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ICSCCSQ34中华人民共和家标准GB/TXXXXX—XXXX玻璃缺陷检测方法光弹扫描法Testmethodforthedefectsofglass一Photoelasticscanningmethod(征求意见稿)xxxx・xx-xx实施本文件按照GB/T
1.1—2020《标准化工作导那么第1局部标准化文件的结构和起草规那么》的规定起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承当识别专利的责任本文件代替GB/T30020-2013《玻璃缺陷检测方法光弹扫描法》与GB/T30020-2013相比,除编辑性修改外主要技术变化如下——修订了范围(见12013年版的1);——增加了标准性引用文件(见2);——修订了术语和定义(见32013年版的2);——增加了数码放大镜(见
5.5);——删除了扫描移动方式(见2013年版的
5.3);——删除了图像分析(见2013年版的
5.4);——增加了缺陷分类(见7);——增加了钢化玻璃自爆风险评估(见8)o本文件由中国建筑材料联合会提出本文件由全国工业玻璃和特种玻璃标准化技术委员会(SAC/TC447)归口本文件起草单位本标准主要起草人玻璃缺陷检测方法光弹扫描法1范围本文件规定了采用光弹扫描法检测玻璃缺陷的术语和定义、检测原理、检测装置、现场检测、缺陷分类、钢化玻璃自爆风险评估、检测记录及检测报告本文件适用于玻璃及其由其组合的制品本文件不适用于外表经非透明处理的玻璃本文件既可用于服役中的玻璃缺陷检测,也可以用于玻璃缺陷在出厂前的检测,根据钢化玻璃内部含缺陷的类型,还可评估其自爆风险等级2标准性引用文件以下文件中的内容通过文中的标准性引用而构本钱文件必不可少的条款其中,注日期的引用文件仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件GB11614平板玻璃术语和定义以下术语和定义适用于本文件
3.1光弹扫描法photoelasticscanningmethod利用偏振光扫描被测玻璃,通过应力集中光斑确定玻璃缺陷位置的方法通常包含透射式和反射式
3.2透射式光弹法transmissionphotoelasticmethod偏振光从玻璃的一侧垂直透过玻璃到达玻璃另一侧检偏器的检测方法
3.3反射式光弹法reflectionphotoelasticmethod偏振光从45度角入射,然后经玻璃外表反射到同一侧的检偏器上的检测方法检测原理分布于玻璃内部的气泡、异质颗粒等缺陷易在其周围形成应力集中,当被测玻璃置于偏振光场中会观测到玻璃内部应力集中引起的双折射场信息,其特征为光斑突变通过移动光弹检测仪,对被测玻璃进行扫描寻找光斑突变点,以此间接检测玻璃内部缺陷检测装置
5.1透射式光弹仪如图1所示,透射式光弹仪由起偏器、检偏器、图像采集系统、暗箱、计算机及图像分析系统构成起偏器由平面光源、有机平板玻璃及起偏片组成,检偏器由有机平板玻璃及检偏片组成起偏器和检偏器分别正相对置于被测玻璃的两面,偏振光垂直入射通过被测玻璃后到达检偏器平面光源光照强度应大于lOOLux图像采集系统、暗箱固定在检偏器后面,与检偏片之间的距离由视场的大小决定标引序号说明1平面光源;—有机玻璃平板;—起偏片;—被测玻璃;5检偏片;—有机玻璃平板;—暗箱;8图像采集系统;9——数据连接线10一计算机及图像分析系统图1透射式光弹仪结构示意图
5.2反射式光弹仪如图2所示,反射式光弹仪构成部件与透射式光弹仪相同起偏器和检偏器都在被测玻璃的同一侧偏振光沿45度入射角照射在玻璃外表,并沿-45度反射角反射至检偏器平面光源及图像采集与分析系统应满足
5.1中要求标引序号说明1平面光源;—有机玻璃平板;—起偏片;—检偏片;—有机玻璃平板;6暗箱;—图像采集系统;—被测玻璃;—数据连接线—计算机及图像分析系统图2反射式光弹仪结构示意图
5.3图像米集系统应采用分辨率高于200万像素的工业相机
5.4图像分析系统由计算机、蜂鸣器和分析软件构成,应能自动识别缺陷引起的应力集中光斑突变图像并报警
5.5数码放大镜放大倍数应高于60倍,景深大于12mm应能读取及识别玻璃外表及内部缺陷的颜色、尺寸、离玻璃外表深度并拍照现场检测
