhi)探頭(tou)主要(yao)用于(yu)與探測(ce)平面(mian)平行的缺陷(xian)探測(ce)，如鋼板(ban)。

 b. 斜探頭（橫(heng)波探頭）

  使聲束通過(guo)斜(xie)(xie)楔塊(kuai)與(yu)(yu)工件表面成(cheng)(cheng)一定角(jiao)度射(she)入工件的(de)(de)探頭(tou)稱為斜(xie)(xie)探頭(tou)。它(ta)可以發射(she)和接收橫波，因此又(you)稱為橫波探頭(tou)。主要用于(yu)檢測焊縫、鋼管等與(yu)(yu)檢測表面垂直或成(cheng)(cheng)一定角(jiao)度的(de)(de)缺陷。

 c. 雙晶探(tan)頭（分割探(tan)頭）

  雙(shuang)(shuang)晶(jing)探頭有兩塊(kuai)壓電晶(jing)片，一個用來(lai)發射超(chao)聲波(bo)(bo)(bo)，另(ling)一個用來(lai)接收超(chao)聲波(bo)(bo)(bo)。根據人射角aL不同(tong)，分為雙(shuang)(shuang)晶(jing)縱波(bo)(bo)(bo)探頭（aL<aI)和(he)雙(shuang)(shuang)晶(jing)橫波(bo)(bo)(bo)探頭（aL=aI~aII).雙(shuang)(shuang)晶(jing)探頭基本構造(zao)如(ru)圖3.5所示。

d. 聚焦探(tan)頭

  超聲波聚焦探頭是(shi)把壓電晶(jing)片（換能器(qi)）產生的超聲波能量聚焦成一(yi)條線狀(zhuang)或(huo)一(yi)個(ge)點(dian)狀(zhuang)的超聲束。在焦點(dian)處，聲波能量集(ji)中，提高(gao)了(le)探傷(shang)的靈敏度和(he)分辨率。它(ta)適合用于小直徑圓棒(bang)、管材的探傷(shang)。并在冶金、航空(kong)等工業(ye)部門的應(ying)用也頗為廣泛。聚焦式(shi)探頭構造組(zu)成如圖3.6所(suo)示。

  根(gen)據聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)原理(li)，聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)可(ke)分(fen)(fen)(fen)為點聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)和線聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)。點聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)理(li)想焦(jiao)(jiao)點是聲透(tou)鏡(jing)為球面的(de)一點，線聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)的(de)理(li)想焦(jiao)(jiao)點是聲透(tou)鏡(jing)為圓柱(zhu)體的(de)直(zhi)線。根(gen)據耦(ou)合(he)條件(jian)(jian)的(de)不(bu)同，可(ke)分(fen)(fen)(fen)為水浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)和接(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)，水浸聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)以水為介質(zhi)進行耦(ou)合(he)，探頭(tou)(tou)與(yu)工件(jian)(jian)不(bu)直(zhi)接(jie)接(jie)觸(chu)。接(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)是探頭(tou)(tou)與(yu)工件(jian)(jian)通過薄層(ceng)耦(ou)合(he)介質(zhi)接(jie)觸(chu)。按接(jie)觸(chu)聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)方式不(bu)同又(you)分(fen)(fen)(fen)為透(tou)鏡(jing)式聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)、反射式聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)和曲(qu)面晶(jing)片(pian)式聚(ju)(ju)(ju)(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)探頭(tou)(tou)。