在激光切割中,辅助气体须与激光束轴线同轴,以确保在每个切割方向上都具有相同的切割质量。但研究发现,辅助气体与激光束轴线处于某种离轴(即不同轴)状态时,可有效提高切割效率,但离轴量对切割过程的影响机理尚不明确。建立了包含切缝的离轴激光切割三维对称模型,采用有限元方法对以氮气为辅助气体的激光切割过程进行数值模拟。通过改变离轴量,分析了辅助气体的气流场结构,研究了离轴量对激光切割过程中辅助气体动力学性能的影响;同时,对不同离轴量下的激光切割仿真模拟结果进行比较和分析,明确了离轴量对激光切割的影响机理,并进行了切割实验验证。结果表明:离轴量会影响辅助气体的动力学性能,合适的离轴量可有效提高激光的切割质量。

采用 2.0 kW六轴机器人光纤激光切割系统，研究了切割工艺参数对厚度 6 mm的碳钢板的切口宽度、切口倾斜角度、切口表面粗糙度及切口微观状态的影响规律。研究结果表明，该系统的最佳切割工艺参数为切割速度约2.0 m/min、辅助气体压力 14.7 N/cm2、聚焦镜焦距 f=200 mm、激光光斑直径 0.3 mm、离焦量范围 +4~+5 mm、切割喷嘴直径 0.8 mm。在最佳切割工艺参数下，切口宽度 0.5~0.6 mm，切口倾斜角度 0.2°~0.5°，切口表面挂渣很少，切割时切面的顶部和底部呈现不同的平整度而分成两个不同的部分，底部温度较高，氧化速度领先切割速度的差距大于顶部，所以平整度较差。与 CO2激光切割相比，光纤激光切割的切口表面粗糙度略小，切割功率效率提高 2.6倍。

采用20 kW CO2激光加工系统焊接低碳钢,研究了辅助气体对等离子体屏蔽临界功率密度的影响。研究结果表明,辅助气体不同时等离子体屏蔽临界功率密度由小到大的排列顺序为：Ar→N2→CO2→He。Ar作为辅助气体时,等离子体屏蔽的临界功率密度可以低至1.85×10 6 W/cm2。辅助气体对等离子体屏蔽临界功率密度的影响主要取决于气体的导热性和解离能,相比而言,气体电离能的影响是次要的。采用Ar作为辅助气体时,等离子体屏蔽临界功率密度低的原因主要在于Ar的导热性能差,激光支持的燃烧波(Laser-supported Combustion Waves,LSC)波容易过热和扩展。

采用精密的侧吹辅助气体调节和控制装置,实验研究了等离子体控制的各种工艺参数;采用光电晶体管检测熔池表面及小孔内等离子体光强变化;从理论上分析了等离子体控制的机理.结果表明:当辅助气体流量变化时,等离子体控制效果呈现三个区间.无论采用何种气体,只要辅助气体的操作压力稍大于金属蒸气压力,等离子体即被最佳控制.