6.1透射式检测按如下程序进行a)确定玻璃外表洁净程度,如玻璃外表污渍、灰尘等明显影响玻璃透光及透明时,应首先对玻璃外表进行清洁;b)将透射式光弹仪的起偏器和检偏器分别置于被测玻璃的两面并对齐,翻开平面光源电源,偏振光通过玻璃到达检偏器;C)对被测玻璃面板进行扫描,扫描移动方式可以是手持移动,也可以采用机械携带设备移动扫描移动方向可以水平移动,也可以垂直移动,扫描移动速度不高于50mm/s;d)由工业相机采集扫描过程中玻璃应力双折射场信息图像,并传输到图像分析系统进行自动分析识别;e)假设图像分析系统没发生报警,那么同步移动起偏器和检偏器到旁边相邻位置进行下一次检测,直至出现报警信号;f)对报警信号对应的应力集中光斑突变点采用数码放大镜进行进一步分析,以确定缺陷的颜色、分布深度、类型和大小g)按以上程序,完成被测玻璃全面域扫描,并记录含缺陷玻璃的位置及缺陷信息适用于单片及多层复合玻璃检测注缺陷引起的应力集中光斑突变图像也可采用人工肉眼识别
6.2反射式检测按如下程序进行a)按
6.1节中要求,清洁玻璃外表;b)将反射式光弹仪置于玻璃的一面(如为镀膜玻璃、涂膜玻璃,那么反射式光弹仪应置于非镀膜或涂膜面),如另一面有影响检测效果的干扰光线,应用深色的遮光布或遮光板盖住另一面,也可选择在晚上进行检测,以防止阳光光线影响;c)反射式检测扫描方式、图像采集及分析与识别、缺陷信息记录等应满足
6.1中要求缺陷分类根据现场检测结果,应按以下方法进行缺陷分类及记录a)异质颗粒可表现为不同形貌,记录异质颗粒的形貌、颜色、离外表深度及最大尺寸颜色可分为浅色及深色;b)气泡一般表现为圆形或椭圆形,记录气泡的最大尺寸;c)其他类型缺陷如需根据内部缺陷评估被测钢化玻璃自爆风险等级,宜根据如下方法划分为4个风险等级——/级不易发生自爆风险对于玻璃内部无异质颗粒、气泡等缺陷的玻璃,其自爆概率极低——确级自爆风险较低对于内部存在气泡及分布于离玻璃外表深度小于
0.2/7的异质颗粒的玻璃,其自爆风险较低一口级存在一定自爆风险对于内部存在分布于离玻璃外表深度在
0.2/z〜
0.5/7之间的单个或多个浅色异质颗粒,其具有一定的自爆风险一u级较易发生自爆对于内部存在分布于离玻璃外表深度在
0.2/1〜
0.5人之间的单个或多个深色异质颗粒,其具有较高的自爆风险注人为被测玻璃的厚度检测记录根据检测结果,提供扫描图像中的缺陷信息及位置,统计被测玻璃缺陷含量是否超出GB11614中对玻璃点状缺陷规定的含量值检测报告检测报告应包括以下内容a)检测时间、报告时间;b)被测玻璃有关信息(规格、尺寸、类型);C)设备型号、扫描方式;d)缺陷类型、颜色、数量、分布位置;e)如有需求,应提供被测钢化玻璃含缺陷类型及自爆风险等级;f)检测单位和报告编制、审核及批准人员《玻璃缺陷检测方法光弹扫描法》国家标准编制说明(征求意见稿)标准编制组目录
一、工作简况1
二、标准编制原那么和主要内容4
七、标准性质的建议说明27
八、贯彻标准的要求和措施建议27
九、废止现行相关标准的建议27
十、其它应予说明的事项
28、工作简况1任务来源根据国家标准化管理委员会文件(国标委发
[2021]19号)“关于下达2021年推荐性国家标准修订方案及相关标准外文版方案的通知”(方案号20211884-T-609)由中国建材检验认证集团股份主要负责起草国家标准《玻璃缺陷检测方法光弹扫描法》编制工作技术归口单位为全国工业玻璃和特种玻璃标准化技术委员会(SAC/TC447)o2目的意义玻璃材料在我国得到了广泛应用,我国是玻璃生产和应用量最大的国家由于玻璃生产工艺本身等原因,造成玻璃内部不可防止产生一些如结石、气泡、不均匀性等缺陷对于任何一种分布于玻璃内部的杂质缺陷而言,因其与玻璃物料本身的物理力学性能参数不匹配,致使在熔融的玻璃料冷却成型后,会在其周边形成应力集中,且这种应力集中会随玻璃服役环境的变化而变化另外,钢化玻璃内部存在的NiS杂质在玻璃钢化淬冷时由于时间很短,高温态的a相的NiS来不及转化为低温态的B相NiS继续以a相被冻结在钢化玻璃中而在自然存放或正常使用的温度条件下,钢化玻璃中的不稳定的a相硫化镣会发生持续的低速相变,在这一相变过程NiS会伴随着体积的膨胀扩张,从而在玻璃内部产生局部应力集中,致使玻璃承受巨大的相变张应力,从而导致钢化玻璃自爆含缺陷的钢化玻璃具有较高的自爆风险,我国钢化玻璃已经大量应用于建筑、汽车、家具、电器等领域,然而,由于玻璃原片中含有各种异质颗粒及气泡等缺陷,造成被钢化后玻璃自爆现象屡见不鲜引起钢化玻璃自爆最主要原因是玻璃内部含有各种缺陷导致的,而各种缺陷中,最易引发钢化玻璃自爆的是硫化镣杂质据现场对已自爆的钢化玻璃杂质取样进行成分分析,发现硫化镣约占90%以上对于直接采用视觉系统检测玻璃内部的缺陷,因分布于玻璃内部的缺陷体积微小,且受玻璃外表的污染及灰尘影响,其误诊和漏诊率相当高,目前,普通的玻璃缺陷检测系统也无法用于已安装于幕墙上的玻璃,特别是对于那些安装于高层幕墙