玻璃應力測試方法
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前言
本標準技術內(nèi)容參考了美國材料試驗協(xié)會標準ASTMC1279:1994《退火玻璃、半鋼化玻璃、鋼化玻璃的表面應力和邊緣應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)技術標準71S R3222:1990《半鋼化玻璃》起草。
本標準中表面應力的測量程序參照GB 17841-1999((幕墻用鋼化玻璃與半鋼化玻璃》編寫。
本標準由國家建筑材料工業(yè)局提出。
本標準由中國建筑材料科學研究院玻璃科學與特種玻璃纖維研究所歸口。
本標準起草單位：中國建筑材料科學研究院玻璃科學與特種玻璃纖維研究所。
本標準主要起草人：肖鵬軍、張大順、韓 松、王 樂、李福江。
中華人民共和國國家標準
玻璃應力測試方法
1范圍
本標準規(guī)定了玻璃表面應力和邊緣應力測試的方法。表面應力測試方法適用于浮法玻璃制造的鋼化玻璃、半鋼化玻璃，化學鋼化玻璃可參照使用本方法；邊緣應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 引用標準
下列標準所包含的條文，通過在本標準中引用而構(gòu)成為本標準的條文。本標準出版時，所示版本均為有效，所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應探討使用下列標準較新版本的可能性。
GB 17841-1999 幕墻用鋼化玻璃與半鋼化玻璃（neq ISO 7463:1990)
JC/T 632-1996 汽車安全玻璃術語
3 定義
本標準采用 JC/T 632中的相關術語及下列定義。
3.1分析鏡 analysis
一種光學裝置，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 表面應力測試
4.1.1 測試原理
表面應力儀的測試原理是利用浮法玻璃表面錫擴散層的光波導效應來進行測量。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)反光鏡反射進入干涉濾光片，由望遠物鏡系統(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。通過測微目鏡可以準確測量臺階的高度。
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
表面應力儀主要由光源、高折射率棱鏡、望遠物鏡系統(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。如果試樣錫擴散層的表面有涂層，如幕墻玻璃的陶瓷涂層，應先用氫氟酸或砂布除去涂層。為了避免熱應力的產(chǎn)生，試樣的內(nèi)部至外部應與周圍的環(huán)境溫度保持一致。
4.1.5 表面應力測量點的確定
表面應力測量點由產(chǎn)品標準確定。
4.1.6 測試程序
a）將被測試樣的錫擴散層朝上水平放置；
b）在被測點滴上1-2滴折射率油；
c) 將儀器棱鏡部位放置在被測點處；
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，準確到0. 01 mm;
f）壓應力和拉應力由圖2確定。
4.1.7 測試結(jié)果計算
表面應力的計算公式如式（1）：
σ＝Kd…………………………………………（1）
式中：σ——表面應力，MPa;
K——儀器常數(shù)，K=352 MPa/mm;
D——臺階高度，mm,
4.1.8 測試報告
報告應包括如下內(nèi)容：
a) 試樣名稱、種類、厚度和編號；
b）測量點的位置；
c）每個測量位置的臺階高度值和計算的應力值；
d）測試單位、測試日期及測試人員簽字。
4.2 邊緣應力測試
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力方向成45°角，試樣的主應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)動檢偏鏡進行補償，得到補償角度。
4.2.2 測試裝置
邊緣應力儀主要由光源、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。為了避免熱應力的產(chǎn)生，試樣的內(nèi)部至外部應與周圍的環(huán)境溫度保持一致。
4.2.4 邊緣應力測量點的確定
邊緣應力測量點取每條邊的中部。
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，這是應力為零的區(qū)域。黑條紋的下方區(qū)域為壓應力區(qū)，黑條紋的上方區(qū)域為拉應力區(qū)。拉應力或壓應力方向也可由檢偏振片補償時的旋轉(zhuǎn)方向來確定。檢偏振片往“＋”號方向旋轉(zhuǎn)表示所測應力為拉應力，反之，往“一”方向旋轉(zhuǎn)表示所測應力為壓應力。
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. 5 mm處測量，得到相應的角度，通過光滑曲線將各點連接并延長與θ軸相交于θ1，見圖5。
e）將檢偏振片往“十”方向旋轉(zhuǎn)，使黑色零級條紋遠離邊部，直至黑色零級條紋的上方狹長區(qū)域變?yōu)檩^暗為止，見圖4c。此時得到轉(zhuǎn)角θ2
f) 當試樣邊部出現(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)楹冢漕伾珪貜统霈F(xiàn)，依次出現(xiàn)的紫色條紋級數(shù)依次為 1級，2級，3級……。移動靠近測量點的低級紫色條紋到所需的測量點，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為邊部較大壓應力對應的轉(zhuǎn)角；θ2為邊部較大拉應力對應的轉(zhuǎn)角；θ3為邊部應力對應的轉(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
邊緣應力的計算公式如式（3）：
σ＝Kθ/t……………………………………（3）
式中
σ——試樣的較大邊緣應力，MPa ;
K——儀器常數(shù)，K=1. 11 MPa/m;
θ——邊部較大應力對應的轉(zhuǎn)角，（°）；
t——試樣測量點處的厚度，mm,
注：夾層玻璃測量點處的厚度應為試樣總厚度減去膠片厚度。
4.2.7 測試報告
報告應包括如下內(nèi)容：
a）試樣名稱、種類、厚度和編號；
b) 測量點的位置；
c）每個測量位置的轉(zhuǎn)角和被測點的厚度；
d）計算的應力值；
e) 測試單位、測試日期及測試人員簽字。
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