激光切割設備的組成
激光切割設備按激光工作物質不同，可分為固體激光切割設備和氣體激光切割設備；按激光器工作方式不同，分為連續激光切割設備和脈衝激光切割設備。激光切割大都採用CO2激光切割設備，主要由激光器、導光系統、數控運動系統、割炬、操作台、氣源、水源及抽煙系統組成。典型的CO2激光切割設備的基本構成。
激光切割設備各結構的作用如下。
①激光電源 供給激光振蕩用的高壓電源。
②激光振蕩器 產生激光的主要設備
③折射反射鏡 用於將激光導向所需要的方向。為使光束通路不發生故障，所有反射鏡都要用保護罩加以保護。
④割炬 主要包括槍體、聚焦透鏡和輔助氣體噴嘴等零件。
⑤切割工作平台 用於安放被切割工件，並能按控制程序正確而精確地進行移動，通常由伺機電機驅動。
⑥割炬驅動裝置 用於按照程序驅動割炬沿X軸和Z軸方向運動，由伺服電動機和絲桿等傳動件組成。
⑦數控裝置 對切割平台和割炬的運動進行控制，同時也控制激光器的輸出功率。
⑧操作盤 用於控制整個切割裝置的工作過程。
⑨氣瓶 包括激光工作介質氣瓶和輔助氣瓶，用於補充激光振蕩的工作氣體和供給切割用輔助氣體。
⑩冷卻水循環裝置 用於冷卻激光振蕩器。激光器是利用電能轉換成光能的裝置，如CO2氣體激光器的轉換效率一般為20%，剩餘的80%能量就變換為熱量。冷卻水把多餘的熱量帶走以保持振蕩器的正常工作。
⑾空氣乾燥器 用於向激光振蕩器和光束通路供給潔凈的乾燥空氣，以保持通路和反射鏡的正常工作。
激光切割用激光器
切割用激光器主要有CO2氣體激光器和釔鋁石榴石固體激光器（通常稱YAG激光器）。CO2激光器與YAG激光器的基本特性及主要用途見表1，切割加工性能比較見表2。
表1 CO2激光器與YAG激光器的基本特性及主要用途
激光器 | 波長/μm | 振蕩形式 | 輸出功率 | 效率①/% | 用途 |
CO2激光器 | 1.06 | 脈衝/連續 | 1.8kW脈衝能量0.1～150J | 3 | 打孔、焊接、切割、燒刻 |
YAG激光器 | 10.6 | 脈衝/連續 | 20kW | 20 | 打孔、切割、焊接、熱處理 |
①效率指投入激光器工作介質的能量與激光輸出能量之比。
表2 CO2激光器與YAG激光器的切割加工性能比較
項目 | CO2激光器 | YAG激光器 |
聚焦性能 | 光束髮散角小，易獲得基模，聚焦后光斑小，功率密度高 | 光束髮散角小，不易獲得單模式（僅超聲波Q開關YAG激光器能生產單模式），聚焦后光斑較大，功率密度低 |
金屬對激光的吸收率（常溫） | 低 | 高 |
切割特性 | 好（切割厚度大，切割速度快） | 較差（切割能力低） |
結構特性 | 結構複雜，體積較小，對光路的精度要求高 | 結構緊湊，體積小，光路和光學零件簡單 |
維護保養性 | 差 | 良好 |
加工柔性 | 差（光束的傳達依靠反射鏡，難以傳送到不同加工工位） | 好（可利用光纖維傳達光束，1台激光器可用於多個工位，也能多台同型激光器連用） |
⑴CO2氣體激光器
CO2氣體激光器是利用封閉在容器內的CO2氣體（實際上是CO2、N2和He的混合體）作為工作物質經受激振蕩后產生的光放大。CO2氣體激光器的基本結構。氣體通過施加高壓電形成輝光放電狀態，藉助設在容器兩端的反射鏡使其在反射鏡之間的區域不斷受激勵併產生激光。
CO2氣體激光器主要有氣體封閉容器式、低速軸流式、高速軸流式和橫流式（即放電方向、光軸方向與氣體流動方向成正交）等類型。激光切割一般使用軸流式CO2氣體激光器。
幾種CO2激光器的主要特性見表3。
⑵TAG固體激光器
YAG固體激光器的結構原理見圖3。它是藉助光學泵作用將電能轉化的能量傳送到工作介質中，使之在激光棒與電弧燈周圍形成一個泵室。同時通過激光棒兩端的反光鏡，使光對準工作介質，對其進行激勵以產生光放大，從而獲得激光。
切割用YAG激光器的種類和主要用途見表4。
表4 切割用YAG激光器的種類和主要用途
項目
| 連續激光器 | 脈衝激光器 | |
一般連續振蕩 | Q開關振蕩 | ||
激勵用燈 | 電弧燈 | — | 閃光燈 |
Q開關 | — | 超聲波Q開關 | — |
脈衝寬度 | — | 50～500ms | 0.1～20ms |
重複頻率/kHz | — | ＜50 | （1～500）×10-6 |
峰值頻率/kW | — | 10～250 | 1～20 |
平均輸出功率/W | 1～1800 | 100 | 1000 |
脈衝能量/mJ | — | 1～30 | 100～150000 |
主要用途 | 用於碳素鋼、不鏽鋼薄板（厚度小於3mm）的切割 | 陶瓷和鋁合金薄板（約1mm）的精密切割 | 銅、鋁合金板（厚度小於20mm）的精密切割 |
割炬
激光切割用割炬的結構見圖4。主要由割炬體、聚焦透鏡、反射鏡和輔助氣體噴嘴等組成。激光切割時，割炬必須滿足下列要求：
① 割炬能夠噴射出足夠的氣流；
② 割炬內氣體的噴射方向必須和反射鏡的光軸同軸；
③ 割炬的焦距能夠方便調節；
④ 切割時，保證金屬蒸氣和切割金屬的飛濺不會損傷反射鏡；
割炬的移動是通過數控運動系統進行調節，割炬與工件間的相對移動有三種情況：
① 割炬不動，工件通過工作台運動，主要用於尺寸較小的工件；
② 工件不動，割炬移動；
③ 割炬和工作台同時運動。