上的钢化玻璃,因其自爆引发的玻璃碎片高空撒落,严重威胁着人们的生命及财产平安因此,实现一种能在既有建筑工程上直接应用的玻璃缺陷检测方法及设备,对提升玻璃平安与可靠服役性能,降低玻璃自爆及破裂率,预防玻璃破裂带来的风险具有重要的现实意义及广阔的应用背景因玻璃材料是一种典型的光弹性材料,玻璃内部的缺陷附近的应力集中可以表现出明显的应力集中光斑,且这种应力集中光斑越明显,说明其应力集中越大玻璃的自爆风险越高同时,因应力集中光斑其图像特征尺寸是缺陷母体直径的1-2倍,并与玻璃外表灰尘形成的干扰存在明显的区别,因此,通过间接采用检测玻璃内部缺陷附近的应力集中光斑,不仅可以更加精确检测到玻璃内部的缺陷,而且抗玻璃外表灰尘干扰带来的误诊也越强同时,设备的小型化和轻型化也易于携带至任何地方进行检测基于以上原因,中国建材检验认证集团股份有限公司等单位提出了基于光弹法的玻璃缺陷检测技术,并编制了《玻璃缺陷检测方法光弹扫描法》GB/T30020-2013该标准从开始实施至今巳经获得了良好的效果,解决了大量玻璃幕墙工程的幕墙玻璃自爆风险现场检测难题但随着我国玻璃深加工技术的开展及幕墙工程对玻璃规格、品种及节能的要求,GB/T30020-2013实施,目前已存在如下两个问题亟待解决该标准中的适用范围规定了不能适用于夹层玻璃、镀膜玻璃当时标准编制组主要一是考虑玻璃镀膜后,可能会影响光弹检测设备的透射或反射光的接收效果,进而影响检测精度,二是考虑夹层玻璃内部胶片或界面处的气泡也无法与玻璃基片中的缺陷进行区分但随着近几年技术的开展及对设备光源的改良,目前已经具备精确检测Low-E镀膜玻璃内部缺陷的能力及分辨玻璃内部缺陷的分布深度,因此,透光夹层玻璃及镀膜玻璃目前均已经可以检测特别是,因应用于幕墙上的中空玻璃外片根本为镀膜玻璃,而其自爆引发的风险也最大,是最需检测的部位,而现行国家标准限制了使用范围,从而严重制约了该标准的应用实施;该标准缺乏对检测到的缺陷引发的自爆风险进行进一步分级,致使检测后,因含缺陷的玻璃量过大,从而导致无法指导使用方对含缺陷玻璃如何进行下步平安防护处理通过近多年来对大量玻璃原片及钢化玻璃缺陷进行检测,发现含直径在
0.1mm以上的缺陷的玻璃占总数的10%-20%以上,如对这些含缺陷玻璃全部进行更换,那么实施上存在难度,可行性较低其实,钢化玻璃自爆风险与其含缺陷类型、分布位置等因素有关,大局部缺陷如气泡等引起钢化玻璃自爆风险较低,属于良性缺陷,而一些深色杂质等缺陷引发自爆风险相对较高,分布在压应力区的缺陷引发自爆风险也相对较低因此,有必要对检测到的缺陷进行进一步分析,并对其自爆风险进行分级标准化,对于自爆风险等级较低的缺陷,可以加强平安维护处理即可,不需更换,而对自爆风险等级较高的玻璃建议采取更换处理为促进光弹扫描法检测玻璃缺陷在工程应用,根据中国建材检验认证集团近几年对设备的改良及大量工程实践应用经验,特提出《玻璃缺陷检测方法光弹扫描法》GB/T30020-2013标准的修订,这对进一步推动我国玻璃质量提升与平安应用具有重要意义3标准的编制工作过程
3.1预研阶段该标准的提出是在GB/T30020-2013根底上提出的立项之前,标准起草单位对国内的大专院校、科研院所、玻璃企业、幕墙企业及玻璃用户等单位进行了大量调研,对标准的检测理论、方法及设备进行了广泛研究2019年1月~2019年12月,对测试设备进行了升级和改良,并确定了设备的根本组成局部同时2020年1月〜2020年10月,对工程中不同规格的幕墙玻璃进行了试验测试,改进了试验程序和方法在原有标准文本根底上,2020年10月-12月进行了标准草案编写
3.2起草阶段在标准草案完成根底上,为了确定标准的具体参数,标准编制组广泛搜集国内外相关技术进行研究,利用用户走访、座谈会和征求意见等方式,结合行业应用需求,以确定标准的检测内容及方法2021年1月-5月分别选择了玻璃深加工企业的玻璃原片及既有幕墙工程的不同种类的玻璃产品进行了试验及验证,确定了方法的适用范围、影响因素及改良措施等根据测试、验证比对认证情况,又屡次邀请相关部门专家参加征求意见座谈会,在进一步采纳相关建议的根底上,依据多种形式所征求到的意见和建议,结合国外先进企业标准指标要求,综合考量,屡次对标准草案框架进行研讨并修改文本,完成根底数据采集工作,确定了各项技术指标,补充完善标准内容,于2021年7月底完成了标准征求意见稿、标准编制说明及有关附件的编写4标准的编制工作任务分工该标准编制工作主要起草单位及起草人的任务分工见下表
二、标准编制原那么和主要内容1标准编制原那么本标准严格遵照GB/T
