鋼化安全玻璃爆裂產生的原因及應對措施*

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

鋼化玻璃以其優良的抗沖擊、抗穿透等性能被越來越多的應用在各種交通工具上，特別是拖拉機、農用運輸車等這類低速車輛上。很多結構新穎、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，這為農村的廣闊天地增加了一道亮麗的風景線。然而玻璃爆裂一直是困擾各大生產廠家的難題。筆者通過分析玻璃爆裂原因，提出各種應對措施，為同行業提供了參考。

1 玻璃爆裂產生的原因分析

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轉化為α-NiS，在隨后的急冷的瞬間，α-NiS來不及轉化為β-NiS，全部被凝固在鋼化玻璃內。α-NiS在常溫下極不穩定，有逐漸轉化為β-NiS的趨勢。這種轉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力，從而引起玻璃自爆［1］。

1．2 玻璃質量差，存在炸口、爆邊、表面深劃傷

玻璃邊部的炸口主要表現為邊部出現縱向裂口，其產生的原因主要有兩方面:①玻璃邊部受外力碰撞所產生的炸口;②由于玻璃的邊部磨邊質量差，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。爆邊主要表現為玻璃邊部的內外表面出現貝殼狀缺損。

1．3 玻璃的加工工藝質量問題

(1)玻璃鋼化程度過高，玻璃破碎后碎塊過細，引起玻璃表面壓應力過大，造成玻璃破裂表面壓應力過大，容易發生自爆。在GB9656《汽車安全玻璃》中對鋼化玻璃的碎片狀態已進行了詳細的規定“在任一50 mm×50 mm的正方形內，碎片數不少于40塊，但不多于400塊。若厚度不大于3．5 mm，則碎片數在40塊以上，450塊以下”［2］。若碎片個數超過了上述狀態，很容易造成玻璃表面壓應力過大，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，造成玻璃內部的張應力和表面的壓應力分布不均，易引起玻璃破裂。

玻璃鋼化過程中，如果玻璃的規格尺寸大于或接近設備的尺寸，玻璃的尺寸和外形較復雜，玻璃與設備爐內的工裝結構差異較大等都會引起玻璃整體加熱不均勻，玻璃表面的不同區域存在溫差，從而引起鋼化后的應力分布不均。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生碰撞，也會造成玻璃應力不均衡產生破裂。

(2)拖拉機在運行過程中，駕駛員為了通風和換氣的需要，尤其是在夏季，經常把車門打開，由于振動的力臂過長，引起部分金屬件變形與玻璃發生局部碰撞，導致玻璃破裂。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 產品設計缺陷引起的破裂

產品設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，從而引起玻璃的應力過于集中，極易引起鋼化產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構門玻璃的鎖孔，由于3個孔距離較近，此種設計容易引起玻璃自爆的發生，如果改為目前的無框門門鎖孔結構，如圖7所示，將三個孔變為一個大的通孔，即可將鎖孔引起的爆裂隱患大大降低。

圖6 原門鎖處設計

圖7 改進后門鎖設計

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變，讓今后可能自爆的玻璃在工廠內提前破碎。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“均質處理”，也俗稱“引爆處理”，如圖8、9所示。

圖8 玻璃均質處理

圖9 均質爐

2．2 控制玻璃的磨邊質量

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，要對玻璃進行適當的保護，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 優化鋼化工藝

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

2．4 優化玻璃的安裝工藝

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

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

(2)設計駕駛室門撐機構，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 優化玻璃產品設計

為了防止由于產品設接受的孔邊距為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;由于玻璃角部的應力較為集中，孔的邊部距玻璃角部的距離不應小于玻璃厚度的6倍［3］。

圖13 門撐機構

另外，為了保證鋼化玻璃具有更穩定的性能和強度，實際在對玻璃進行設計時，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，經質量部門統計分析，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 門玻璃爆裂率統計

表2 單片玻璃爆裂率統計

4 結語

玻璃爆裂一直是困擾行業的問題之一，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研討會論文集［C］．

［2］ 中國建筑材料科學研究院．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．