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2020-10-21 18:49:47馮凱
中國化工貿(mào)易·下旬刊 2020年3期
馮凱
摘 要：本文闡述了燃?xì)庠钣娩摶Ａ姘宓膸追N常見失效形式，并對各種失效原因進(jìn)行了分析。針對每種失效形式，給出燃?xì)庠钌a(chǎn)廠家和 消費(fèi)者改善性建議。對降低燃?xì)庠钿摶Ａ姘灞?，提高鋼化玻璃面板燃?xì)庠钍褂冒踩杂蟹e極作用。
關(guān)鍵詞：燃?xì)庠?鋼化玻璃面板;鋼化玻璃爆裂;自爆;熱應(yīng)力
Abstract：This article states the common failure modes of tempered glass top sheet of gas hob， and analyses the reason of each failure mode. Base on each failure mode， porposes improvement for gas hob producers and customers. This will make significant contribution to decrease tempered glass top sheet of gas hob shattering， as to gurantee customersusing safety.
Keywords：Gas Hob;Tempered Glass Top Sheet;Tempered Glass Shatter;Self Explosion;Thermal Stress
普通玻璃的主要成分為二氧化硅和其他硅酸鹽和氧化物。鋼化玻璃是一種預(yù)應(yīng)力玻璃，為提高玻璃的強(qiáng)度，通常使用化學(xué)或物理的方法，在玻璃表面形成壓應(yīng)力，玻璃承受外力時(shí)首先抵消表層應(yīng)力，從而提高了承載能力，增強(qiáng)玻璃自身抗風(fēng)壓性，寒暑性，沖擊性等。
玻璃物理鋼化的原理，就是形成永久預(yù)應(yīng)力的原理。玻璃在加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱處理，當(dāng)玻璃加熱到軟化溫度，然后對玻璃進(jìn)行急冷處理，使用低溫高速的氣流吹玻璃表面，使玻璃急速降溫，這時(shí)玻璃的外層首先收縮硬化，由于玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)小，玻璃內(nèi)部仍然是高溫高膨脹狀態(tài)。待內(nèi)部玻璃開始冷卻硬化時(shí)，已經(jīng)硬化的外層阻止內(nèi)層的收縮，從而使先硬化的外層產(chǎn)生壓應(yīng)力，后硬化的內(nèi)層產(chǎn)生張應(yīng)力。
當(dāng)外力作用于鋼化玻璃表面時(shí)必須先抵消預(yù)應(yīng)力，此種處理工藝大大提高玻璃的機(jī)械強(qiáng)度。鋼化玻璃由于工藝特殊，產(chǎn)生了較普通玻璃高4-10倍的機(jī)械強(qiáng)度。加上其印刷著色后外觀美麗大方，易清潔，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。然而，由于其特有的制造工藝，鋼化玻璃表面有較大的殘余應(yīng)力。當(dāng)殘余應(yīng)力的平衡狀態(tài)被打破時(shí)，其體內(nèi)的能量瞬時(shí)釋放出來，玻璃爆裂，并伴隨很大是聲響，對使用者造成一定程度的驚嚇。對于燃?xì)庠钆_鋼化玻璃面板，其爆裂和表現(xiàn)形式大致分為以下幾種：