1.1-2020《标准化工作导那么第1局部标准化文件的结构和起草规那么》的规定起草的有关规定,积极采用行业标准和国外先进技术指标,本着促进技术进步,提高产品质量;合理利用资源,提高经济效益;满足用户要求,促进对外贸易的原那么编写2标准的主要内容本标准是在国内大量玻璃产品应用建筑、汽车、家用器件等领域,但玻璃因自身含缺陷而引起大量不正常破裂的背景下提出来的,通过收集国内外典型的、用户使用的产品进行测试、验证,将测试、验证数据进行整理分析,综合考量后确定相关试验方法及各项技术指标范围,具备广泛性、代表性和合理性
2.1标准范围本标准规定了采用光弹扫描法检测玻璃缺陷的术语和定义、检测原理、检测装置、现场检测、缺陷分类、钢化玻璃自爆风险评估、检测记录及检测报告本标准适用于玻璃及其由其组合的制品本标准不适用于外表经非透明处理的玻璃本标准既可用于服役中的玻璃缺陷检测,也可以用于玻璃缺陷在出厂前的检测,根据钢化玻璃内部含缺陷的类型,还可评估其自爆风险等级另外,对于未安装上墙的钢化玻璃,或钢化玻璃生产线上缺陷筛查等,均可采用本方法执行
2.2标准性引用文件本标准对缺陷含量引用了GB11614平板玻璃的规定
2.3术语和定义常用术语中对光弹扫描法、透射式光弹法、反射式光弹法等常见名词从形态、表现形式等方面进行了表述
2.4原理对本检测采用的方法原理进行了概述本标准的目的通过光弹性原理来查找玻璃内部的应力集中光斑,从而间接检测到玻璃内部的缺陷光弹法是实验应力分析的一种根本方法,是基于平面应力-光性定律提出来的已被广泛用于测试汽车玻璃的边缘应力钢化玻璃的剩余应力等光弹性原理如图1所示光源发出的光束经准光镜变为平行光通过起偏振镜后,变成只在一个平面内振动的平面偏振光,此时平面偏振光通过模型会按照两个主应力方向进行分解,通过受力模型后出来的偏振光有了光程差然后又全在一起通过第二个偏振片,也就是检偏镜,最后在屏幕上成像通常起偏振镜的偏振轴P与检偏振镜的偏振轴A是正交的(如图1所示),这样组成的在屏幕上光场背景是暗的,称为暗场,假设两偏振镜的偏振轴相平行,此时背景是亮的,称为明场各项同性透明的非晶体材料,例如聚碳酸酯、环氧树脂、玻璃、透明塑料等材料,在无应力状态下没有双折射性质当这种材料产生应力后,它们的性质如同各向异性晶体一样,产生双折射现象当应力解除后,这种双折射效应会消失,这就是暂时双折射现象当此种受力模型置于偏振光场中,就会观察到由这种暂时双折射而引起的干预条纹原因是,在通过受力模型后,这两支平面偏振光波使产生了光程差5平面应力光定律指出,此光程差5由下式表示S=Cf(CT]-%)
(1)式中C—材料的应力光学系数,与模型材料及光波波长有关t—模型厚度b]一该点的主应力差通过检偏振镜后,模型上任一点的光强由下式示L=Lsin220・sin之——
(2)10人式中/是起偏镜后光的强度,人是所用光源的波长(单色光)为模型上任一点的主应力与检偏振镜偏振轴之间的夹角将
(1)代入
(2)式可得/=IQsin220-sin2
(3)1°2受力模型上任一点的应力差[-外和均不相同,因此在屏幕上各点的亮度不一样,即在屏幕上形成明暗相间的条纹通过对条纹值的读取可以知道受力模型内部的应力大小检偏校图1光弹性原理示意图影响夹杂物附近应力分布主要有夹杂物的尺寸,夹杂物的材料参数及夹杂物的形状其中夹杂物附近的应力奇异性可用应力集中系数表示(有夹杂物与无夹杂物情况下该处最大应力比值)通过ANSYSI具软件,分别计算了不同夹杂物大小、夹杂物不同弹性模量(采用夹杂物弹性模量与玻璃弹性模量比值E杂/E玻表征)及不同夹杂物形状(采用椭圆系数a/b表征)的应力集中系数,结果见表lo由表可以看出,在相同情况下夹杂物大小对其周围应力分布有一定的影响,随着夹杂物的尺寸增大,其附近的应力集中系数增加明显,这说明夹杂物颗粒越大,其对玻璃带来的危险越大夹杂物的弹性模量与玻璃的弹性模量相差越大,那么其附近的应力集中现象也越大,而且因软质夹杂物(弹性模量小于玻璃)引起的应力集中现象明显高于硬质夹杂物,这说明软质夹杂物给玻璃带来的危害更大对于夹杂物形状,随着a/b增大时,应力集中明显增大,应力集中区域在椭圆的两个极点上因此,当检测到玻璃中那些含有较大的形状较为锋利的夹杂物时,应需考虑它给玻璃带来的危害表1不同夹杂物分布状态下的应力集中系数表(说明表中E杂为夹杂物的弹性模量,E玻为玻璃的弹性模量)以上分析的是一个单独的夹杂物的应力分布场,其实,夹杂物相互分布位置也会对它们之间的应力分布产生影响,当两夹杂物相互靠近比拟近时,它们之间相互带来的影响是不可忽略的为此,我们分析了两个夹杂物不同间距下的应力集中现象,通过分析说明,这种影响不仅与夹杂物的相互间距的距离有关,还与玻璃材料的受力方向有关当两夹杂物中心连接线方向与受力方向垂直时,在两夹杂物之间存在明显的应力集中区域,见图2(a)而且随着夹杂物相距更近时应力集中系数也更大但在两夹杂物位置方向与受力方向平行时,应力集中现象改变不明显,见图2(b)-图2两靠近夹杂物附近第一主应力分布云图图3是通过ANSYS分析得到的玻璃内部含有一个夹杂物直径为1mm在温度降温为400°C情况下其附近的第一主应力分布图,其中图3a为夹杂物膨胀系数为玻璃的
