12、激光技术在汽车工业的应用

　　安全性、舒适性、节能和环保一直作为世界汽车工业发展的主题，激光技术作为现代汽车生产中的主要加工方法之一，其发展也主要是围绕着这一主题并结合本专业的自身特点进行的。汽车工业是激光加工应用最多的领域之一。据有关资料统计，在欧美工业发达国家中，有50％～70％的零部件都是采用激光加工来完成的。尤其是近年来发展很快，1998年全世界约有3000多台激光加工机用于汽车工业，而且每年还有数以百计的激光加工机投入使用。应用于汽车工业的检测、快速成形的小功率激光器目前也有数千台。

　　在汽车工业中，激光加工通常以切割为主。激光束切割一般采用大功率射频CO2激光器（近年来有被德国IPG大功率光纤激光器替代的趋势），为了提高切割速度和切割质量，在激光切割机的光束出口处一般都装有喷嘴，以便在切割过程中同时吹气体。在切割金属工件往往喷吹氧气或压缩空气，以提高切割效率；而在切割易燃材料时则喷吹氮气等惰性气体以防止燃烧。激光切割的切径宽度一般小于0.5mm（IPG的大功率光纤激光器可达到0.05mm）。它和工件的材料及厚度、激光束的功率、焦距及焦点位置、激光束的直径、喷吹气体的压力及流量等各种因素有关。在汽车样车和小批量生产中大量使用三维激光束切割机，对普通铝、不锈钢等薄板、带材的切割加工，应用激光高速切割速度已达10M/min，不仅大幅度缩短了生产准备周期，并且使车间生产实现了柔性化，加工面积减小了一半。由于它的加工效率高，比机械加工方式的加工费用减少了50％。如果每日开两班。折旧期可在2年左右完成。激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺。

　　激光用于车身面板的焊接可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起，然后再进行冲压，这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。采用激光焊接的速度约为4.5M/min，而且很少变形，省去了二次加工。激光焊接加速了用冲压零件代替锻造零件的进程。采用激光焊接可以减少搭接宽度和一些加强部件，还可以压缩车身结构件本身的体积。仅此一项车身的重量可减少56kg。激光焊接用于车顶外壳与框架焊接，传动转换器盖板的焊接，由CNC控制，其循环时间约为16秒，实际焊接时间仅为3秒，一天可连续运行24小时。

　　近几年来德国IPG公司在先进激光器制造领域异军突起，推出了商品化大功率光纤激光器系统，与传统CO2激光器及Nd:YAG激光器相比有诸多优点：1.免维护运行时间大大延长，大于50,000小时;（传统激光系统约500～5000小时）2.体积/重量为传统激光器的1/5～1/10;3.电力消耗为为传统激光器的1/10～1/20;4.运行费用及维护费用为传统激光系统的1/10～1/100;5.输出光束质量超过传统激光器几十倍(此意义十分重大,意味着可用较小输出功率的激光束作加工,其效果还要优于需要功率很大的传统激光系统，大大节约能耗, 降低成本。随着德国IPG公司大功率光纤激光器的商品化推出，金属表面处理工艺得到了很大的进展。其中应用较广的有激光涂层、激光合金化、激光抛光、激光冲击硬化等工艺技术。激光表面处理在汽车的发动机阀座、车顶外壳与框架等零部件的制造中得到了广泛的应用。

　　13、在汽车零部件的生产中

　　如缸套、曲轴、活塞环和齿轮等的热处理，在经激光热处理后，不必再进行后处理，可直接送到装配线上安装。激光加工计算机数控与柔性制造技术相结合，在汽车模具的制造中，得到了广泛的应用。激光切割、激光表面处理、激光热处理等工艺技术，使原来制作模具周期从28周缩短为4～6周，满足了汽车快速改型的需要。激光测量在汽车工业中成为技术测量的主力，它可以将零部件与模型比较，对经过修理或修改的零部件与原始模型进行比较，或在零部件的设计改变后迅速修改刀具或模具。在汽车零部件生产中，激光测量可以快速和非常精确地检验每一个成品零部件的尺寸是否与设计尺寸完全一致。而且，激光测量仪能够最迅速地将一个零部件或物理模型转变为数字化文件，这种文件可以用各种方法处理并同其他文件进行比较。

　　激光三维快速成型技术是二十世纪90年代初，在计算机、激光、高分子材料、CAD／CAM、精密机械等新技术迅速发展下应运而生的，并在汽车工业中很快得到应用，它突破了制造业的传统模式，成为当前最具吸引力的技术。激光快速成型系统可采用射频CO2激光器或光纤激光器，利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层，然后利用“积分”的思想，将热塑性塑料粉末烧结或直接熔化凝结精细金属粉末，由点、线构造零件的面(层)，然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场，极大地提高了汽车生产企业对市场的应用能力和产品的竞争能力。

