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物理学专业选修课激光技术与应用 第七章 激光的应用 ——激光在工、农业上的应用 激光在工业上的应用——激光加工 激光在农业上的应用——举例 广西产的沙田柚是盛誉海内外的名果，果肉柔嫩，味甜有蜜味。主要缺点是果内的籽太多，一个果平均有籽140－150粒。 现在，用激光改造了柚子树性能，结的柚子里面含的籽很少，而且有4％的果内一粒籽都没有。果子的肉更甜，含可溶性固性物高达12－14％，比通常的果子含量高2％左右，产量也提高了。平均每棵树可以收400个果，而以前只有150－200个。 不同国家的人，对诸如桔子、柑、橙、苹果等水果的口味要求有些差别，一些国家的人喜欢带点酸味的水果，我国人则多数喜欢甜味比较浓的水果。 现在，利用激光技术也可以“设计”出不同口味要求的桔子树、柑树、橙树和苹果树。 4.2 激光打孔工艺参数的影响 ※ 被加工材料对打孔的影响 ※ 脉冲激光的重复频率对打孔的影响 用调Q方法取得巨脉冲时，脉冲的平均功率基本不变，脉宽也不变，重复频率越高，脉冲的峰值功率越小，单脉冲的能量也越小。这样打出的孔深度要减小。 材料对激光的吸收率直接影响到打孔的效率。由于不同材料对不同激光波长有不同的吸收率，必须根据所加工的材料性质选择激光器。 ※ 脉冲宽度对打孔的影响 脉冲宽度对打孔深度、孔径、孔形的影响较大。窄脉冲能够得到较深而且较大的孔；宽脉冲不仅使孔深度、孔径变小，而且使孔的表面粗糙度变大，尺寸精度下降。 ※ 激光打孔中离焦量对打孔的影响 当激光聚焦于材料上表面时，打出的孔比较深，锥度较小。 在焦点处于表面下某一位置时相同条件下打出的孔最深。 过分的入焦和离焦都会使得激光功率密度大大降低，以至打成盲孔（坑）。 离焦量对打孔质量的影响 激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。 激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400 W提高到了800 W至1000 W 。 国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。 目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。 4.3 激光打孔的发展 激光打孔技术与机械钻孔、电火花加工等常孔打孔手段相比，具有显著的优点： （1）打孔速度快，效率高，经济效益好 （2）可获得大的深径比 （3）可在硬、脆、软等各种材料上进行 （4）无工具损耗 （5）适合于数量多、高密度的群孔加工 （6）可在难以加工的材料倾斜面上加工小孔 激光打孔的分类 1)复制法 ??? 激光束以一定的形状及精度重复照射到工件固定的一点上，在和辐射传播方向垂直的方向上，没有光束和工件的相对位移。 复制法包括单脉冲和多脉冲。 目前一般采用多脉冲法，其特点是可使工件上能量的横向扩散减至最小，并且有助于控制孔的大小和形状。毫秒级的脉冲宽度可以使足够的热量沿着孔的轴向扩散，而不只被材料表面吸收。激光束形状可用光学系统获得。如在聚焦光束中或在透镜前方放置一个所需形状的孔栏，即可以打出异形孔。 2）轮廓迂回法 ??? 加工表面形状由激光束和被加工工件相对位移的轨迹决定。 ?? 用轮廓迂回法加工时，激光器既可以在脉冲状态下也可以在连续状态下工作。用脉冲方式时，由于孔以一定的位移量连续的彼此迭加，从而形成一个连续的轮廓。采用轮廓加工，可把孔扩大成具有任意形状的横截面。 在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、模具、机电、机床行业和其它机械行业也应用广泛。 目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主。 激光热处理技术包括：激光相变硬化技术、激光包覆技术、激光表面合金化技术、激光退火技术、激光冲击硬化技术、激光强化电镀技术、激光上釉技术，这些技术对改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等有重要作用。 激光相变硬化(即激光淬火)是激光热处理中研究最早、最多、进展最快、应用最广的一种新工艺，适用于大多数材料和不同形状零件的不同部位,可提高零件的耐磨性和疲劳强度,国外一些工业部门将该技术作为保证产品质量的手段。 5 激光热处理 视频：激光清洗机？ 激光淬火技术，是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。激光淬硬层的深度依照零件成分、尺寸与形状以及激光工艺参数的不同，一般在0.3~2.0mm范围之间 激光淬火 视频：激光用于淬火 大型轧辊 高碳合金钢 淬火层组织细密、强韧性好 淬火硬度比常规方法高 发动机汽缸 铸铁材料 不需要水或油等冷却介质 激光淬火清洁、高效 减振器 中碳合金钢 定位精确的数控淬火 对局部、沟、槽淬火 模具