了解激光切割和激光雕刻中的熱動力學
激光切割和雕刻是加工各種材料（包括金屬、塑料和陶瓷）的高精度和高效方法。這些工藝利用集中光束（通常來自 CO? 或光纖激光器）通過熔化、燃燒或汽化材料來切割材料。

雖然激光切割具有許多優勢（例如高精度、速度和生產復雜形狀的能力），但它也帶來了一些熱挑戰，這些挑戰可能會影響操作的質量和效率。激光切割機可以產生溫度，根據材料的不同，溫度范圍可達 1000°C 以上，從而嚴重影響加工材料。

激光切割的主要問題之一是熱影響區 (HAZ) 的形成。激光束產生的強烈熱量會改變切割周圍材料的微觀結構，可能導致機械性能下降。研究表明，熱影響區的大小和嚴重程度受各種切割參數的影響，包括激光功率、切割速度和使用的輔助氣體類型。例如，高激光功率和低切割速度會擴大熱影響區，導致材料變形更大，機械強度降低。

激光切割過程中的溫度分布與切割的整體質量密切相關。溫度分布不均勻會導致諸如熔渣形成、表面粗糙度增加和切口寬度變化等問題。此外，激光切割中的高溫會導致熱變形。快速加熱和冷卻循環會導致翹曲，尤其是在薄或高導熱材料中，這會影響切割部件的尺寸精度并使裝配過程復雜化。

激光切割機的熱輸出直接影響切割質量。過熱會導致材料變形、熔化或燒焦，導致切割不精確或損壞。各種因素，例如激光功率、光放大、焦點大小、等離子體形成、分辨率要求、晶體特性，甚至惰性氣體的使用，都會影響切割過程中的熱輸出。

監測激光過程的熱指紋揭示了優化的新見解。



激光應用中加工材料的現場精確溫度測量
發射率對于精確的溫度測量至關重要，并且會根據材料特性、表面質量、溫度、波長、測量角度和測量設置而變化。非金屬表面通常在各個波長上具有一致的發射率，但發射的輻射比理想的黑體輻射器要少，因此將其歸類為灰體。然而，金屬表面的發射率會隨溫度和波長而變化，使其成為選擇性輻射器。

為了精確測量金屬溫度，建議使用短波操作，因為金屬在較短波長和較高溫度下發射更多輻射，并且發射率更高。這減少了由于發射率變化而導致的潛在測量誤差。然而，這必須與激光與材料的相互作用保持平衡，因為根據基爾霍夫定律，吸收等于發射率。陷波濾波器是必需的，以阻擋高功率激光并防止可能損壞紅外攝像機的串擾。

在激光加工中使用熱像儀進行非接觸式溫度測量時，熱像儀必須承受激光及其反射的高能量密度。激光工藝通常使用波長為 1064 nm 的固態激光器或波長為 10.6 μm 的 CO? 激光器。即使是最小限度的激光反射也會對紅外熱像儀造成嚴重損壞。為了防止這種情況發生，可以采用兩種策略：使用波長范圍遠離激光波長的熱像儀或使用專用濾光片保護熱像儀。例如，Optris 為 PI 1M 提供陷波濾光片，為 LT 熱像儀提供長通濾光片，以應對這一挑戰。

紅外熱像儀（如 PI 08M）可提供全面的工藝洞察，而不像單點高溫計只能測量單點溫度。紅外熱像儀的溫度測量范圍應與工藝溫度一致，以確保準確記錄熱量分布。Optris PI 08M 的測量波長為 800 nm，開始記錄 575°C 的溫度，使其成為監測高溫加工的金屬和閃亮材料中的熱量分布的理想選擇。另一個選擇是 PI 640i 紅外熱像儀，它采用帶有二氧化碳濾光片的長波長光譜范圍，使其能夠從環境溫度開始測量溫度分布。

通過在激光應用中集成紅外熱成像技術，通過熱管理實現品質
利用紅外熱像儀進行監控可提供寶貴的熱數據，這些數據可用于微調激光工藝，確保高質量切割，同時最大限度地減少熱損傷。有效管理這些熱挑戰包括優化激光功率、切割速度和焦點，以最大限度地減少對材料的熱影響。

使用紅外熱成像進行實時溫度監控已被證明在評估和控制切割質量方面非常有效。紅外熱成像在保持最佳條件方面發揮著至關重要的作用，讓制造商有信心防止缺陷。連續監測切割前端的溫度可以調整工藝參數，有助于保持最佳條件并最大限度地減少缺陷。高分辨率熱成像儀可以檢測到熱變形的早期跡象，從而及時糾正切割參數。

制造商可以通過將先進的監控技術與對熱動力學的透徹理解相結合來克服這些挑戰，實現切割質量并保持材料完整性。

Optris 提供專為激光應用設計的專用紅外熱像儀。PI 紅外熱像儀易于集成到各種系統中，支持模擬和數字輸出。在一些機器集成設置中，制造商將 PI 紅外熱像儀與 Linux 計算機一起使用，利用 SDK 開發定制軟件，確保最佳過程控制和與其他系統的同步。