　　14、激光技术在农业的应用

　　1）.处理种子：在激光作用下的种子，能把适宜的光子摄入其细胞，增强细胞的生物能力，促进种子的发育，提高光合效应，缩短成熟期，并能增强作物的抗病能力。

　　2）.育种：激光能诱发生物遗传结构改变，甚至发生突变，从而培育出优良的新品种，这种科学方法称为激光育种。农业育种学家根据绿色植物的叶片经过一定波长激光照射后，会发出一种非常微弱的荧光的特点，采用灵敏的仪器将此荧光的光量测出并记录下来，再对照不同品种植株苗的荧光亮度与产量的关系，发现同一品种农作物的荧光越强，产量就越高。

　　3）.除草：美国一家农业研究所的科研人员研制成功一种新型的激光除草剂，其主要成分是按基乙酰丙酸。这种除草剂完全是通过照射光发挥作用的，效力大，用量小，不损害农作物，对人畜无害，使用非常方便。于黄昏前喷射施用，被杂草吸收后，在激光照射的作用下，便产生有害物质，破坏杂草的细胞膜，最后流出汁液，在4小时之内杂草就变白而枯死。

　　4）.灭虫：国外科学家研究结果表明，采用激光照射蚊虫类和螨类害虫，能将它们全部杀死。如果采用高能激光照射农作物的害虫，轻者绝育，重者死亡。对环境没有污染。

　　5）.检测农作物病因：美国农业科学家研究表现，当激光照射到健康的农作物上时，就能被利用吸收进行光合作用。如果激光照射到生长不良或有病虫害的作物上时，光能不会完全被光合作用所利用，其中有一部分会分散成不同波长的冷光被反射回来。通过分析这些光的性质，就可以检测出农作物的病害，确诊病因，对症下药。

　　6）.选择家畜精子性别：美国农业研究中心研究成功一种激光选择家畜精子性别系统。这种系统是根据X精子染色体中的DNA比Y精子染色体中含量多，在激光照射时，X精子染色体比较明亮，由电脑记录其荧光高密度，然后在电声作用下分离开X精子和Y精子，于是选用X精子与卵子受精便生产雌畜，选用Y精子与卵子受精便生产雄畜，目前美国已在牛、羊、猪等家畜中进行试验。

　　7）.剪羊毛：澳大利亚的养羊业非常发达，但用传统的剪刀剪羊毛费时费力，效率低。科技人员研制成功一种激光装置，利用该装置的光束代替传统的剪刀，把羊毛连根剪断，整张毛被剥下来，提高工效10倍.

　　8）.改良水果品种：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。以往一朵花只结一个果，结两个果的就很少了，现在一般结三个果，还出现一朵花结40个果的事。平均每棵树可以收400个果，而以前只有150－200个。还有一种叫“沙子早生”的桃子树，它结的桃子肉厚、嫩、甜，是制造桃子水果罐头的好原料。我国引种了好几年，但结果率很低。果树栽培专家说，这是因为它患有“不孕症”。现在采用激光照射处理的办法，终于治好了它的“不孕症”，结果率达85％以上，产量比原先提高4倍以上，而且果子的品质也获得提高，含糖量高达14.5％，恢复疲劳素（天冬氨酸）的含量提高35％左右。

　　15、激光技术应用的其他领域

　　1）.激光医学：激光外科手术：激光心肌血运重建术治疗心血管疾病；激光PDT法治疗恶性肿瘤；激光美容（去纹身、去胎记、去色素斑/老人斑、去皱纹、脱毛等）；激光无痛采血仪；水激光（Er:YAG）取代牙钻治疗口腔科疾病。

　　2）.食品饮料与药品：激光共聚焦扫描显微镜多光子莹光法快速检测食品、饮料及酒类样品中有毒有害成份含量。

　　3）.能源科学：石油抽油管内壁激光表面硬化处理；激光分离铀同位素；激光引发核聚变点火系统。

　　4）.国防科技：激光测距；激光雷达；激光引信；激光制导；激光非永久性致盲；深海激光探测潜艇；激光模拟武器训练。

　　5.环境保护：空气/水质/生物化学污染物的激光预警监测。

　　6）.新闻出版：CTP技术在报纸/书刊彩色胶印制版业的应用。

　　7）.包装材料：激光切割木制刀模版；激光雕刻纸箱印字橡胶移印版；激光雕刻纺织品印染圆网/塑料薄膜彩色印辊。

　　8）.冶金工业：冷轧钢辊表面激光毛化技术（制造优质汽车钢板）；a)激光辐射烧结粉末冶金制品；金属材料激光非晶化技术。

　　9）.信息产业：激光化学气相沉积（LCVD）法制造石英光纤技术.

　　10）.材料科学：激光加热蒸发法/气相反应法制备纳米超细粉技术。