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浅析玻璃应力的产生及消除
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石英玻璃制品中的热应力特点
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你可能喜欢玻璃瓶罐的裂纹分析（1）
玻璃瓶罐的裂纹分析（1）
玻璃委员会技术专家 段盛凰 高级工程师
在对玻璃瓶罐进行质量检测时，特别是进行理化性能指标的测试过程中，会对玻璃瓶罐施加一些外力。我们要通过这样的测试来检验玻璃瓶罐的理化性能指标是否能达到所需的要求。
在这个施加外力的测试过程中，经常会产生部分玻璃瓶罐的破裂，这些破损的玻璃瓶罐的质量肯定是不合格的，因此我们应该找到破损的原因，然后才能从生产上进行更正。破损都会产生裂纹，进行裂纹分析就是非常有用的工作。
负载压力，应力和断裂之间的关系
玻璃瓶罐测试的裂纹是由于玻璃瓶罐受外力而产生的，我们就要了解外力与裂纹的关系。
（1）负载压力的定义
施加给玻璃容器上的能够使玻璃发生延伸，收缩，弯曲和扭曲的任何外力称为负载压力。
如玻璃瓶罐进行耐内压力测试时，玻璃瓶罐承受内压力；玻璃瓶罐进行抗冲击测试时，玻璃瓶罐承受撞击/冲击力；玻璃瓶罐进行耐热急变测试时，玻璃瓶罐承受温差聚变产生的热震力；玻璃瓶罐进行抗垂直负荷测试时，玻璃瓶罐承受垂直重力等等。
根据负载外力的大小，玻璃所产生的变形程度不一，通常非常细微，不能肉眼观察。
（2）应力的定义
当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力。
或物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。
按照应力和应变的方向关系，可以将应力分为正应力和切应力，正应力的方向与应变方向平行，而切应力的方向与应变垂直。按照载荷作用的形式不同，应力又可以分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力。
应力可以分为压应力和张应力。一个圆柱体两端受压，那么沿着它轴线方向的应力就是压应力。压应力就是指使物体有压缩趋势的应力。 垂直于截面的应力分量称为正应力（张应力）或发向应力；相切于截面的应力分量称为剪应力或切应力。
应力具有如下的特征：应力总和可以直接累加；应力可以是暂时瞬间应力；只有在受到外力作用，才有应力存在；使得物体的应力消失，必须是外力消失。例如：随着饮料玻璃瓶中的饮料清除，某些应力清除。
但有的应力可以是长时间的永久应力，即使承受的外力负荷解除，物体的应力仍然存在。例如：没有消除的退火应力，结构应力，印花工艺中生产的应力等等
（3） 断裂或裂纹产生的原理
一般情况下，玻璃瓶罐承受到张应力，而同时玻璃瓶罐存在表面裂痕或断层，那么，肯定会产生玻璃瓶罐的断裂或裂纹。
例如：受到外力，玻璃瓶罐的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变材料的内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，就形成了应力。
不同的玻璃厚度分布，玻璃容器在传送和生产制造过程中与其它物体的接触，会产生断层。在充足的应力等级和程度下，发生在同一点，同一时间的时候，就产生裂纹。
玻璃瓶罐裂纹分析的基本原理
（1） 裂纹的发生源
玻璃瓶罐上任何裂纹的产生的原因，都是受到外力的作用。裂纹的产生也应该有开始的地方，这个起始点，就是裂纹发生源（图1-1）。
图1-1 裂纹产生的源点
一般每一个裂纹系统仅有一个裂纹产生源。进行裂纹分析的目的就是要确定和分析裂纹发生源。很少情况下，一个裂纹系统会有多个裂纹发生源，通常和高压力强度有关。
玻璃瓶罐出现裂纹的裂纹产生源，在瓶罐本体上可以分为三个方面。在外表面的微裂纹，是常见的裂纹产生源点。在内表面的，通常需要在内表面首先出现断层。在次表面的，通常需要在玻璃内部存在夹杂物，例如：结石，气泡等。
破裂源点处的表面不连续性。发生在玻璃表面断层点的裂纹源，它们都是应力高度集中的地方，它们有以下几个显著特点。受到过接触或撞击；受到过其它物体的摩擦；本身存在断开或断裂缺陷；本身已出现了裂纹；或者有折叠有夹杂的缺陷。
