鋼化安全玻璃爆裂產(chǎn)生的原因及應(yīng)對措施*

李曉培，翟立峰，劉 迅

(一拖(洛陽)福萊格車身有限公司，河南洛陽 471004)

0 引言

鋼化玻璃以其優(yōu)良的抗沖擊、抗穿透等性能被越來越多的應(yīng)用在各種交通工具上，特別是拖拉機、農(nóng)用運輸車等這類低速車輛上。很多結(jié)構(gòu)新穎、外觀華麗的拖拉機都采用流線型駕駛室，車身主體都是玻璃，其左右門更采用了全玻雙曲面玻璃，這為農(nóng)村的廣闊天地增加了一道亮麗的風(fēng)景線。然而玻璃爆裂一直是困擾各大生產(chǎn)廠家的難題。筆者通過分析玻璃爆裂原因，提出各種應(yīng)對措施，為同行業(yè)提供了參考。

1 玻璃爆裂產(chǎn)生的原因分析

玻璃的爆裂其原因可分為玻璃自身的自爆和在受外力作用下的爆裂。以下從玻璃的制造過程、安裝過程、使用過程、設(shè)計過程進行玻璃的爆裂原因分析。

1．1 原片玻璃中存在有硫化鎳

硫化鎳實際上是一種晶體組織，它存在有二種晶相，高溫晶相α-NiS，低溫晶相β-NiS，兩個晶相的相變溫度為379℃，而在玻璃鋼化過程中所要加熱的溫度一般為600～700℃，遠高于此溫度，在這種情況下玻璃中所含的硫化鎳全部由β-NiS轉(zhuǎn)化為α-NiS，在隨后的急冷的瞬間，α-NiS來不及轉(zhuǎn)化為β-NiS，全部被凝固在鋼化玻璃內(nèi)。α-NiS在常溫下極不穩(wěn)定，有逐漸轉(zhuǎn)化為β-NiS的趨勢。這種轉(zhuǎn)變伴隨著的是體積增加2% ～4%的膨脹，使玻璃受到巨大的張應(yīng)力，從而引起玻璃自爆［1］。

1．2 玻璃質(zhì)量差，存在炸口、爆邊、表面深劃傷

玻璃邊部的炸口主要表現(xiàn)為邊部出現(xiàn)縱向裂口，其產(chǎn)生的原因主要有兩方面:①玻璃邊部受外力碰撞所產(chǎn)生的炸口;②由于玻璃的邊部磨邊質(zhì)量差，磨邊較輕。玻璃在進行鋼化時，玻璃的前端(即出爐端)從出爐到起弧有較大的溫度變化，應(yīng)力相對集中，容易引起玻璃邊部的微裂和炸口。爆邊主要表現(xiàn)為玻璃邊部的內(nèi)外表面出現(xiàn)貝殼狀缺損。

1．3 玻璃的加工工藝質(zhì)量問題

(1)玻璃鋼化程度過高，玻璃破碎后碎塊過細，引起玻璃表面壓應(yīng)力過大，造成玻璃破裂表面壓應(yīng)力過大，容易發(fā)生自爆。在GB9656《汽車安全玻璃》中對鋼化玻璃的碎片狀態(tài)已進行了詳細的規(guī)定“在任一50 mm×50 mm的正方形內(nèi)，碎片數(shù)不少于40塊，但不多于400塊。若厚度不大于3．5 mm，則碎片數(shù)在40塊以上，450塊以下”［2］。若碎片個數(shù)超過了上述狀態(tài)，很容易造成玻璃表面壓應(yīng)力過大，超出了玻璃本身所能承受的程度，從而引起玻璃自爆。如圖1為玻璃碎塊。

(2)玻璃鋼化時受熱不均勻，造成玻璃內(nèi)部的張應(yīng)力和表面的壓應(yīng)力分布不均，易引起玻璃破裂。

玻璃鋼化過程中，如果玻璃的規(guī)格尺寸大于或接近設(shè)備的尺寸，玻璃的尺寸和外形較復(fù)雜，玻璃與設(shè)備爐內(nèi)的工裝結(jié)構(gòu)差異較大等都會引起玻璃整體加熱不均勻，玻璃表面的不同區(qū)域存在溫差，從而引起鋼化后的應(yīng)力分布不均。圖2為未完全鋼化的碎塊。

圖1 玻璃碎塊

圖2 未完全鋼化的碎塊

1．4 玻璃在安裝裝配過程中造成的破裂

(1)玻璃與金屬框架或金屬螺釘直接接觸。如在后窗玻璃上安裝刮水器，由于雨刮器安裝軸與玻璃之間無有效的隔離，造成玻璃與金屬軸直接接觸，引起玻璃破裂，如圖3所示。

圖3 玻璃與金屬接觸

(2)玻璃的弧度與安裝框架的弧度不吻合，采用外力強迫進行裝配，導(dǎo)致玻璃在安裝后所承受的力超過了其能承受的范圍，從而導(dǎo)致玻璃破裂。

1．5 在玻璃使用過程中引起的破裂

(1)受到外力的撞擊，例如在運行過程中有石頭崩裂撞擊玻璃;還有在車輛運行過程中發(fā)生碰撞，也會造成玻璃應(yīng)力不均衡產(chǎn)生破裂。

(2)拖拉機在運行過程中，駕駛員為了通風(fēng)和換氣的需要，尤其是在夏季，經(jīng)常把車門打開，由于振動的力臂過長，引起部分金屬件變形與玻璃發(fā)生局部碰撞，導(dǎo)致玻璃破裂。最常見的就是氣彈簧支座變形造成玻璃爆裂等，如圖4所示。

