目前用于切割領(lǐng)域的激光主要為CO2激光和光纖激光。CO2激光是CO2氣體在高頻高壓下受激發(fā)，產(chǎn)生頻率為10.6μm的激光，經(jīng)過(guò)諧振腔的偏振鏡后沿銅鏡反射聚焦而進(jìn)行切割的。光纖激光是采用多個(gè)多模泵浦二極管并行設(shè)置作為激光源，產(chǎn)生頻率為10.6μm的激光，通過(guò)分支在諧振腔調(diào)整后耦合進(jìn)單根光纖，形成功率較高的激光。

2. CO2激光切割與光纖激光切割工藝比較

（1）激光結(jié)構(gòu)對(duì)比  CO2激光發(fā)生器體積較大，傳輸介質(zhì)為空氣，光路直線(xiàn)傳播完全依靠反射鏡，光路衰減快、要求高，能量損失較大，光電轉(zhuǎn)化率低，僅為10%，如圖1所示。

圖1   CO2激光

1.激光發(fā)生器   2.驅(qū)動(dòng)單元反射鏡   3.光路  4、5、6.角度反射鏡   7.聚焦透鏡

光纖激光采用多組多模泵浦二極管并行設(shè)置為激光源，產(chǎn)生的激光由光纖傳輸，光束封閉于光纖內(nèi)“曲線(xiàn)傳播”，不受外界環(huán)境影響，光電轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)25%以上，如圖2所示。

1.激光源   2.諧振腔   3.冷卻系統(tǒng)   4.光路

（2）切割材料對(duì)比  CO2激光可切割碳鋼、不銹鋼、鋁合金及非金屬材料，但不能切割銅材。對(duì)于CO2激光來(lái)說(shuō)，銅材屬于高反射性材料，10.6μm頻率激光幾乎全部被反射而不被吸收，反射光返回激光器，造成危害。

光纖激光可切割碳鋼、不銹鋼、鋁合金及銅材，但不能切割非金屬材料，包括木材、塑料、皮革等。對(duì)于表面有覆蓋層的材料也不能切割，如普通覆膜不銹鋼、有防銹的特種鋼板等。

（3）切割效能對(duì)比  切割速度、穿孔效率、斷面質(zhì)量等方面構(gòu)成激光切割效能，是評(píng)價(jià)激光機(jī)器的關(guān)鍵綜合指標(biāo)。

光纖激光器切割薄板有優(yōu)勢(shì)，尤其是厚度3mm以下優(yōu)勢(shì)更明顯，相對(duì)于CO2激光，最大切割速度比值可大4:1；而6mm是兩種激光優(yōu)勢(shì)互換的臨界厚度。切割厚度>6mm的板材，光纖激光無(wú)優(yōu)勢(shì)。隨著厚度的增加，CO2激光漸顯優(yōu)勢(shì)，但并不明顯。圖3為不同材料的切割速度。

（a）中碳鋼                                   （b）不銹鋼

激光束在工件開(kāi)始切割前，需要穿透工件。光纖激光的穿孔時(shí)間明顯要比CO2激光長(zhǎng)。以3kW光纖激光和CO2激光為例，對(duì)于8mm的碳鋼，后者比前者少1s；10mm時(shí)，后者少2s；隨著厚度的增加，CO2激光在穿孔2000次、每次穿孔差3s計(jì)算，則每天穿孔時(shí)間差為6000s，約合1.7h。

斷面質(zhì)量通常指粗糙度、垂直度。切割3mm以下厚度的鋼板時(shí)，光纖激光切割的斷面質(zhì)量略差于CO2激光。隨著厚度的增加，斷面質(zhì)量的差異越加明顯。切割3mm及以上的不銹鋼時(shí)，光纖激光切割的斷面呈磨砂狀，而CO2激光呈光亮。切割16mm的碳鋼，光纖激光切割斷面垂直度遠(yuǎn)差于CO2激光，前者為0.4~0.5mm，后者為0.1mm。另外，由于光纖激光頻率低，能量密度大，在切割碳鋼小孔時(shí)，反而是個(gè)缺點(diǎn)，易產(chǎn)生過(guò)燒。CO2激光與光纖激光切割工藝比對(duì)如表1所示。

3. CO2激光切割與光纖激光切割成本分析

以切割5mm不銹鋼板為例，CO2激光與光纖激光切割工藝成本分析如表2所示。

根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)分析，按設(shè)備年時(shí)基數(shù)3860h計(jì)算，在切割5mm不銹鋼時(shí)，CO2激光切割機(jī)的運(yùn)行成本為每小時(shí)268.8元，光纖激光切割機(jī)運(yùn)行成本為每小時(shí)242.7元。CO2激光和光纖激光切割速度分別按每分鐘2.5m、8.2m計(jì)算，CO2激光切割成本為每米1.79元，光纖激光切割成本為每米0.48元。

4. 綜合比較及建議

CO2激光切割和光纖激光切割都有其適用的領(lǐng)域。CO2激光切割除可用于切割碳鋼、不銹鋼、鋁合金等材料外，還可以切割半導(dǎo)體材料、非金屬材料和復(fù)合材料，其切割應(yīng)用范圍更廣。光纖激光切割除可用于切割碳鋼、不銹鋼、鋁合金等材料外，還可以切割CO2激光無(wú)法切割的銅材，但不能切割非金屬材料。就切割成本而言，光纖激光切割機(jī)相對(duì)于CO2激光切割機(jī)來(lái)說(shuō)要便宜得多。

綜上所述，CO2激光切割與光纖激光切割的工藝選擇問(wèn)題上建議如下：

（1）對(duì)于4mm及以下的材料，考慮到光纖激光切割速度快、效率高的優(yōu)點(diǎn)，選用光纖激光切割綜合性?xún)r(jià)比更高。

（2）對(duì)于8mm及以上的材料，考慮到光纖激光打孔效率低、斷面質(zhì)量較差，且切割速度不在具有明顯優(yōu)勢(shì)，選用CO2激光切割更容易保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）對(duì)于銅材或鏡面不銹鋼，建議選用光纖激光切割機(jī)，對(duì)于半導(dǎo)體材料、非金屬材料和復(fù)合材料，建議選用CO2激光切割機(jī)。