0.5倍,图3b为夹杂物膨胀系数为玻璃的2倍分析结果说明降温过程中夹杂物周边确实有较大的应力集中,而且这种应力梯度随颗粒尺寸的增大而增大,也就是说,颗粒越大,存在拉应力的厚度层越大,也就越容易导致玻璃破坏从计算结果来看,只要材料参数和温度参数给定,夹杂物边缘的最大拉应力就可以算出,而且该应力峰值与夹杂物颗粒大小无关但当颗粒很小的时候往往不会导致破裂,这是由于应力所占的空间缺乏以使得断裂发生,根据均强度准那么,脆性材料的断裂起始取决于跟材料性能相关的区域内的平均应力,而不是取决于一点的应力峰值因此,小颗粒边缘一点的应力峰值虽然到达强度值,但不能引起开裂b颗粒膨胀系数大于玻璃图3ANSYS分析因降温过程导致夹杂物附近的第一主应力云图夹杂物的形貌对周边热剩余应力也具有重要影响,由图4可以看出,在异形夹杂物附近,因温度变化导致的应力变化明显分布不均匀,其中椭圆形夹杂物在长轴两端点处应力更大,见图4ao而带有尖角的夹杂物最大应力在尖角附近,见图4boab图4夹杂物附近剩余应力分布云图玻璃是一种典型的脆性材料,夹杂物周围萌生裂纹是引发玻璃突发破裂的一个重要因素夹杂物周围萌生的疲劳裂纹通常有三种形式夹杂开裂、夹杂与玻璃基体材料的脱裂以及基体材料中滑移线上的开裂夹杂物造成不同形式的疲劳裂纹萌生,主要原因是夹杂物与基体在弹塑性和热塑性上存在差异对于热膨胀系数大于基体的夹杂物,在热处理后它比周围材料缩收的快,使夹杂物与基体交界处产生拉应力,削弱了夹杂物与基体的结合强度,易导致夹杂物与基体脱开,造成应力集中而萌生裂纹萌生的裂纹受夹杂物的形状、取向等因素随机影响夹杂物的热膨胀系数小于基体时,在冷却过程中,它比周围基体缩收的慢,造成夹杂物受压应力作用,而使夹杂物与基体的交界面能够传递应力,此时夹杂物自身的弹塑性将影响疲劳裂纹的萌生形式玻璃夹杂物裂纹萌生主要有以下两个方面1夹杂物的弹性模量大于周围的基体,在加载过程中,夹杂物将承受较大的荷载,而易发生自身断裂萌生疲劳裂纹此时,根据前面分析,由于应力集中区在夹杂物的两极点上,因裂纹的扩展受到局部应力的影响,最大应力靠近夹杂物的极点,疲劳裂纹易在这一位置萌生2夹杂物的模量小于基体,在加载过程中,它将承受较小的荷载而使其周围基体的应力升高,易引发滑移带的产生而使基体开裂萌生疲劳裂纹此时假设外载是拉应力,夹杂物极点附近所有的主应力均为拉应力,最大主应力大于远场应力,由于夹杂形物状一般不对称,因而裂纹的萌生和扩展也不对称,侧重在夹杂物两极点附近应力大的一边导致玻璃突发破裂的另一个关键因素就是夹杂物附近的热剩余应力,特别是存在于钢化玻璃拉应力区的夹杂物由于夹杂颗粒周围的剩余切向拉应力与钢化玻璃的拉应力叠加,使得颗粒周围垂直于玻璃面的平面拉应力到达最大,当这种局部拉应力到达一定程度就可导致玻璃破裂显然,夹杂物周围最大拉应力区是玻璃的破裂源另外,当最大拉应力接近玻璃的断裂强度便形成一种危险的不稳定系统,一旦有温度变化或者外部受力,局部应力峰值就可能超过强度值而发生破坏玻璃中的局部剩余应力主要是由于玻璃和夹杂颗粒的膨胀系数之差所引起根据弹性理论,这种挤压应力主要由温差和两种材料膨胀系数之差及弹性系数所决定在颗粒周边的玻璃中应力状态是球对称分布,并且随距离而快速衰减径向和切向应力的绝对值相差一倍,即最大径向应力的绝对值是同一点切向应力的两倍本标准规定了检测玻璃内部缺陷的透射式和反射式光弹仪结构及图像采集和处理装置具体检测装置,可根据现场检测条件,在满足根本原理情况下进行改良或轻便化1)透射式光弹仪如图6所示,透射式光弹仪由起偏器、检偏器、图像采集系统、暗箱、计算机及图像分析系统构成起偏器由平面光源、有机平板玻璃及起偏片组成,检偏器由有机平板玻璃及检偏片组成起偏器和检偏器分别正相对置于被测玻璃的两面,偏振光垂直入射通过被测玻璃后到达检偏器平面光源的亮度直接影响到应力集中光斑的大小及亮度,为保证检测精度,要求平面光源光照强度应大于lOOLux图像采集系统、暗箱固定在检偏器后面,与检偏片之间的距离由视场的大小决定说明1平面光源;—有机玻璃平板;—起偏片;—被测玻璃;—检偏片;—有机玻璃平板;—暗箱;—图像采集系统;—数据连接线—计算机及图像分析系统图6透射式光弹仪结构示意图2)反射式光弹仪如图7所示,反射式光弹仪构成部件与透射式光弹仪相同,起偏器和检偏器都在被测玻璃的同一侧偏振光沿45度入射角照射在玻璃外表,并沿-45度反射角反射至检偏器平面光源及图像采集与分析系统应满足透射式光弹仪中的要求—平面光源;—有机玻璃平板;—起偏片;—检偏片;—有机玻璃平板;—暗箱;—图像采集系统;—被测玻璃;9数据连接线10——计算机及图像分析系统图7反射式光弹仪结构示意图3)图像采集系统图像采集系统是光弹仪在玻璃外表移动过程中,由工业相机实时采集玻璃内部的应力光弹斑,以进行后续分析工业相机分辨率应高于200万像素的工业相机,以致其具有足够的分辨率查找出
