玻璃边部应力对切割的影响及解决方法

玻璃边部应力对切割的影响及解决方法
深圳浮法/人力资源部雷刚
摘要：在浮法玻璃生产实践中，我们发现玻璃在线切割时的破损除冷端生产设备有关外，大多数情况下与玻璃的热应力分布不当造成的，特别是玻璃边部应力，除造成玻璃损失，还对玻璃原片质量造成重大影响。

深圳浮法一、二线均没有在线应力检测仪，生产一线员工对热应力的产生和对玻璃热应力引起的切割问题没有很清晰的概念，在实际工作中没有很明确的指导文件和相关培训。

本文通过对浮法玻璃热应力的阐述，分析边部热应力引起的一些典型切割问题，并根据多年在成品部切装线工作的经验提出解决方法。

关键词：玻璃，热应力，边部，切割
引言
随着市场对浮法玻璃原片不断增长的需求，浮法线的数量急速增加，我国浮法玻璃的产能已连续多年位居世界第一位，同时国内对15mm以上厚度的高档浮法玻璃原片的需求量也在不断上升，深圳浮法执行差异化的经营策略，生产线以生产3mm以下的薄玻璃和12mm以上的厚玻璃为主，薄玻璃以适合太
阳能原片加工的小尺寸为主，如：1101mm*1401mm，1101mm*1302mm，0914mm*1220mm，厚玻璃原片规格以长度超过6米的超大超长板，如：
3300mm*6000mm，3300mm*80000mm，深圳浮法二线现在已能批量生产16米长度的超长超大板玻璃，然而生产这样厚度和尺寸的玻璃，玻璃边角质量控制是很难的，边角破损率远超过常规厚度5－10mm的玻璃，其主要原因是玻璃
在退火过程中应力波动大，易发生裂边和掰边困难，造成玻璃原片边角质量差。

一、热应力及其产生机理简介
热应力是由于温度差所造成的应力。

热应力可分为永久应力和暂时应力，它们又可分为表面应力(平面上的应力)和端面应力(厚度方向上的应力)永久应力是当高温玻璃经退火到室温并达到温度均衡后, 玻璃中仍然存
在的热应力,也称为残余应力。

暂时应力是随温度梯度的存在而存在, 随温度
梯度的消失而消失的热应力。

永久应力一般产生于转变温度和应变温度范围之间, 暂时应力则伴随着
整个退火过程。

为了使浮法玻璃有好的切割质量，减少破损，首要的是把玻璃带的热应力控制和维持在一定的范围内；其次要根据切割过程中遇到的课题采取相应措施及时给予解决。

在线切割时玻璃板比环境温度高，在厚度方向和横向上还没有达到一个相等的温度，玻璃板中永久应力和暂时应力两者同时存在，共同影响切割质量。

成品部切装线通过多年的摸索总结，运用多种综合性的方法，调节和控制玻璃带边部应力，使之达到理想的状态，确保得到边角切割质量的稳定。

二、实际生产中在线边部切割的应力分析与问题解决
生产中经常出现的玻璃边部的质量问题有以下几种：下表面掉屑、锯齿边、鲨鱼齿、多角或缺角、边子断裂成数段、边子去不掉等。

以下从玻璃表面应力分布和端面分布两方面分析热应力引起的在线边部
切割典型问题，并提出合理的解决方法。

1.表面应力
表面应力是玻璃板的横向应力分布，表面应力曲线图是玻璃板横向应力分布的图示。

表面应力曲线的控制是用控制玻璃板横向温度分布的方法来达到的。

为了获得理想的应力曲线(如图1－a所示)，加热或冷却的程度应该和要求的应
力变化量近似成正比，在相应的退火区或冷却区借助于电加热元件或风冷、水冷系统改变控制温度来达到上述要求。

对各种不同的厚度，必须在边部应力控制、边部切割质量，以及防止退火窑炸裂，这三者之间取得平衡。

在生产实践中，我们逐渐总结出边部应力控制的一套方法，即，永久边部应力的控制，在退火窑前端调整好玻璃带边部的温度,因为在该处能有效改变永久应力；临时性的边部应力控制，可由槽窑部和成品部共同完成，在退火窑、冷端切割桥的上游，对玻璃带边部温度进行调节。

两者调节时需相互协同，如果在前端对永久边部应力控制过量,后退火区就会发生炸裂或纵裂；此时可在退火窑、冷端通过在边部借助于电加热元件或风冷、水冷系统来改变控制温度。

提高玻璃板切割时的温度，若控制切割时的温度在60℃左右，则玻璃板与环境温度存有温差其产生的暂时应力将有效减小玻璃断面应力，有助于切割。

最有效的控制边部应力的技术是喷枪结合边部冷冻水。

要全面而准确地测量在线边部应力仍是不可能的，我们可以通过对某些特定的、有良好清边质量的产品来定出确切的边部应力的目标，实践中的可重复性和复见性是最重要的，下面提出的应力变化造成的玻璃切割问题来自我们多年经验教训。