1 機(jī)械沖擊
當(dāng)鋼化玻璃受到剛性機(jī)械沖擊，且機(jī)械沖擊應(yīng)力超過鋼化玻璃面板極限值時(shí)，玻璃會(huì)從沖擊點(diǎn)產(chǎn)生起爆點(diǎn)，裂縫迅速向整片玻璃延展。呈蜘蛛網(wǎng)狀。如何避免燃?xì)庠钿摶Ａ姘宕祟悰_擊的失效？眾所周知，鋼化玻璃的強(qiáng)度較普通玻璃高出4倍左右，所以，一般的機(jī)械沖擊無法對鋼化玻璃面板造成破壞。作為用戶使用時(shí)僅需注意一下幾點(diǎn)：
①不要用鋼絲刷等尖銳物體擦拭玻璃，以免造成玻璃表面劃傷，玻璃表面劃傷在一定程度上影響玻璃使用壽命;
②勿用尖銳剛性物體沖擊玻璃表面，勿用堅(jiān)硬物體碰撞鋼化玻璃邊緣和拐角處;
③尖銳物體沖擊玻璃表面，由于受力面積小，易產(chǎn)生較大應(yīng)力，一般認(rèn)為當(dāng)應(yīng)力達(dá)到70MPa或以上時(shí)，玻璃有爆裂風(fēng)險(xiǎn)。
一般的鍋具的底部為平底或弧形，即便撞擊到玻璃表面上，也很難達(dá)到70MPa的應(yīng)力。
而鋼化玻璃面板的邊緣和倒角處，由于外形相對尖銳，受到撞擊時(shí)接觸面積較小，容易產(chǎn)生較大應(yīng)力，應(yīng)力一旦超過玻璃所能承受應(yīng)力，玻璃迅速從撞擊點(diǎn)向四周起爆。
作為燃?xì)庠钪圃焐?，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免將鋼化玻璃面板四個(gè)倒角設(shè)計(jì)的太小。建議將倒角做到R10及以上。另外，將玻璃周邊處理成較圓滑的圓弧角，對于改善玻璃邊緣受到撞擊造成的破碎有一定改善。
2 鋼化玻璃自爆
盡管燃?xì)庠蠲姘逵娩摶Ａб箐摶安Ａг璨捎脙?yōu)等品，單由于原材料問題，原片本身會(huì)有一定比例的雜質(zhì)，主要為肉眼不可見的NiS，所以，鋼化玻璃會(huì)有一定比例的自爆，行業(yè)一般規(guī)定0.1-0.3%。如果鋼化玻璃里有雜質(zhì)，即便不對其造成任何操作，其仍有爆裂的風(fēng)險(xiǎn)。鋼化玻璃會(huì)從雜質(zhì)所在點(diǎn)處起爆。其于面板受尖銳物體撞擊產(chǎn)生的爆裂不同之處在于，起爆點(diǎn)具有鮮明的“蝴蝶斑”。
如果通過電鏡掃描，能在蝴蝶斑中心看到NiS結(jié)石。這類鋼化玻璃的失效形式，從用戶端無法解決，需要玻璃原片制造商控制玻璃主料石英砂/砂巖帶入鎳的含量。鋼化玻璃制造商可通過優(yōu)選玻璃原片，達(dá)到降低此類鋼化玻璃自爆率的目的。
3 用戶的超常規(guī)使用
超常規(guī)使用導(dǎo)致爐頭周邊產(chǎn)生過高溫度，在玻璃邊緣特定的區(qū)域形成較大熱應(yīng)力，造成應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過玻璃鋼化殘余應(yīng)力時(shí)，玻璃由應(yīng)力集中區(qū)起爆，并迅速向整個(gè)面板擴(kuò)展。
當(dāng)給灶具左側(cè)灶頭施加熱負(fù)荷時(shí)，對于常見的矩形鋼化玻璃面板，鋼化玻璃面板邊緣有兩點(diǎn)為熱應(yīng)力集中區(qū)，位于面板左側(cè)和后方。當(dāng)熱應(yīng)力達(dá)到鋼化玻璃所能承受極限時(shí)，玻璃將從其中的某一薄弱點(diǎn)開始起爆。
通過實(shí)驗(yàn)室干燒鐵盤、沙鍋等模擬測試，我們得到了同樣的失效模式。