0.1mm以上的缺陷及其应力光斑工业相机固定在检偏器后面,与检偏片之间的距离由视场的大小决定4)数码放大镜在工业相机采集到玻璃内部的应力集中光斑突变点后,应采用放大镜对应力突变的附近的缺陷进行放大照相,且能读取及识别玻璃外表及内部缺陷的颜色、尺寸、离玻璃外表深度并拍照放大倍数应高于60倍,景深大于12mm应能读取玻璃外表及内部缺陷尺寸并拍照采用数码放大镜确定玻璃内部缺陷离玻璃外表深度,一般可采用标定方法,即首先通过数码放大镜分别先聚焦于玻璃的两外表,并确定其对应的放大倍数,通过线性插值,确定不同放大倍数对应的缺陷离玻璃外表深度图8为采用数码放大镜检测玻璃内部缺陷的示意图图8采用数码放大镜检测玻璃内部缺陷的示意图5)图像分析系统图像分析系统由计算机、蜂鸣器和分析软件构成图像分析系统应能自动识别缺陷引起的应力集中光斑突变图像并报警1)透射式检测a)确定玻璃外表洁净程度,如玻璃外表污渍、灰尘等明显影响玻璃透光及透明时,应首先对玻璃外表进行清洁;b)将透射式光弹仪的起偏器和检偏器分别置于被测玻璃的两面并对齐,打开平面光源电源,偏振光通过玻璃到达检偏器;c)对被测玻璃面板进行扫描,扫描移动方式可以是手持移动,也可以采用机械携带设备移动扫描移动方向可以水平移动,也可以垂直移动,扫描移动速度不高于50mm/s;d)由工业相机采集扫描过程中玻璃应力双折射场信息图像,并传输到图像分析系统进行自动分析识别;e)假设图像分析系统没发生报警,那么同步移动起偏器和检偏器到旁边相邻位置进行下一次检测,直至出现报警信号;f)对报警信号对应的应力集中光斑突变点采用数码放大镜进行进一步分析以确定缺陷的颜色、分布深度、类型和大小g)按以上程序,完成被测玻璃全面域扫描,并记录含缺陷玻璃的位置及缺陷信息适用于单片及多层复合玻璃检测注缺陷引起的应力集中光斑突变图像也可采用人工肉眼识别2)反射式检测a)按透射式检测中的要求,清洁玻璃外表;b)将反射式光弹仪置于玻璃的一面(如为镀膜玻璃、涂膜玻璃,那么反射式光弹仪应置于非镀膜或涂膜面),如另一面有影响检测效果的干扰光线,应用深色的遮光布或遮光板盖住另一面,也可选择在晚上进行检测,以防止阳光光线影响;c)反射式检测扫描方式、图像采集及分析与识别、缺陷信息记录等应满足透射式检测中的要求3)扫描移动方式扫描移动方式可以是手持移动,也可以是机械自动控制,采用自动控制可以手动遥控或者编程全自动具体操作流程图如图9所示开始检偏片定位三i—扫描传输图图像分析,确定缺陷位置检测下一个单检测报告和律图9检测玻璃缺陷的试验操作流程图
2.7图像分析计算机对获取的疑似缺陷图像进行分析,对独立的光斑突变的奇异点重点分析;记录下对应玻璃的编号和对应的疑似缺陷在玻璃上的位置以及标号,进一步采用便携式放大镜分析确定光斑突变部位玻璃中的杂质和缺陷的形貌、尺寸同时,确定被测玻璃缺陷含量是否超出GB11614中对玻璃点状缺陷规定的含量
2.8缺陷分类玻璃内部及外表缺陷有多种,因此,应该对检测到的玻璃缺陷进行分类,以供自爆风险等级划分提供参考缺陷分为如下几类1)异质颗粒可表现为不同形貌,记录异质颗粒的形貌、颜色、最大尺寸颜色可分为浅色及深色;2)气泡一般表现为圆形或椭圆形,记录气泡的最大尺寸;3)其他缺陷,如内部裂纹、成分不均等
2.9钢化玻璃自爆风险等级评估对于玻璃外表及内部的缺陷,其引发钢化玻璃自爆风险存在明显区别通过缺陷检测后,一般需要根据缺陷的含量、类型、分布位置等进行对玻璃质量及后续服役性能进行评估因玻璃内部并不是所有的缺陷都对钢化玻璃自爆有影响,有些缺陷,比方气泡、分布在压应力区的杂质,其引发钢化玻璃自爆的风险相对较低,而有些缺陷,比方深色杂质,如硫化镣:、单质硅等,具有较高的自爆风险因此,对玻璃进行缺陷检测后,应根据具体缺陷信息,进一步对钢化玻璃自爆风险进行评估,以指导被检测玻璃的后续使用及维护维修方案应划分为4个风险等级,具体划分方法如下——au级不易发生自爆风险对于玻璃内部无异质颗粒、气泡等缺陷的玻璃,其自爆概率极低——bu级自爆风险较低对于内部存在气泡及分布于离玻璃外表深度小于
