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                                                              用光弹扫描法对玻璃进行缺陷检测

                                                              返回列表 来源: 青岛新达检测公司 发布日期: 2021-09-06 08:47:31 阅读次数:124

                                                              缺陷分析是玻璃检测的重要领域之一。由于玻璃材料和生产工艺的影响,其成品不可避免地会出现石子、气泡、不均匀等缺陷。如果这些缺陷在玻璃使用过程中聚集到一定程度,可能会产生异??押妥员?,尤其是有缺陷的钢化玻璃具有较高的自爆风险。我国是一个玻璃生产大国,广泛应用于建筑、汽车、家具、电器等领域。由于钢化玻璃原片中存在各种不均匀颗粒、气泡等缺陷,钢化玻璃自爆现象也很常见。因此,玻璃及其复合产品的缺陷分析已成为企业控制生产质量的重要组成部分。

                                                              光弹性扫描法是玻璃缺陷检测的常用方法。

                                                              用光弹扫描法对玻璃进行缺陷检测


                                                              它不仅适用于玻璃材料和成品的检测,也适用于在役玻璃和复合材料产品的检测。由于玻璃材料是典型的光弹性材料,玻璃中缺陷附近的应力集中可以显示出明显的应力集中点,应力集中点越明显,应力集中越大,玻璃自爆炸的风险越高。同时,由于应力集中点的图像特征尺寸为缺陷母体直径的1-2倍,与玻璃表面灰尘形成的干涉有明显区别,因此,光弹性扫描法通过间接检测玻璃内部缺陷附近的应力集中点,不仅能更准确地检测玻璃内部缺陷,而且更能抵抗玻璃表面灰尘造成的误诊。同时,光弹性扫描设备体积小、重量轻,便于携带到任何地方进行检测。接下来,我们将从三个方面讨论玻璃缺陷分析的一些想法:玻璃的突然异常断裂、自爆炸现象和光弹性扫描标准的现状。

                                                              玻璃突发异常断裂分析

                                                              玻璃是一种典型的脆性材料。夹杂物周围裂纹的萌生是导致玻璃突然断裂的重要因素。夹杂物周围通?;岵中问降钠@土盐疲杭性游锪盐?、夹杂物与玻璃基体材料之间的分离以及基体材料滑移线上的裂纹。夹杂物引起不同形式疲劳裂纹萌生的主要原因是夹杂物与基体在弹塑性和热塑性方面的差异。对于热膨胀系数大于基体的夹杂物,热处理后其收缩速度比周围材料快,导致夹杂物与基体界面处产生拉应力,削弱了夹杂物与基体的结合强度,这容易导致夹杂物与基体分离,导致应力集中和裂纹萌生。夹杂物的形状和方向随机影响裂纹的萌生。当夹杂物的热膨胀系数小于基体的热膨胀系数时,其在冷却过程中的收缩速度比周围基体慢,从而产生夹杂物的压应力,压应力可以传递夹杂物与基体界面处的应力。此时,夹杂物本身的弹塑性将影响疲劳裂纹的萌生形式。

                                                              玻璃夹杂的裂纹萌生主要包括以下两个方面:(1)夹杂的弹性模量大于周围基体的弹性模量。在加载过程中,夹杂物承受较大的载荷,容易发生自断裂和疲劳裂纹萌生。此时,根据前面的分析,由于应力集中区位于夹杂物的两极,且裂纹扩展受到局部应力的影响,因此最大应力接近夹杂物的极点,夹杂物的模量小于基体的模量。在加载过程中,它会承受较小的载荷,增加周围基体的应力,容易引起滑移带的产生和疲劳裂纹的萌生。此时,如果外载荷为拉应力,则夹杂物极附近的所有主应力均为拉应力,且最大主应力大于远场应力。由于夹杂物的形状通常是不对称的,因此裂纹的萌生和扩展也是不对称的,主要集中在两个夹杂物极附近具有较大应力的一侧。