如圖1為用戶使用了鑄鐵“聚能環(huán)”導(dǎo)致鋼化玻璃面板在承受超高熱輻射后，造成右側(cè)熱應(yīng)力集中，從右側(cè)點(diǎn)起爆。
另外，用戶在使用帶鋼化玻璃面板灶具時(shí)，要特別注意控制干燒情形。以免鋼化玻璃爐頭處受熱過高，從而造成熱應(yīng)力過大，爆裂。
燃?xì)庠钪圃焐炭梢酝ㄟ^在灶具上設(shè)置過溫自保功能，例如在爐頭處設(shè)置防干燒功能，以實(shí)現(xiàn)干燒閉閥目的;也可以通過在點(diǎn)火控制器內(nèi)設(shè)置過溫保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)過溫?cái)嚯?，將電磁閥斷開，從而實(shí)現(xiàn)切斷燃?xì)猓瑪嗷?，對面板?shí)現(xiàn)控溫保護(hù)。
對于無此過溫保護(hù)功能的燃?xì)庠?，建議生產(chǎn)廠家宜選用不銹鋼面板，或熱膨脹系數(shù)較小微晶玻璃等陶瓷基面板作為材料。以免用戶使用過程中由于過溫造成鋼化玻璃面板的熱應(yīng)力集中引起爆。
是另一種原因引起的爆裂，由于玻璃面板局部受到高溫，局部膨脹引起的爆裂。此爆裂形式和上述起爆點(diǎn)從邊緣起爆形式不同。從玻璃正面看不到明顯確切起爆點(diǎn)，其爆裂裂紋匯集到問題爐頭水盤邊緣處。此類玻璃爆裂，多因?yàn)椋脩粼谑褂脵C(jī)器過程中，擦拭或移動(dòng)爐頭后未將爐頭放置到位，造成密封面漏氣，燃?xì)庠谝?guī)定火孔以外地方燃燒，這種情況極容易造成火焰串入面板下方，造成回火。高溫火焰烤到玻璃局部，造成局部溫度過高，局部膨脹，爆裂。其表現(xiàn)出另一個(gè)明顯的特征是裂紋不是直射放射型，而是呈水紋狀。
針對此類問題，生產(chǎn)制造商除指導(dǎo)用戶正確使用保養(yǎng)燃?xì)庠钔?，理?yīng)采取適當(dāng)措施避免爐頭放置不到位情況產(chǎn)生。
可在點(diǎn)火針處，設(shè)置較深的定位銷子，做防呆處理，爐頭放置不到位，不允許點(diǎn)火?；?qū)t頭和機(jī)體部分采用過盈裝配方式或其他方式，將爐頭鎖定在整機(jī)上，使之不容易竄動(dòng)。其次，亦可通過正確設(shè)計(jì)爐頭火蓋重心的位置，使之具有自我找正，自動(dòng)定心的功能。
此外，較大的玻璃爐頭孔，可使玻璃遠(yuǎn)離漏火造成的局部高溫，減少局部過高溫度造成的局部高膨脹。
馮凱
摘 要：本文闡述了燃?xì)庠钣娩摶Ａ姘宓膸追N常見失效形式，并對各種失效原因進(jìn)行了分析。針對每種失效形式，給出燃?xì)庠钌a(chǎn)廠家和 消費(fèi)者改善性建議。對降低燃?xì)庠钿摶Ａ姘灞?，提高鋼化玻璃面板燃?xì)庠钍褂冒踩杂蟹e極作用。
關(guān)鍵詞：燃?xì)庠?鋼化玻璃面板;鋼化玻璃爆裂;自爆;熱應(yīng)力
Abstract：This article states the common failure modes of tempered glass top sheet of gas hob， and analyses the reason of each failure mode. Base on each failure mode， porposes improvement for gas hob producers and customers. This will make significant contribution to decrease tempered glass top sheet of gas hob shattering， as to gurantee customersusing safety.