0.2/的异质颗粒的玻璃,其自爆风险较低——Cu级存在一定自爆风险对于内部存在分布于离玻璃外表深度在
0.2/7〜
0.5/2之间的单个或多个浅色异质颗粒,其具有一定的自爆风险——du级较易发生自爆对于内部存在分布于离玻璃外表深度在
0.2//-
0.5A之间的单个或多个深色异质颗粒,其具有较高的自爆风险根据前期研究成果,认为离玻璃外表O/i—O.2/部位为压应力区,离
0.2/z-O.5/z部位为拉应力区
2.10检测记录根据测试结果,提供扫描图像中的缺陷图片,标记被测玻璃存在应力集中的缺陷位置,统计被测玻璃缺陷含量是否超出GB11614中对玻璃点状缺陷规定的含量值如有需要,提供被测钢化玻璃的自爆风险等级
2.11检测报告检测报告应包括以下内容a)检测时间、报告时间b)被测玻璃有关信息(规格、尺寸、类型);c)设备型号、扫描方式;d)缺陷类型、颜色、数量、分布位置;e)如有需求,应提供被测钢化玻璃含缺陷类型及自爆风险等级;f)检测单位和报告编制、审核及批准人员3新旧国家标准水平的比照与旧标准比照,新修订标准在缺陷检测效率、识别精度等都得到了较大的提高新标准扩大了适用范围,同时,对缺陷类型及引发钢化玻璃自爆风险评估方法进行了确定,从而更进一步促进了标准的可操作性、实用性及其水平的提高三主要试验(或验证)的分析、综述报告,技术经济论证,预期的经济效果1主要试验(或验证)的分析、综述报告,技术经济论证标准的主要测试分为实验室测试和现场检测测试,采用本标准的测试设备,分别选择的玻璃品种包括普通白玻、钢化玻璃(白玻、有色玻璃、低辐射镀膜玻璃)、夹层玻璃、中空玻璃等品种进行试验对于影响光弹检测精度的主要影响因素,主要是玻璃的可见光透射比和反射比,其中超白玻璃可见光透射比最高,可到达90%以上,一般普通白玻在85%〜90%之间,根据镀膜玻璃的膜系不同,镀膜后,玻璃的可见光透射比和反射比比会有所变化,现在用在市面上的镀膜玻璃大多数为低辐射镀膜玻璃(如单银、多银玻璃),这类玻璃的可见光透射比一般在80%~90%之间、局部为涂膜玻璃(如各种功能涂层、电致变色玻璃等)根据涂膜种类,其可见光透射比会有较大区别为满足不同应用需求,市面上也会有些带颜色玻璃,以茶色、绿色、灰色为主,其可见光透射比一般在60%~70%之间,另外,玻璃的厚度及层数也会影响其总可见光透射比标准编制组通过大量试验,证明了只要玻璃具有透明功能,那么均可检测到玻璃内部缺陷引发的应力集中光斑,但可见光透射比对应力集中光斑的清晰度具有一定影响,可见光透射比越高的玻璃,相同条件下,其应力集中光弹斑越清晰,反之越不清晰,当可见光透射比降为0时,那么其应力集中光弹斑消失因此,对于光弹法检测玻璃内部缺陷的适用范围,与玻璃的规格品种并没有多大关系,而与玻璃及其复合结构的可见光透射比有很大关系(以检测的对应的玻璃为准)1)实验室检测以下图为实验室通过反射式和透射式检测到的玻璃内部应力集中光斑照片(其中数字百分比为可见光透射比图10透射式检测玻璃内部应力集中光斑照片alow-E镀膜玻璃83%b普通白玻89%clow-E镀膜玻璃87%d普通白玻89%e灰色镀膜玻璃54%f普通绿玻45%图11反射射式检测玻璃内部应力集中光斑照片采用反射式检测时,应镀膜面及涂膜面的镀层或涂层对光的反射形成一定干扰,因此,检测时,应防止把光弹仪置于镀膜或涂膜面检测,但在非镀膜或涂膜面检测,膜层及涂层对检测结果无影响对上述检测到的应力集中光斑对应位置,采用光学放大镜放大至60倍,获得的局部典型照片见图12所示图12采用光弹扫描法检测到的局部玻璃内部缺陷放大照片2)既有幕墙玻璃现场检测采用本标准方法,对某工程用幕墙玻璃进行了现场检测,具体内容如下:a)概况某工程建筑均采用玻璃幕墙外围护结构,幕墙玻璃采用双钢化中空镀膜玻璃结构形式,其中2#面为镀膜层自幕墙玻璃安装完毕至今,已陆续发生过局部钢化玻璃自爆现象应委托方要求,对该工程所用钢化玻璃外片进行自爆风险抽样检测,以确定被检测的钢化玻璃是否存在自爆风险及风险程度幕墙总高度为100mb)检测方法检测人员操作擦窗机,携带反射式光弹扫描仪对大厦外立面钢化玻璃抽检面域内进行扫描检测,在扫描检测过程中,当发现钢化玻璃内有缺陷时,对含缺陷玻璃位置进行标记,并用数码显微镜对缺陷进行进一步观察并照相由于白天因太阳光影响检测精度,因此,检测时间全部选择在晚上进行c)检测结果本次检测的玻璃总共1944片,检测面积约5050m2包含大厦四个外立面以及高中低不同高度位置现场检测的钢化玻璃自爆风险等级的玻璃片数统计及占比见表10对含缺陷的钢化玻璃位置编号、缺陷描述、缺陷照片及自爆风险等级汇总详情见表20表2被检测的钢化玻璃自爆风险等级对应的玻璃数量(片数)统计表―u级较易发生自爆对于内部存在分布于离玻璃外表深度在