                                                              导致玻璃突然破裂的另一个关键因素是夹杂物附近的热残余应力,尤其是钢化玻璃拉应力区的夹杂物。由于夹杂颗粒周围的残余切向拉应力与钢化玻璃的拉应力叠加,垂直于玻璃表面的颗粒周围的平面拉应力达到最大值。当这种局部拉应力达到一定程度时,玻璃可能破裂。显然,夹杂物周围的最大拉应力区是玻璃断裂的根源。此外,当最大拉应力接近玻璃的断裂强度时,将形成危险的不稳定系统。一旦出现温度变化或外部应力,局部应力峰值可能会超过强度值并导致损坏。玻璃中的局部残余应力主要是由玻璃和夹杂物颗粒之间的膨胀系数差异引起的。根据弹性理论,挤压应力主要由温度差、两种材料膨胀系数之差和弹性系数决定。在粒子周围的玻璃中,应力状态是球对称的,并随距离迅速衰减。径向和切向应力的绝对值是同一点切向应力的两倍。

                                                              玻璃自爆分析

                                                              对于分布在玻璃中的任何杂质缺陷,由于其与玻璃材料本身的物理力学性能参数不匹配,冷却成形后,熔融玻璃周围会形成应力集中,该应力集中会随着玻璃使用环境的变化而变化。此外,钢化玻璃中的NIS杂质由于钢化和淬火时间短而处于高温状态α相的NIS没有时间转化为低温状态β相NIS,继续α相在钢化玻璃中冻结。在自然储存或正常使用的温度条件下,钢化玻璃α相硫化镍中的不稳定性将经历连续的低速相变。在此相变过程中,NIS会伴随体积膨胀,导致玻璃中局部应力集中,使玻璃承受巨大的相变拉应力,导致玻璃自爆炸。

                                                              在各种缺陷中,硫化镍杂质是最容易引起钢化玻璃自爆的缺陷。根据贝恩现场大量自爆钢化玻璃杂质样品成分分析案例,发现硫化镍占90%以上。如果直接用视觉系统检测玻璃中的缺陷,由于分布在玻璃中的缺陷很小,并且受到玻璃表面污染和灰尘的影响,因此误诊和漏诊率相当高。目前,普通的玻璃缺陷检测系统不能用于安装在幕墙上的玻璃,尤其是安装在高层幕墙上的钢化玻璃,其自爆引起的玻璃碎片高空坠落,严重威胁着人们的生命财产安全。光弹性扫描仪是直接应用于既有建筑工程的玻璃缺陷检测方法和设备,对于提高玻璃的安全可靠使用性能,降低玻璃的自爆率和断裂率,具有重要的现实意义和广阔的应用背景,防止玻璃破裂造成的风险。

                                                              光弹性扫描标准的现状

                                                              目前,光弹性扫描法以GB/T 30020-2013为基础《玻璃缺陷检测方法 光弹扫描法》。 虽然本标准实施后解决了现场检测玻璃异常断裂和自爆风险的问题。但是,随着技术的发展和玻璃品种、规格、环保和节能要求的提高,也存在一些问题。例如,GB/T 30020-2013规定其不适用于夹层玻璃和镀膜玻璃。当时,标准制备组主要从两个方面考虑:一是玻璃涂层可能会影响光弹性测试设备的透射或反射光接收效果,进而影响测试精度;二是夹层玻璃内部薄膜或界面处的气泡无法与玻璃基板中的缺陷区分开来。然而,近年来随着技术的发展和设备光源的改进,它已经能够准确检测Low-E镀膜玻璃的内部缺陷,区分玻璃内部缺陷的分布深度。因此,透明夹层玻璃和镀膜玻璃均可通过光弹性扫描法进行检测,这严重限制了GB/T 30020-2013的实施范围。

                                                              GB/T 30020-2013的另一个问题是缺乏评估自爆风险水平的依据

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