《平板玻璃应力检验方法》标准发布

【中玻网】一、标准概况

　　经过多年的发展，我国已经成为世界上很大的平板玻璃生产国和出口国，拥有360余条浮法玻璃生产线，产能已经达到12.91亿重量箱，2017年的平板玻璃产量达到了7.9亿重量箱。然而，我国平板玻璃的内在质量与国外高质量的玻璃相比还有不小的差距。

　　近些年平板玻璃原片应力的标准较为缺失、厂商对玻璃原片应力的有效质量控制不够，导致玻璃原片在残余应力方面的质量存在不足。为此，国家市场监督管理总局和中国国家标准化管理委员会批准发布了《平板玻璃应力检验方法》，标准号为GB/T 36405-2018，将于2019年5月1日实施。

　　玻璃的导热性较差，且有一定的热膨胀系数。在退火过程中，不论是板厚方向还是板面方向，只要有温度梯度存在，又不能做到理想退火，就会产生残余应力。残余应力过大会严重影响后续加工的质量。一般残余应力分为板面应力和板厚应力，二者都是影响平板玻璃原片质量的重要参数。

　　该标准对平板玻璃板面应力和板厚应力的检验方法给出了详细规定，有助于提高平板玻璃质量、化解过剩产能。

　　二、标准主要内容

　　2.1适用范围

　　该标准规定了平板玻璃的板面应力和板厚应力检验的有关术语和定义、检验原理、检验方法和测试报告。

　　该标准的方法适用于退火平板玻璃板面应力和板厚应力的检验。

　　2.2术语和定义

　　该标准定义了表征平板玻璃残余应力的“板面应力”和“板厚应力”两个术语，也对检验装置中的部件“起偏器”、“检偏器”和光学参数“双折射光程差”进行了定义。

　　2.3检验原理

　　透明材料的应力检验方法有多种，目前适用于小应力的检验方法有简式偏光法、四分之一波片法、旋转偏光法等。

　　该标准结合了平板玻璃的特点和对两种应力检验的需求，规定板面应力的检验采用基于数字图像处理技术的旋转偏光法，板厚应力的检验采用基于数字图像处理技术的简式偏光法。这两种检验方法的基本原理是一致的，都是通过测量应力双折射光程差来表征平板玻璃中应力的大小。实际测量中，一般难以对双折射光程差进行直接测量，而是对相位差进行测量，再通过相应计算得出双折射光程差，再由双折射光程差计算出应力值。

　　2.4应力检验方法

　　2.4.1板面应力检验方法

　　板面应力是在玻璃板面不同区域之间存在的应力或压应力，是由退火窑横向温度不均引起的，应力方向与玻璃拉引方向一致，玻璃板面应力分布示意图见图1。板面应力并非只存在于玻璃表面，而是将玻璃当作二维平面时存在的应力。

　　图1玻璃板面应力分布示意图

　　对于板面应力，简式偏光法不易定量测量，更难测量应力分布；四分之一波片法适合定量测量某一点的应力，操作过程复杂，测量应力分布较为困难，测大板面玻璃时对波片要求很高；传统的旋转偏光法是单点测量，测量板面不同区域间的应力分布较为困难，且难以找到应力很大点。

　　该标准采用基于数字图像处理技术的旋转偏光法测量平板玻璃的板面应力。使用该方法，可以同时对视场内的各点应力进行定量测量，并实现自动化测量。由于不使用四分之一波片，使得检验装置易于实现并有利于测量大板面玻璃。