圖4 氣彈簧支架變形

(3)由于前機罩和前窗玻璃裝配間隙不穩(wěn)定，間隙過小造成機罩在掀起過程中與前窗玻璃碰撞，引起玻璃破裂，如圖5所示。

1．6 產(chǎn)品設(shè)計缺陷引起的破裂

產(chǎn)品設(shè)計存在的缺陷主要指一些開孔、開洞和挖角的玻璃，開孔或開洞設(shè)計太靠近玻璃的邊部，或兩個孔、兩個洞的距離太近，玻璃挖角或開洞部分的拐角過于尖銳，從而引起玻璃的應(yīng)力過于集中，極易引起鋼化產(chǎn)品后期使用過程中的炸裂［3］。

圖5 機罩開啟過程中造成前窗爆裂

圖6 所示是福萊格公司的有框門結(jié)構(gòu)門玻璃的鎖孔，由于3個孔距離較近，此種設(shè)計容易引起玻璃自爆的發(fā)生，如果改為目前的無框門門鎖孔結(jié)構(gòu)，如圖7所示，將三個孔變?yōu)橐粋€大的通孔，即可將鎖孔引起的爆裂隱患大大降低。

圖6 原門鎖處設(shè)計

圖7 改進后門鎖設(shè)計

2 解決玻璃爆裂的措施

2．1 在玻璃出廠前對玻璃進行均質(zhì)處理

將鋼化玻璃再次加熱到290℃左右并保溫一定時間，使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉(zhuǎn)變，讓今后可能自爆的玻璃在工廠內(nèi)提前破碎。這種鋼化后再次熱處理的方法，國外稱作“Heat Soak Test”，簡稱HST。我國通常將其譯成“均質(zhì)處理”，也俗稱“引爆處理”，如圖8、9所示。

圖8 玻璃均質(zhì)處理

圖9 均質(zhì)爐

2．2 控制玻璃的磨邊質(zhì)量

磨邊深度要超過玻璃厚度的1/3，對邊部的爆裂要進行砂紙打磨，使貝殼狀缺損過渡均勻。另外，在玻璃的加工、搬運、安裝等過程中，要對玻璃進行適當?shù)谋Ｗo，避免玻璃與其他堅硬的物體碰撞、摩擦，以免造成深劃傷。

2．3 優(yōu)化鋼化工藝

控制玻璃的加熱溫度和鋼化風(fēng)壓。針對玻璃的大小、規(guī)格尺寸選擇合適的鋼化設(shè)備，同時根據(jù)玻璃的厚度、顏色，制定出一套適用于所選設(shè)備的正確工藝參數(shù)，并對鋼化時的工藝參數(shù)進行嚴格的過程控制。

2．4 優(yōu)化玻璃的安裝工藝

全過程排查玻璃的安裝工藝，避免玻璃與金屬直接接觸，同時在有可能接觸的地方加裝橡膠襯墊。

2．5 對玻璃安裝框架和質(zhì)量進行控制且防止變形

制作門骨架及后窗骨架工位器具以防止零件變形，必要時要在裝配前對門骨架、后窗骨架等進行校正，以保證玻璃與安裝框架相吻合。同時制作玻璃檢具以保證玻璃的穩(wěn)定性，如圖10～12所示。

圖10 門扶手和后窗扶手工位器具

圖11 玻璃檢具

圖12 玻璃檢驗

2．6 避免拖拉機運行時玻璃長期處于過振動狀態(tài)

(1)增加駕駛室通風(fēng)天窗，加速駕駛室內(nèi)部的空氣流通，以避免或減少駕駛員通過打開車門來達到通風(fēng)和換氣。

(2)設(shè)計駕駛室門撐機構(gòu)，使駕駛員在打開車門時增加一個支撐點，防止車門玻璃由于振動過大，造成車門玻璃破裂，如圖13所示。

2．7 優(yōu)化玻璃產(chǎn)品設(shè)計

為了防止由于產(chǎn)品設(shè)接受的孔邊距為1．5×玻璃厚度;對于不當引起的鋼化玻璃的炸裂，在對玻璃上開孔、洞、挖角部分進行設(shè)計時，對于厚度在12 mm以下的玻璃可厚度在12mm以上的玻璃可接受的孔邊距為2×玻璃厚度;由于玻璃角部的應(yīng)力較為集中，孔的邊部距玻璃角部的距離不應(yīng)小于玻璃厚度的6倍［3］。

圖13 門撐機構(gòu)

另外，為了保證鋼化玻璃具有更穩(wěn)定的性能和強度，實際在對玻璃進行設(shè)計時，要盡量放寬孔間距和孔邊距，角部要盡量過渡圓滑。

3 整改效果

通過以上措施及努力，經(jīng)質(zhì)量部門統(tǒng)計分析，大輪拖門玻璃破裂率從2011年的0．6%下降到2014年的0．19%，如表1所列;單片玻璃破裂率從2011年的0．21%，下降到2014年的0．085%，如表2所列。

表1 門玻璃爆裂率統(tǒng)計

表2 單片玻璃爆裂率統(tǒng)計

4 結(jié)語

玻璃爆裂一直是困擾行業(yè)的問題之一，通過分析玻璃自爆的原因，制定相對的改進措施，有效的降低了玻璃爆裂率，對同行業(yè)有一定的參考價值。

［1］ 周天輝．鋼化玻璃的自爆問題［A］．全國第五屆浮法玻璃及深加工玻璃技術(shù)研討會論文集［C］．

［2］ 中國建筑材料科學(xué)研究院．GB9656-2013汽車安全玻璃［S］．

［3］ 許偉光．淺談鋼化玻璃與熱彎夾層玻璃爆裂問題［J］．玻璃與搪瓷，2010，38(5):33-36．