Keywords：Gas Hob;Tempered Glass Top Sheet;Tempered Glass Shatter;Self Explosion;Thermal Stress
普通玻璃的主要成分為二氧化硅和其他硅酸鹽和氧化物。鋼化玻璃是一種預(yù)應(yīng)力玻璃，為提高玻璃的強(qiáng)度，通常使用化學(xué)或物理的方法，在玻璃表面形成壓應(yīng)力，玻璃承受外力時(shí)首先抵消表層應(yīng)力，從而提高了承載能力，增強(qiáng)玻璃自身抗風(fēng)壓性，寒暑性，沖擊性等。
玻璃物理鋼化的原理，就是形成永久預(yù)應(yīng)力的原理。玻璃在加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱處理，當(dāng)玻璃加熱到軟化溫度，然后對玻璃進(jìn)行急冷處理，使用低溫高速的氣流吹玻璃表面，使玻璃急速降溫，這時(shí)玻璃的外層首先收縮硬化，由于玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)小，玻璃內(nèi)部仍然是高溫高膨脹狀態(tài)。待內(nèi)部玻璃開始冷卻硬化時(shí)，已經(jīng)硬化的外層阻止內(nèi)層的收縮，從而使先硬化的外層產(chǎn)生壓應(yīng)力，后硬化的內(nèi)層產(chǎn)生張應(yīng)力。
當(dāng)外力作用于鋼化玻璃表面時(shí)必須先抵消預(yù)應(yīng)力，此種處理工藝大大提高玻璃的機(jī)械強(qiáng)度。鋼化玻璃由于工藝特殊，產(chǎn)生了較普通玻璃高4-10倍的機(jī)械強(qiáng)度。加上其印刷著色后外觀美麗大方，易清潔，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。然而，由于其特有的制造工藝，鋼化玻璃表面有較大的殘余應(yīng)力。當(dāng)殘余應(yīng)力的平衡狀態(tài)被打破時(shí)，其體內(nèi)的能量瞬時(shí)釋放出來，玻璃爆裂，并伴隨很大是聲響，對使用者造成一定程度的驚嚇。對于燃?xì)庠钆_鋼化玻璃面板，其爆裂和表現(xiàn)形式大致分為以下幾種：
1 機(jī)械沖擊
當(dāng)鋼化玻璃受到剛性機(jī)械沖擊，且機(jī)械沖擊應(yīng)力超過鋼化玻璃面板極限值時(shí)，玻璃會(huì)從沖擊點(diǎn)產(chǎn)生起爆點(diǎn)，裂縫迅速向整片玻璃延展。呈蜘蛛網(wǎng)狀。如何避免燃?xì)庠钿摶Ａ姘宕祟悰_擊的失效？眾所周知，鋼化玻璃的強(qiáng)度較普通玻璃高出4倍左右，所以，一般的機(jī)械沖擊無法對鋼化玻璃面板造成破壞。作為用戶使用時(shí)僅需注意一下幾點(diǎn)：
①不要用鋼絲刷等尖銳物體擦拭玻璃，以免造成玻璃表面劃傷，玻璃表面劃傷在一定程度上影響玻璃使用壽命;
②勿用尖銳剛性物體沖擊玻璃表面，勿用堅(jiān)硬物體碰撞鋼化玻璃邊緣和拐角處;
③尖銳物體沖擊玻璃表面，由于受力面積小，易產(chǎn)生較大應(yīng)力，一般認(rèn)為當(dāng)應(yīng)力達(dá)到70MPa或以上時(shí)，玻璃有爆裂風(fēng)險(xiǎn)。
一般的鍋具的底部為平底或弧形，即便撞擊到玻璃表面上，也很難達(dá)到70MPa的應(yīng)力。
而鋼化玻璃面板的邊緣和倒角處，由于外形相對尖銳，受到撞擊時(shí)接觸面積較小，容易產(chǎn)生較大應(yīng)力，應(yīng)力一旦超過玻璃所能承受應(yīng)力，玻璃迅速從撞擊點(diǎn)向四周起爆。
作為燃?xì)庠钪圃焐?，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免將鋼化玻璃面板四個(gè)倒角設(shè)計(jì)的太小。建議將倒角做到R10及以上。另外，將玻璃周邊處理成較圓滑的圓弧角，對于改善玻璃邊緣受到撞擊造成的破碎有一定改善。
2 鋼化玻璃自爆
