玻璃應(yīng)力測試方法

前言

本標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容參考了美國材料試驗協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)ASTMC1279:1994《退火玻璃、半鋼化玻璃、鋼化玻璃的表面應(yīng)力和邊緣應(yīng)力無損光彈測量試驗方法》,ASTMC1048:1992《熱處理平板玻璃一HS類、FT類涂層和非涂層玻璃》和日本工業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)71SR3222:1990《半鋼化玻璃》起草。

本標(biāo)準(zhǔn)中表面應(yīng)力的測量程序參照GB 17841-1999((幕墻用鋼化玻璃與半鋼化玻璃》編寫。

本標(biāo)準(zhǔn)由國家建筑材料工業(yè)局提出。

本標(biāo)準(zhǔn)由中國建筑材料科學(xué)研究院玻璃科學(xué)與特種玻璃纖維研究所歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國建筑材料科學(xué)研究院玻璃科學(xué)

深圳市田野儀器有限公司

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：肖鵬軍、張大順、韓 松、王 樂、李福江。

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)

1范圍

   本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了玻璃表面應(yīng)力和邊緣應(yīng)力測試的方法。表面應(yīng)力測試方法適用于浮法玻璃制造的鋼化玻璃、半鋼化玻璃，化學(xué)鋼化玻璃可參照使用本方法；邊緣應(yīng)力測試方法適用于鋼化玻璃、半鋼化玻璃、退火玻璃。

    本測試方法為無損測量的測試方法。

2 引用標(biāo)準(zhǔn)

   下列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn)出版時，所示版本均為有效，所有標(biāo)準(zhǔn)都會被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)Zui新版本的可能性。

    GB 17841-1999 幕墻用鋼化玻璃與半鋼化玻璃（ne:1990)

    JC/T 632-1996 汽車安全玻璃術(shù)語

3 定義

    本標(biāo)準(zhǔn)采用 JC/T 632中的相關(guān)術(shù)語及下列定義。

3.1分析鏡 analysis

    一種光學(xué)裝置，由光軸相互垂直的兩個偏振片構(gòu)成。放置于被測試樣和觀測者之間。

4 測試方法

4.1 表面應(yīng)力測試

4.1.1 測試原理

   表面應(yīng)力儀的測試原理是利用浮法玻璃表面錫擴(kuò)散層的光波導(dǎo)效應(yīng)來進(jìn)行測量。從光源（白熾燈）發(fā)出的發(fā)散光經(jīng)過狹縫，由高折射率柱面棱鏡匯聚后變成平行光，通過調(diào)節(jié)光源位置，使一束平行光以臨界角人射至玻璃與棱鏡的交界面，由于玻璃表面存在應(yīng)力，光線分解成為兩個振動面相互垂直的矢量光，這兩束光在浮法玻璃的錫擴(kuò)散層中傳播速度是不同的，因此以不同的全反射角折射到棱鏡。從棱鏡射出的光經(jīng)反光鏡反射進(jìn)入干涉濾光片，由望遠(yuǎn)物鏡系統(tǒng)聚焦，再經(jīng)過分析鏡后在分劃板呈像而形成一個明暗臺階圖像。通過測微目鏡可以測量臺階的高度。

4.1.2 測試用試劑

    采用折射率為1.540 0的折射率油。

4.1.3 測試裝置

   表面應(yīng)力儀主要由光源、高折射率棱鏡、望遠(yuǎn)物鏡系統(tǒng)、測微目鏡構(gòu)成，儀器的構(gòu)造如圖1所示：

4.1.4 試樣的制備和保存

   以制品為試樣。如果試樣錫擴(kuò)散層的表面有涂層，如幕墻玻璃的陶瓷涂層，應(yīng)先用氫氟酸或砂布除去涂層。為了避免熱應(yīng)力的產(chǎn)生，試樣的內(nèi)部至外部應(yīng)與周圍的環(huán)境溫度保持一致。

4.1.5 表面應(yīng)力測量點(diǎn)的確定

    表面應(yīng)力測量點(diǎn)由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)確定。

4.1.6 測試程序

    a）將被測試樣的錫擴(kuò)散層朝上水平放置；

    b）在被測點(diǎn)滴上1-2滴折射率油；

    c) 將儀器棱鏡部位放置在被測點(diǎn)處；

    d）調(diào)整光源的位置、狹縫位置以及反光鏡角度，使視場內(nèi)出現(xiàn)明暗臺階圖像；

    e）用測微目鏡讀出臺階的高度d，到0. 01 mm;

    f）壓應(yīng)力和拉應(yīng)力由圖2確定。

4.1.7 測試結(jié)果計算

    表面應(yīng)力的計算公式如式（1）：

σ＝Kd…………………………………………（1）

式中：σ——表面應(yīng)力，MPa;

      K——儀器常數(shù)，K=352 MPa/mm;