（2）张应力的作用
玻璃瓶罐在受到外力的作用时，会产生应力。各种应力的效果是不一样的。
玻璃瓶罐只有在受到张应力作用的时候，才会产生破裂。张应力将微裂纹进一步撕裂，扩大。
玻璃瓶罐在只有挤压应力作用的时候，是不会破裂的。挤压应力只会将裂纹进一步挤压在一起。
（3）裂纹延伸发展的方向
玻璃裂纹延伸发展的方向通常是由应力作用来确定的。一般来说，玻璃裂纹延伸发展的方向是和主要应力的方向成90°。
破裂的玻璃裂纹的进一步延伸发展的方向通常是有规律的。玻璃容器上所产生的应力决定了裂纹破裂和发展的裂纹图像。
当开始形成断层时，断层的方向是和应力的方向成90°的时候，其对玻璃的强度影响最大。
（4）裂纹/裂缝的分支破裂方向
玻璃裂纹的延伸在达到一定速度和一定能量的时候，就会产生分支，裂纹就会向分支发展。一般所产生的分支与原裂纹的角度总是一个小于90°的锐角。因此我们可以利用对其分支的观察来确定裂纹的延伸发展情况，但是要注意不要将裂纹的分支和新旧裂纹相交或离开旧裂纹的情况相混淆（图1-2）。
图1-2 玻璃瓶罐受低压（左）和高压（右）时的裂纹
玻璃瓶罐在较低压力的情况下产生破裂，在裂纹源上，开始的裂纹线很长，发展延伸的裂纹线很少，图像也很简单。
玻璃瓶罐在较高压力的情况下产生破裂在裂纹源上，开始的裂纹线很短，发展延伸的裂纹线很多，图像密集。
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【简单介绍】
北京玻璃应力仪是应用偏振光干涉原理检查玻璃内应力仪器。由于采用灵敏色片，本仪器可以根据偏振场中的干涉色序定性的测量，玻璃的内应力，本仪器适合玻璃厂，玻璃制品厂检验玻璃制品的剩余应力。
【详细说明】
玻璃应力仪 玻璃制品应力检查仪 内应力仪型号：GH/SZY-150本玻璃制品应力检查仪是应用偏振光干涉原理检查玻璃内应力仪器。由于采用灵敏se片，本仪器可以根据偏振场中的干涉se序定性的测量，玻璃的内应力，本仪器适合玻璃厂，玻璃制品厂检验玻璃制品的剩余应力。北京玻璃应力仪主要技术指标：1. 偏振片通光口径 ?150mm 2. 眼镜偏振片对角尺寸 48mm定性检测原理：在正交的起偏镜检镜与检偏镜之间放入测件（双折射物质），视场便会出现进一步se，一定的干涉se对应于一定的双折射光程差，关系如表（一）所示，无测件时，宙场成紫红se。北京玻璃应力仪测量方法： 1. 手持：仪器出厂前，偏振场已调好，使用时手持起偏片转动与检偏眼镜达到紫红色视场。将测件置入进一步场中，人眼可观察到被测件的整个表面，根据干涉色定性地判断试件退火质量。 2. 台式，使用前先将手持起偏片挂在灯箱上，透过眼镜可观察起偏片为紫红色后，即可放入测件。如果测件在干涉视场中，颜色基本不变（仍为紫红色）说明退火质量好。如果试件某些部位上干涉色变化较大（例如：出现绿se或黄se）说明退火质量差。北京玻璃应力仪仪器使用注意事项 1. 仪器使用时，要防潮、防尘、防腐蚀性气体，暂不使用时应收好。 2. 仪器中光学另件表面不得用手摸或擦，如有灰尘时，可用绸布轻轻擦去。 3. 仪器使用应轻拿轻放，防止摔、撞。六、仪器成套性 1. 手持起偏镜 一件 2. 眼镜检偏镜 一件 附表（一）表（一）偏振镜正交时干涉色与光差的关系级序 光程差毫微米 干 涉 色 级序 光程差毫微米 干 涉 色 0 黑 二级 565 紫 红 40 金属灰 575 紫 97 炭 灰 589 靛 兰 158 灰 兰 664 天 兰 218 淡 灰 728 淡青缘 234 灰 缘 747 绿 259 灰 826 亮 绿 267 黄 灰 843 黄 绿 275 浅麦黄 866 绿 黄 281 麦 黄 910 黄 306 黄 948 橙 黄 332 亮 黄 998 亮橙黄 430 褐 黄 1101 暗紫红 505 橙 红 1151 靛 兰 536 火 红 三级 1258 绿 兰 551 暗 红 1334 海 兰 ※ 色序随光程差增大而升高，例如由紫红变兰se时，se序升高；由紫红变红色，se序降低。
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是暂时应力，因为温度低于应变点。
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