探傷用的超聲波是一種頻率高達(dá)幾百到上千千赫甚至到幾萬(wàn)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(zhuǎn)換元件，在探傷中起到發(fā)射與接收高頻脈沖彈性波的作用。

1. 超聲波換能器的基本構(gòu)造

超聲波換能器由壓電晶片、保護(hù)膜、吸收塊和外殼等組成。

 a. 壓電晶片

  壓電晶片具有壓電效應(yīng)，它的作用是發(fā)射和接收超聲波，實(shí)現(xiàn)電能與聲能的轉(zhuǎn)換。由壓電材料制成，分為單晶與雙晶。晶片的兩個(gè)表面都有銀層作為電極，“一”極引出的導(dǎo)線(xiàn)接發(fā)射端，“＋”極接地。常見(jiàn)壓電材料與探頭代號(hào)見(jiàn)表3.2。

 b. 保護(hù)膜

  保護(hù)膜的基本功能是保護(hù)壓電晶片不致磨損。保護(hù)膜分為硬、軟兩類(lèi)。硬保護(hù)膜主要用于對(duì)表面光潔度較高、表面平整工件進(jìn)行檢測(cè)。硬保護(hù)膜被用于粗糙表面檢測(cè)時(shí)，聲能的損失達(dá)20~30 dB.軟保護(hù)膜可用于表面光潔度較低或有一定曲率的工件探傷。軟保護(hù)膜通常含有聚氨酯軟塑料等，因此可以改善聲能耦合，提高聲能傳遞效率，并且檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性好，磨損后易于更換。軟保護(hù)膜對(duì)聲能的損失為6~7dB.保護(hù)膜材料應(yīng)耐磨，衰減小，厚度適當(dāng)。

 c. 吸收塊

 吸收塊附著在壓電晶片上，對(duì)壓電晶片的震動(dòng)進(jìn)行阻尼，故又稱(chēng)阻尼塊。由于晶片共振周期過(guò)大會(huì)導(dǎo)致脈沖變寬、盲區(qū)增大、因此，使用阻尼塊會(huì)使得晶片起振后盡快地停下來(lái)，從而使得脈沖寬度變小，分辨率提高。吸收塊的聲阻抗應(yīng)該盡量接近壓電晶片的聲阻抗。

 d. 外殼

 由金屬或者塑料制成，并裝有小電纜連接器插頭。主要作用就是保護(hù)以上探頭組成部分。

2. 幾種常用的超聲波換能器

  圖3.4為換能器的基本構(gòu)造。超聲波探傷采用多種探頭形狀，根據(jù)不同的波形可分為縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭等。根據(jù)耦合方式的不同進(jìn)行分類(lèi)：接觸式探頭和液浸式探頭。根據(jù)波束的不同分為聚焦探頭和非聚焦探頭。根據(jù)晶片的數(shù)量，可分為單晶探頭與雙晶探頭。此外還有根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要所發(fā)明的高溫探頭，微型探頭等特殊探頭。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用的探頭。

 a. 直探頭（縱波探頭）

  直探頭用于發(fā)射和接受縱波，所以又稱(chēng)為縱波探頭。直探頭主要用于與探測(cè)平面平行的缺陷探測(cè)，如鋼板。

 b. 斜探頭（橫波探頭）

  使聲束通過(guò)斜楔塊與工件表面成一定角度射入工件的探頭稱(chēng)為斜探頭。它可以發(fā)射和接收橫波，因此又稱(chēng)為橫波探頭。主要用于檢測(cè)焊縫、鋼管等與檢測(cè)表面垂直或成一定角度的缺陷。

 c. 雙晶探頭（分割探頭）

  雙晶探頭有兩塊壓電晶片，一個(gè)用來(lái)發(fā)射超聲波，另一個(gè)用來(lái)接收超聲波。根據(jù)人射角aL不同，分為雙晶縱波探頭（aL<aI)和雙晶橫波探頭（aL=aI~aII).雙晶探頭基本構(gòu)造如圖3.5所示。

d. 聚焦探頭

  超聲波聚焦探頭是把壓電晶片（換能器）產(chǎn)生的超聲波能量聚焦成一條線(xiàn)狀或一個(gè)點(diǎn)狀的超聲束。在焦點(diǎn)處，聲波能量集中，提高了探傷的靈敏度和分辨率。它適合用于小直徑圓棒、管材的探傷。并在冶金、航空等工業(yè)部門(mén)的應(yīng)用也頗為廣泛。聚焦式探頭構(gòu)造組成如圖3.6所示。

  根據(jù)聚焦原理，聚焦探頭可分為點(diǎn)聚焦和線(xiàn)聚焦探頭。點(diǎn)聚焦的理想焦點(diǎn)是聲透鏡為球面的一點(diǎn)，線(xiàn)聚焦的理想焦點(diǎn)是聲透鏡為圓柱體的直線(xiàn)。根據(jù)耦合條件的不同，可分為水浸聚焦和接觸聚焦，水浸聚焦以水為介質(zhì)進(jìn)行耦合，探頭與工件不直接接觸。接觸聚焦是探頭與工件通過(guò)薄層耦合介質(zhì)接觸。按接觸聚焦方式不同又分為透鏡式聚焦探頭、反射式聚焦探頭和曲面晶片式聚焦探頭。