      D——臺階高度，mm,

4.1.8 測試報告

    報告應(yīng)包括如下內(nèi)容：

    a) 試樣名稱、種類、厚度和編號；

    b）測量點(diǎn)的位置；

    c）每個測量位置的臺階高度值和計算的應(yīng)力值；

    d）測試單位、測試日期及測試人員簽字。

4.2 邊緣應(yīng)力測試

4.2.1 測試原理

   將試樣置人平面偏振光場中，旋轉(zhuǎn)起偏振片及檢偏振片，使兩偏振軸保持正交并與試樣主應(yīng)力方向成45°角，試樣的主應(yīng)力方向與試樣邊部平行或垂直。將一塊1/4波片置人靠近檢偏振片左端光路中，并使其快、慢軸與偏振軸平行。通過轉(zhuǎn)動檢偏鏡進(jìn)行補(bǔ)償，得到補(bǔ)償角度。

4.2.2 測試裝置

   邊緣應(yīng)力儀主要由光源、起偏振片、檢偏振片、1/4波片等四部分構(gòu)成。儀器的構(gòu)造如圖3所示。

4.2.3 試樣

   以制品為試樣，如果試樣邊部有涂層，如幕墻玻璃的陶瓷涂層、汽車用安全玻璃的釉面，先用氫氟酸或砂布去除涂層。為了避免熱應(yīng)力的產(chǎn)生，試樣的內(nèi)部至外部應(yīng)與周圍的環(huán)境溫度保持一致。

4.2.4 邊緣應(yīng)力測量點(diǎn)的確定

    邊緣應(yīng)力測量點(diǎn)取每條邊的中部。

4.2.5 測試程序

    a）接通儀器光源，使起偏振片和檢偏振片相互垂直并處于初始位置，此時視場為均勻黑暗。

   b)在起偏振片和1/4波片之間放人被測試樣。使試樣主應(yīng)力方向與偏振軸方向成45°角。

   c）此時在視場中可以看到試樣邊緣由于應(yīng)力而產(chǎn)生的光干涉圖，見圖4a。距邊緣一定距離處有一條與邊緣相平行的粗黑條紋，這是應(yīng)力為零的區(qū)域。黑條紋的下方區(qū)域為壓應(yīng)力區(qū)，黑條紋的上方區(qū)域為拉應(yīng)力區(qū)。拉應(yīng)力或壓應(yīng)力方向也可由檢偏振片補(bǔ)償時的旋轉(zhuǎn)方向來確定。檢偏振片往“＋”號方向旋轉(zhuǎn)表示所測應(yīng)力為拉應(yīng)力，反之，往“一”方向旋轉(zhuǎn)表示所測應(yīng)力為壓應(yīng)力。

    d）將檢偏振片往“一”方向旋轉(zhuǎn)，使黑色零級條紋的中心線移動到試樣的邊緣 ，見圖4b。此時得到轉(zhuǎn)角θ1。如果試樣的邊部經(jīng)過磨邊或倒角處理，直接得到θ1是不可能的；因此可以采取距離試樣邊部等間距處測量，得到轉(zhuǎn)角，通過延長線的方法得到θ1。例如，磨邊厚度距邊部0. 4 mm，則可以在距邊部0.5 mm, l. 0 mm, l. 5 mm, 2. 0 mm, 2. 5mm處測量，得到相應(yīng)的角度，通過光滑曲線將各點(diǎn)連接并延長與θ軸相交于θ1，見圖5。

   e）將檢偏振片往“十”方向旋轉(zhuǎn)，使黑色零級條紋遠(yuǎn)離邊部，直至黑色零級條紋的上方狹長區(qū)域變?yōu)閆ui暗為止，見圖4c。此時得到轉(zhuǎn)角θ2

    f)當(dāng)試樣邊部出現(xiàn)多級條紋時，零級條紋為黑色，以后條紋顏色變化由紅到紫，再變?yōu)楹?，其顏色會重?fù)出現(xiàn)，依次出現(xiàn)的紫色條紋級數(shù)依次為1級，2級，3級……。移動靠近測量點(diǎn)的低級紫色條紋到所需的測量點(diǎn)，得到轉(zhuǎn)角θ3。如果彩色條紋有二條，紫色條紋的整級數(shù)應(yīng)為2，見圖4d。此時角度0的計算公式如式（2）。

θ＝n×180°+θ0……………………（2）

式中：n——條紋整級數(shù)；

      θ0——取θ1或θ2或θ3,θ1為邊部Zui大壓應(yīng)力對應(yīng)的轉(zhuǎn)角；θ2為邊部Zui大拉應(yīng)力對應(yīng)的轉(zhuǎn)角；θ3為邊部應(yīng)力對應(yīng)的轉(zhuǎn)角。

注：如條紋級數(shù)超過二級以上時，可增加干色濾光片以便觀察。

4.2.6 測試結(jié)果計算

邊緣應(yīng)力的計算公式如式（3）：

σ＝Kθ/t……………………………………（3）

式中

σ——試樣的Zui大邊緣應(yīng)力，MPa ;

K——儀器常數(shù)，K=1. 11 MPa/m;

θ——邊部Zui大應(yīng)力對應(yīng)的轉(zhuǎn)角，（°）；

t——試樣測量點(diǎn)處的厚度，mm,

    注：夾層玻璃測量點(diǎn)處的厚度應(yīng)為試樣總厚度減去膠片厚度。

4.2.7 測試報告

    a）試樣名稱、種類、厚度和編號；

    b) 測量點(diǎn)的位置；

    c）每個測量位置的轉(zhuǎn)角和被測點(diǎn)的厚度；

    d）計算的應(yīng)力值；

    e) 測試單位、測試日期及測試人員簽字。