一种改善钢化玻璃应力斑的方法

一种改善钢化玻璃应力斑的方法

周志鹏

深圳市新旗滨科技有限公司广东深圳518067

摘要：本文首先介绍了钢化玻璃应力斑产生的原因，然后分析了影响钢化玻璃应力斑的因素，最后通过在工厂进行现场试验，介绍一种在国内广泛使用的双室钢化炉上，在不改变设备原有结构、采用正常钢化工艺参数设置的情况下，通过改变玻璃在风栅内的运动方式来减轻玻璃的应力斑的方法。

关键词：钢化玻璃；应力斑；通过式

AbstractThispaperfirstintroducesthecausesofstressspotoftemperedglass，thenanalyzesthefactorsthataffectstressspotoftemperedglass，andfinallyintroducesakindofdouble-chambersteelfurnacewidelyusedinChinathroughfieldtestsinfactories.Themethodofreducingthestressspotoftheglassbychangingthewaytheglassmovesinthewindgratewithoutchangingtheoriginalstructureoftheequipmentandadoptingthenormalhardeningprocessparametersetting.

Keywordstemperedglass；stressspot；pass

1前言

近些年来，随着建筑行业的飞速发展及钢化玻璃的广泛应用，作为一种建筑材料，钢化玻璃的性能指标从市场最初关注的平整度、应力值、自爆、室外影像外，钢化玻璃的应力斑对玻璃外观的影响越来越受到市场所关注，过重不均匀的应力斑甚至会影响到镀膜玻璃、彩色釉面玻璃的颜色。特别是澳洲等国外的一些订单，对钢化玻璃的应力斑要求越来越严格，不仅要求玻璃边部无明显过热彩虹斑、玻璃中部局部区域相对其他区域无明显过重的应力斑，而且要求应力斑在玻璃表面整体要轻淡并且均匀。

在国内市场，钢化设备早期普遍采用纯辐射加热方式，近些年来随着钢化设备技术的不断提高，具有高效能的全对流或者“辐射+对流”加热方式的钢化炉被普遍采用，品种有往复单室炉、往复双室炉、连续炉等。不同的设备结构、不同的加热方式、技术人员对工艺参数的调整技术水平、玻璃的装载率等都会影响到玻璃应力斑的形状、位置及严重程度。

2产生钢化玻璃应力斑的原因

玻璃经过钢化处理后，由于钢化处理过程中加热和冷却的不均匀，在玻璃板表面会产生不同的应力分布，由光弹理论可以知道，玻璃中应力的存在会引起光线的双折射现象。光线的双折射现象通过偏振光可以观察。

把钢化玻璃放在偏振光下，可以观察在玻璃板面上不同区域的颜色和明暗变化，这就是人们一般所说的钢化玻璃的应力斑。

在日光中就存在一定成分的偏振光，偏振光的强度受天气和阳光的入射角的影响。

通过偏振光眼镜或以与玻璃垂直方向成较大的角度去观察钢化玻璃，钢化玻璃的应力斑会更加明显。

3影响钢化玻璃应力斑的因素

受钢化设备结构及加工工艺局限性的影响，钢化玻璃在加工过程中，加热不均匀、冷却不均匀的情况尚无法通过技术调整完全避免，只能通过相关的工艺调整避免出现边部明显过热彩虹斑、使玻璃表面应力斑尽量轻淡而且均匀。从设备及加工工艺两方面分析，影响钢化玻璃应力斑的主要因素有：

2.1设备因素

2.1.1设备本身加热和冷却均匀性的影响。设备本身须具备良好的均匀加热和均匀冷却的性能，才能保证玻璃板表面应力分布均匀，是保证应力斑均匀的首要条件。

2.1.2炉膛加热丝、热电偶、钢化风栅风嘴位置形状、传送辊道石棉绳缠绕方式等因素，会影响到钢化玻璃应力斑的形状及位置。

2.1.3炉膛加热元件、功率分区，温度测量、控制方式等因素通过工艺调整方式影响到钢化玻璃应力斑的均匀性。

以上为影响钢化玻璃应力斑的设备因素，不同的钢化设备，因炉膛、风栅结构的不同及控制方式的不同，都会影响到应力斑的形状、位置及均匀性。

另外，玻璃运动方式对玻璃的应力斑的影响也很大。连续炉因玻璃是连续向前走，和往复炉相比，玻璃的热量不会在风栅里聚集，因此连续炉玻璃的冷却效果比往复炉要好，应力斑也会更轻淡均匀。

有些往复钢化炉在玻璃出炉后第一段冷却段为通过式的，玻璃在第二段冷却段内进行摆动完成钢化，玻璃在通过段已经散掉一部分热量在第二段冷却段内钢化冷却时效果会更好。本文所介绍的改善钢化玻璃应力斑的方法，正是受此启发，并通过工厂现场试验得到验证。将在后面详细介绍。

2.2加工工艺因素：

2.2.1工艺参数调整：

玻璃在日常加工过程中，须通过调整炉膛各区炉温、电炉丝功率、对流风机频率等工艺参数尽量使玻璃同一面温度均匀、上下面温度对称，不但最终温度基本相等、在加热过程中也要同时升温，加热初期使玻璃尽量保持平整。并通过调整风栅吹风距离、上下风栅吹风平衡差分阀等保证玻璃快速均匀冷却。