　　本部分内容主要包括检验装置、应力计算、样品及检验区域、检验步骤和结果表示。

　　(1)检验装置

　　规定了板面应力的检验光路，给出了板面应力检验装置的光学示意图。

　　(2)应力计算

　　由面阵相机记录的光场图像信号强度计算出被测样品的双折射相位差，并通过计算得到相应的双折射光程差，再根据光程差计算出样品的板面应力值。

　　(3)样品和检验区域

　　样品尺寸为600mm×600mm。应清洗样品，保证表面洁净、无附着物。样品中部直径500mm为检验区域。

　　(4)检验步骤

　　规定了检验平板玻璃板面应力的操作和步骤。

　　(5)检验结果表示

　　检验结果以板面应力分布图、板面应力平均值和很大值表示。

　　2.4.2板厚应力检验方法

　　板厚应力是由玻璃表面与板芯在冷却时产生的温差所引起，在板厚方向由于温度梯度造成的应力，靠近玻璃两表面处为近似相等的压应力，在板芯区域为张应力，板厚应力分布示意图见图2。

　　图2板厚应力分布示意图

　　对于板厚应力，由于已知张压应力的大致分布和应力方向，测量方法有简式偏光法和旋转偏光法。传统的简式偏光法原理简单、易于实现，但定量测量较为困难；传统的旋转偏光法可以定量测量某一点处的应力，但测量多点应力时工作量非常大。

　　该标准采用基于数字图像处理技术的简式偏光法测量平板玻璃的板厚应力。使用该方法的检验装置简单，并可以快速、准确地测量板厚应力分布。

　　本部分内容主要包括检验装置、光强标定、相位差测量、应力计算及板厚应力分布曲线、样品、检验步骤和结果表示。

　　(1)检验装置

　　规定了板厚应力的检验光路，给出了板厚应力检验装置的光学示意图。并对样品的检验位置进行了图示说明。

　　(2)光强标定

　　测量板厚应力时，需进行光强分布的标定。

　　同一批次相同裁切尺寸的被测样品只需标定一次光强。

　　(3)相位差测量

　　根据面阵相机检验到的光强分布和标定的光强分布计算样品检验点的应力双折射相位差。

　　(4)应力计算和板厚应力分布曲线

　　由样品检验点的双折射相位差计算得到相应的双折射光程差，再根据光程差计算出该检验点的板厚应力值。并规定了板厚应力分布曲线的计算。

　　(5)样品

　　样品尺寸为300mm×25mm，其中300mm为板宽方向。对样品的两个通光的长端面精磨并抛光，抛光面相互平行。应清洗样品，保证表面洁净、无附着物。

　　(6)检验步骤

　　规定了检验平板玻璃板厚应力的操作和步骤。

　　(7)检验结果表示

　　检验结果以板厚应力分布曲线、板厚应力很大值表示。

　　三、标准的特点

　　该标准是平板玻璃残余应力定量测试方法标准，既考虑了平板玻璃的板面应力，也考虑了板厚应力，没有可直接采用的国外先进标准。

　　目前，国外的退火玻璃残余应力定量测试方法标准有美国材料与试验协会的标准ASTM C 978-04《Standard Test Method for Photoelastic Determination of Residual Stress in a Transparent Glass Matrix Using a Polarizing Microscope and Optical Retardation Compensation Procedures》（使用偏光显微镜和光程差补偿测定透明玻璃原片残余应力的光弹法），该标准是通过测量双折射光程差计算得到板厚应力，操作起来较为复杂，且每次测量只能得到一个检验位置的应力。如需测量应力分布，则必须测量多次才能完成。此外，该标准没有提到板面应力及其检验方法。

　　与上述标准相比，GB/T 36405-2018《平板玻璃应力检验方法》规定了板面应力和板厚应力的检验方法，并可按照该标准由软件完成测量和计算，实现简单、快速、自动化的检验。同时，该标准规定的检验方法均采用面阵相机采集测量整个检验区域的图像信号，一次测量就能得到多点的应力值和应力分布，可大大提高检验效率。

　　四、结语

　　GB/T 36405-2018《平板玻璃应力检验方法》是平板玻璃行业基础的内在质量测试方法标准。该标准颁布实施后，将促进平板玻璃行业重视内在质量的提高，同时也有利于检验和控制水平的不断完善，从而提升我国平板玻璃的总体质量水平。