2、边部表面应力引起的典型切割问题及其解决方法：
由于边部表面应力所造成的玻璃切割问题有以下几种情况:
1)掰边时玻璃板边部不“整齐”———产生小缺口，玻璃屑多，
边子中间出现下表面掉屑，锯齿边，鲨鱼齿等现象;
这是极差的切边效果，有明显的锯齿、碎片和波浪纹；
2)在靠近边部处玻璃不沿切痕断开;
3)在掰边时边子断裂成数段;
4)在清边机上产生纵向炸裂。

产生的原因, 1）、2）、3）种则是因为玻璃板边部有太高的压应力，就是我们俗称的边子松造成的; 第4）种是因为玻璃板边部有太高的张应力。

冷端在解决的办法除了传统的对切割压力、切割刀轮、清边轮位置等进行调整外，还采用了以下的方法：
下表是某厂6#浮法线在边部150mm内使用水冷测到的张应力峰值，我们可以看出玻璃厚度越厚，张应力峰值波动越大，所以在生产厚玻璃时，除了使用水冷，还需要其它辅助措施。

在二线生产19-22mm期间，曾在切割桥前使用水冷降温，玻璃完成纵切后又使用电加热吹风加热刀痕内侧，提高边部张应力，事实也证明，此方法十分有效，清边质量明显比没使用电加热的时候效果要好。

3、边部端面应力引起的典型在线切割问题及其解决方法
在线切割过程中，由边部端面应力分布不当导致的典型切割问题有以下两种：
1)玻璃板上没有切痕，掰边时玻璃不沿刀痕断裂（如图所示）；
2)掰边时出现多角或少角；
这主要是由于风冷区的冷却速度太大，而造成玻璃板的表面压应力太
高；其热端解决方法是减小风冷区的冷却速度，冷端可以通过调整清边机位置，或改二次清边加以解决，因为当边子与玻璃板分离时，这将会改变玻璃中的应力分布形状，这时边部包含的应力就会被释放掉。

3）掰边困难，掰不完整。

这种情况主要由自由边薄、散热快、温度低及退火窑边部密封不好使
边部压应力过大引起的。

可以通过提高边部张应力加以解决, 冷端的解决的方法主要有：
a)增加切割刀压力；
b)用电加热元件加热刀痕内侧；
c)生产厚玻璃时在自动掰边机的基础上增加杠杆机械轮、顶轮、压轮等辅
助掰边设备。

冷端使用的是F掰手和尼龙锤。

厚玻璃板边部比齿印内的玻璃薄, 边部散热比板中部多, 因此, 板边比中部温度低。

在退火区, 这种温差的存在, 将使温度均衡后的玻璃边部受压应力,中部受张应力, 切割掰断时, 切口出现多角或少角, 也就是说横切边部不走刀线。

在冷却区, 这种温差的存在, 边部将受张应力, 中部将受压应力, 厚度越厚, 温差越大, 边部极易发生纵炸。

在生产15mm以上厚度的玻璃板时, 常出现沿齿痕附近的纵炸条, 损失严重。

根据深圳浮法经验总结，生产15mm 以上玻璃时，经常需要人工辅助掰边。

人工清边时，应利用工具（F扳手或尼龙锤）将玻璃板沿切痕的两端敲开，否则易产生掉角。

大片生产时，由于玻璃板较长，必要时，需两人从两头同时用力将边清掉。

d)采用二次掰边方式可提高掰边后的边角质量。

为减少二次掰边对产量的
影响，比较好的做法是一次掰边切在牙痕外，二次掰边后达到所要的合
格板宽。

第一次掰边去除边子后将使玻璃边部的压应力大大降低，使二
次掰边更容易，边角质量大大提高。

具体方式如图4所示。

通过采取以
上措施，降低玻璃应力，改善厚玻璃边部的应力状态，减少玻璃在退火
过程的裂边现象，由于玻璃应力减小和边部压应力的降低从而使切割掰
边较为容易，减少了成品损失，使成品率得到保障。

4）掰边时玻璃有裂口, 在刀口断面上有小的裂纹延伸到板里约1～10mm 左右。

这种玻璃在冷端斜坡输送辊上稍微受力就会自动炸开, 有的在装箱后运输中炸裂。

这种情况出现的原因, 一种是因为刀轮压力太大引起, 这可以通过降低压力解决; 另一种是因为退火造成的, 出现这种现象可以做出如下判断：①裂口处在退火区温度相对较高, 退火后区裂口处温度偏低, 使此部位张应力太大。

②板上下温差过大,使端面上部受张应力过大, 强行掰断就易产生裂口。

冷端的调整方法首先应减小切割刀压力，其次使用二次清边或改人工辅助掰边。

结语
玻璃边部应力对玻璃切割的影响，文中已做了分析说明，在实际生产中，玻璃边角破损当然还有除上述原因之外的其它损失，这是一项比较复杂的工程。

通过采取以上措施，能降低玻璃应力，改善玻璃边部的应力状态，由于应力减小使切割掰边较为容易，玻璃损失将会减少，成品率将得到提高。

参考文献
1、张战营、姜宏等《浮法玻璃生产技术与设备》化学工业出版社2005
2、张永革浮法厚玻璃的退火玻璃25 ( 5) , 20～23
3、赵建军厚玻璃退火常见问题的解决方法中国玻璃2007。