2.2.2加工工艺：

根据不同品种玻璃的性质、尺寸、布局，制定相应的工艺参数，使玻璃在炉膛内均匀加热、在钢化段均匀冷却。

同厚度同品种的玻璃，钢化处理比半钢化处理的玻璃应力斑一般会更轻淡均匀。

另外玻璃的装载率对玻璃的应力斑影响也很大，同样玻璃品种，装载率高时应力斑品质往往比装载率低时差。我们在实际生产中发现，玻璃前后放3片/炉的情况下，前面一片应力斑最轻、中间一片次之、最后一片应力斑最重，半钢化玻璃尤为明显。究其原因，是因为第一片玻璃相对于后面玻璃先进入风栅，冷却效果比后面玻璃要好，因此应力斑更好些。实际生产中，对一些对应力斑要求比较严格的订单，经常会以牺牲玻璃的装载率来改善玻璃应力斑的品质。

4一种改善钢化玻璃应力斑的方法

下面通过试验的方式，介绍一种在我司双室钢化炉上，通过改变玻璃在风栅中的运动方式，来改善钢化玻璃应力斑的方法。

为增强对比效果，试验玻璃选取：8mm*360mm*1100mm，2片/炉，加工半钢化；玻璃上片、加热方式相同。

正常加工工艺中，冷却风栅第一段急冷段为往复摆动方式，第二段冷却段为往复摆动方式，第三段后冷却段为往复摆动方式。本试验是将第一段急冷段通过设置急冷时间为0，使玻璃直接通过急冷段进入冷却段进行钢化，在后冷却段进行冷却。急冷段、冷却段风压及吹风距离与急冷段正常加工工艺时设置相同，冷却段冷却时间与正常工艺时急冷段急冷时间相同，后冷却段冷却时间为正常加工工艺中冷却段与后冷却段冷却时间之和。

两种方式分别加工的玻璃，下面衬黑布，通过偏光镜观察应力斑效果进行比较。

以下是试验详细过程：

4.1试验方法：

4.1.1上片段：2片玻璃一前一后打直放，玻璃进炉总长度为6000mm（前后满载），见图1

4.1.2加热与加热：预热时间190s；加热时间190s；出炉速度500mm/s，见图1

图1正常加热方式

4.2按照正常工艺加工：见图2

4.2.1设置出栅速度400mm/s；

4.2.2玻璃在急冷段往复摆动完成钢化，急冷时间170s，急冷风压为15%（1台风机）；急冷段上吹风距离设置为72mm，急冷下吹风距离设置为64mm。

4.2.3玻璃分别在冷却段、后冷却段做往复摆动完成冷却，冷却时间分别为100s，冷却风压分别为60%。

图2急冷段正常钢化方式

4.3按照通过式工艺加工：见图3

4.3.1设置出栅速度=出炉速度=500mm/s；

4.3.2玻璃直接通过急冷段，急冷时间设置为0s，急冷风压设置为15%（1台风机），急冷段上吹风距离设置为72mm，急冷下吹风距离设置为64mm。

4.3.3玻璃在冷却段完成钢化，冷却时间设置为170s，冷却风压设置为15%；冷却段上吹风距离设置为72mm，急冷下吹风距离设置为64mm。

4.3.4玻璃在后冷却段完成冷却，冷却时间设置为200s，冷却风压设置为60%；因后冷却段和冷却段在上位机为同一时间及风压设置，在冷却段完成后需及时将冷却时间、冷却风压手动更改。

图3急冷段通过式钢化方式

4.3试验效果比较，比较方法如下：见图4

将第4项4.2项按照正常工艺加工、4.3项按照通过式工艺加工的的玻璃放置在一块黑布上，用偏光镜观察应力斑，进行比较。

将偏光镜放置在镜头后面拍摄的图片如图4，其中左边为4.2项为按照正常工艺加工的第一片玻璃；右边为4.3项按照通过式工艺加工的第一片玻璃。

图4急冷段正常工艺与急冷段通过式工艺效果比较

4.3试验结论：

通过式加工的玻璃比正常工艺加工的玻璃应力斑轻。

4.4试验原理分析：

正常加工工艺和通过式加工工艺比较，在玻璃加热和冷却条件相同的情况下，玻璃在冷却段完成钢化时的风栅环境温度要低于玻璃在急冷段完成钢化时风栅的环境温度，也就是采用通过式工艺加工，玻璃钢化过程中的冷却效果更好，从而应力斑更轻。

参考文献：

[1]GB15763.2-2005建筑用安全玻璃第2部分：钢化玻璃

[2]白振中.工程玻璃深加工技术手册.中国建材出版社.2014.4

作者简介

周志鹏（ZhouZhipeng），1969年1月生，男，钢化主任工程师；工作单位：深圳市新旗滨科技有限公司设备管理中心；地址：深圳市南山区科技中二路劲嘉大厦11楼，邮编：518067，电话：18028771685，E-mail：18664557784@126.com.