Основой лазерной обработки является разогрев материала до температуры структурных превращений при термоупрочнении и до температуры плавления и выше при сварке, наплавке и резке.

В процессе нагрева и охлаждения в материале происходят сложные физические и химические процессы, такие, как фазовые и структурные превращения, плавление, кристаллизация, возникновение напряжений и деформаций. В результате свойства материала значительно изменяются и тем самым изменяется качество обрабатываемой детали.

Чтобы получить высокое качество детали в результате лазерной обработки, необходимо знать распределение температуры в теле и изменение его во времени. Это позволит установить связь между режимом лазерной обработки и получаемыми свойствами обработанной лазером детали.

Существуют различные экспериментальные и теоретические методы определения температур в процессе лазерной обработки. Из экспериментальных методов наиболее простым и надежным является измерение температуры в конкретной точке тела с помощью термопары, которая обычно приваривается к поверхности тела либо зачеканивается в маленькое отверстие, - получаемое сверлением. В процессе лазерной обработки записывается на самописец или осциллограф изменение температуры Т в данной точке тела во времени t. Зависимость T(t) называют тепловым циклом данной точки. Этот метод измерения обеспечивает достоверность и высокую точность определения температуры. Однако возникают технические сложности при определении высоких температур, близких к температурам плавления, особенно около зоны лазерной обработки. Кроме того, подобный эксперимент носит частный характер и не дает представления о распределении температур в теле.

Более общий характер распределения температур в теле в любой момент времени в процессе лазерной обработки можно получить теоретическим методом. Основой теоретического метода является решение дифференциального уравнения теплопроводности, которое описывает распространение теплоты в металлах и сплавах. В это уравнение входят следующие теплофизические величины: с — истинная удельная массовая теплоемкость, Дж/г • град; ср — объемная теплоемкость, Дж/ (см3 • град), где р — плотность тела при нормальных физических условиях, г/см3; ?Т— коэффициент теплопроводности, Дж/(см•с•град); а = ?т/(ср) — коэффициент температуропроводности, см2/с.

Значения коэффициентов ?т, ср и а для различных металлов и сплавов в зависимости от их средней температуры Тср приведены в табл. 2.3.