盡管燃?xì)庠蠲姘逵娩摶Ａб箐摶安Ａг璨捎脙?yōu)等品，單由于原材料問題，原片本身會(huì)有一定比例的雜質(zhì)，主要為肉眼不可見的NiS，所以，鋼化玻璃會(huì)有一定比例的自爆，行業(yè)一般規(guī)定0.1-0.3%。如果鋼化玻璃里有雜質(zhì)，即便不對其造成任何操作，其仍有爆裂的風(fēng)險(xiǎn)。鋼化玻璃會(huì)從雜質(zhì)所在點(diǎn)處起爆。其于面板受尖銳物體撞擊產(chǎn)生的爆裂不同之處在于，起爆點(diǎn)具有鮮明的“蝴蝶斑”。
如果通過電鏡掃描，能在蝴蝶斑中心看到NiS結(jié)石。這類鋼化玻璃的失效形式，從用戶端無法解決，需要玻璃原片制造商控制玻璃主料石英砂/砂巖帶入鎳的含量。鋼化玻璃制造商可通過優(yōu)選玻璃原片，達(dá)到降低此類鋼化玻璃自爆率的目的。
3 用戶的超常規(guī)使用
超常規(guī)使用導(dǎo)致爐頭周邊產(chǎn)生過高溫度，在玻璃邊緣特定的區(qū)域形成較大熱應(yīng)力，造成應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過玻璃鋼化殘余應(yīng)力時(shí)，玻璃由應(yīng)力集中區(qū)起爆，并迅速向整個(gè)面板擴(kuò)展。
當(dāng)給灶具左側(cè)灶頭施加熱負(fù)荷時(shí)，對于常見的矩形鋼化玻璃面板，鋼化玻璃面板邊緣有兩點(diǎn)為熱應(yīng)力集中區(qū)，位于面板左側(cè)和后方。當(dāng)熱應(yīng)力達(dá)到鋼化玻璃所能承受極限時(shí)，玻璃將從其中的某一薄弱點(diǎn)開始起爆。
通過實(shí)驗(yàn)室干燒鐵盤、沙鍋等模擬測試，我們得到了同樣的失效模式。
如圖1為用戶使用了鑄鐵“聚能環(huán)”導(dǎo)致鋼化玻璃面板在承受超高熱輻射后，造成右側(cè)熱應(yīng)力集中，從右側(cè)點(diǎn)起爆。
另外，用戶在使用帶鋼化玻璃面板灶具時(shí)，要特別注意控制干燒情形。以免鋼化玻璃爐頭處受熱過高，從而造成熱應(yīng)力過大，爆裂。
燃?xì)庠钪圃焐炭梢酝ㄟ^在灶具上設(shè)置過溫自保功能，例如在爐頭處設(shè)置防干燒功能，以實(shí)現(xiàn)干燒閉閥目的;也可以通過在點(diǎn)火控制器內(nèi)設(shè)置過溫保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)過溫?cái)嚯?，將電磁閥斷開，從而實(shí)現(xiàn)切斷燃?xì)猓瑪嗷?，對面板?shí)現(xiàn)控溫保護(hù)。
對于無此過溫保護(hù)功能的燃?xì)庠?，建議生產(chǎn)廠家宜選用不銹鋼面板，或熱膨脹系數(shù)較小微晶玻璃等陶瓷基面板作為材料。以免用戶使用過程中由于過溫造成鋼化玻璃面板的熱應(yīng)力集中引起爆。
是另一種原因引起的爆裂，由于玻璃面板局部受到高溫，局部膨脹引起的爆裂。此爆裂形式和上述起爆點(diǎn)從邊緣起爆形式不同。從玻璃正面看不到明顯確切起爆點(diǎn)，其爆裂裂紋匯集到問題爐頭水盤邊緣處。此類玻璃爆裂，多因?yàn)椋脩粼谑褂脵C(jī)器過程中，擦拭或移動(dòng)爐頭后未將爐頭放置到位，造成密封面漏氣，燃?xì)庠谝?guī)定火孔以外地方燃燒，這種情況極容易造成火焰串入面板下方，造成回火。高溫火焰烤到玻璃局部，造成局部溫度過高，局部膨脹，爆裂。其表現(xiàn)出另一個(gè)明顯的特征是裂紋不是直射放射型，而是呈水紋狀。
針對此類問題，生產(chǎn)制造商除指導(dǎo)用戶正確使用保養(yǎng)燃?xì)庠钔?，理?yīng)采取適當(dāng)措施避免爐頭放置不到位情況產(chǎn)生。
可在點(diǎn)火針處，設(shè)置較深的定位銷子，做防呆處理，爐頭放置不到位，不允許點(diǎn)火?；?qū)t頭和機(jī)體部分采用過盈裝配方式或其他方式，將爐頭鎖定在整機(jī)上，使之不容易竄動(dòng)。其次，亦可通過正確設(shè)計(jì)爐頭火蓋重心的位置，使之具有自我找正，自動(dòng)定心的功能。
此外，較大的玻璃爐頭孔，可使玻璃遠(yuǎn)離漏火造成的局部高溫，減少局部過高溫度造成的局部高膨脹。