0.2/z〜
0.5/1之间的单个或多个深色异质颗粒,其具有较高的自爆风险注为被测玻璃的厚度综合考虑该大厦钢化玻璃玻璃的安装结构形式及其玻璃破裂后可能引发的危害,根据本次检测的玻璃自爆风险等级结果,给出如下平安维护建议•对于处于自爆风险等级为Du级别的钢化玻璃,应采取撤除更换处理措施;•对于处于自爆风险等级为Cu级别的钢化玻璃,可不采取撤除更换处理措施,但后期使用过程中,应加强日常巡查及平安监控,并进行定期定点检查(1月不少于2次)定期检查过程中,一旦发现钢化玻璃发生破裂现象,需即时撤除并更换处理•对于处于自爆风险等级为Bu、Au级别的钢化玻璃,可不进行安全维护处理,在后期使用过程中,应定期检查(1个月1次)定期检查过程中,一旦发现钢化玻璃发生破裂现象,需即时撤除并更换处理表3局部含缺陷的钢化玻璃位置编号、缺陷描述、缺陷照片及自爆风险等级汇总序号玻璃位置编号缺陷类型缺陷照片自爆风险等级东-南到北5-43F气泡Bu东-南到北6-42F气泡东-南到北6-41F气泡东-南到北6-35F-下气泡BuBuBu东-南到北5-32F-T气泡Bu11东-南到北6-23F-上白色异质颗粒,分布在拉应力区,应力集中较明显Cu12东-南到北6—19F—下白色异质颗粒,分布在拉应力区,应力集中较明显Cu13东-南到北5—16F—上气泡Bu14东-南到北6-15F-T气泡15东-南到北5-12F-T气泡BuBu2预期的经济效果我国是世界上最大的玻璃生产与使用国家,我国玻璃产量、用量超过全球的60%以上,我国生产的玻璃80%以上应用于建筑上(建筑玻璃),我国的建筑玻璃80%以上应用于建筑外围护结构上(玻璃幕墙),应用于玻璃幕墙上的玻璃80%以上为钢化玻璃,玻璃的质量直接关系到其服役的平安与可靠性能,而玻璃缺陷又直接关系到玻璃的品质好坏,因此,对玻璃缺陷检测至关重要我国既有幕墙玻璃使用量超过10亿平米,每年新建量超过一亿平米,因幕墙玻璃自爆导致的城市公共平安事故每年上万起,因此,政府和行业均要求加强幕墙玻璃的平安管理规定,局部要求对幕墙玻璃品质及使用平安性能进行评估但对于已经安装上墙的幕墙玻璃,除了光弹扫描设备,目前没有其他玻璃缺陷检测设备可以替代,因此,该标准提出的检测方法及设备具有巨大的市场应用前景本标准未采用国际标准和国外先进标准,但参阅了国内外玻璃缺陷在线检测相关技术及设备
五、与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系本标准不存在与相关法律法规相抵触之处,无相关专利侵权,也不与其他标准相冲突
六、重大分歧意见的处理经过和依据本标准征求各生产、应用研发、检测等机构及企业的意见,无重大分歧意见
七、国家标准作为强制性国家标准或推荐性国家标准的建议建议该标准为推荐性国家标准
八、贯彻标准的要求和措施建议建议本标准尽快上报、公布和实施需要时,应由标准编制单位进行培训
九、废止现行相关标准的建议无
十、其它应予说明的事项无标准编制组2021年8月标准编制单位及人员主要任务及工作内容中国建材检验认证集团股份(刘小根、万德田等)标准总体负责及实施中建材蚌埠玻璃工业设计研究院有限公司(陶立纲、官敏等)测试原理与方法、试验验证彩虹显示器件股份(李淼、徐莉华等)市场调研、试验验证福莱特玻璃集团股份(阮洪良等)试验方法及验证、样品提供中国建筑材料科学研究总院(包亦望、田远、齐爽等)测试原理分析、试验、试验装备研制及参数确定夹杂物规格分类数值应力集中系数(K)
0.
51.
771.
01.91直径大小(mm)
1.
52.
022.
02.
242.
52.37IO
2.
731012.24弹性模量比(E杂/E玻)
111011.
471021.
5312.24形状(椭圆系数a/b)
22.
6732.
7743.00检测玻璃总片数自爆风险等级AuBuCuDu19441784145132占总检测片数比例(%)
91.
777.
460.
670.10说明
(1)自爆风险分为如下4个等级——au级不易发生自爆风险对于玻璃内部无异质颗粒、气泡等缺陷的玻璃,其自爆概率极低——bu级自爆风险较低对于内部存在气泡及分布于离玻璃外表深度小于
0.2/z的异质颗粒的玻璃,其自爆风险较低——Cu级存在一定自爆风险对于内部存在分布于离玻璃外表深度在
0.2加
0.5/z之间的单个或多个浅色异质颗粒,其具有一定的自爆风险V、、\•.二♦LW•~J•―…J、•.....S■•r,——.•-....T.•.e■.温炒、■Ai,土二■普,■/冬■履\/J1:*■~♦:z\、,1Sik—,1应•■■。