لماذا ينفجر الزجاج المقسى بشكل عشوائي؟

يُطلق على الانفجار التلقائي للزجاج المقسى بدون قوة خارجية ميكانيكية مباشرة اسم الانفجار الذاتي للزجاج المقسى. وفقا لتجربة الصناعة، فإن معدل الانفجار الذاتي للزجاج المقسى العادي هو حوالي 1 ~ 3 ‰. الانفجار الذاتي هو أحد الخصائص المتأصلة للزجاج المقسى.
هناك أسباب عديدة للانفجار الذاتي بسبب التوسع، يمكن تلخيصها باختصار فيما يلي:
①تأثير عيوب جودة الزجاج
أ. هناك أحجار وشوائب وفقاعات في الزجاج: الشوائب الموجودة في الزجاج هي نقاط الضعف في الزجاج المقسى وهي أيضًا الأماكن التي يتركز فيها الإجهاد. خاصة إذا كان الحجر يقع في منطقة إجهاد الشد للزجاج المقسى، فهو عامل مهم يؤدي إلى الانفجار.
توجد الحجارة في الزجاج ولها معامل تمدد مختلف عن الجسم الزجاجي. يزداد تركيز الإجهاد في منطقة الصدع حول الحجر بشكل كبير بعد تقسية الزجاج. عندما يكون معامل تمدد الحجر أصغر من معامل تمدد الزجاج، يكون الضغط العرضي حول الحجر في حالة توتر. يمكن أن يحدث بسهولة انتشار الشقوق المصاحبة للحجارة.
ب. يحتوي الزجاج على بلورات كبريتيد النيكل
توجد شوائب كبريتيد النيكل بشكل عام في شكل كرات متبلورة صغيرة يبلغ قطرها 0.1-2 ملم. المظهر معدني، وهذه الشوائب هي NI3S2 وNI7S6 وNI-XS، حيث X=0-0.07. فقط مرحلة NI1-XS هي السبب الرئيسي للانفجار التلقائي للزجاج المقسى.
من المعروف أن NIS النظري هو 379. هناك عملية انتقال طور عند C، من النظام البلوري السداسي a-NIS في حالة درجة الحرارة المرتفعة إلى النظام البلوري الثلاثي B-NI في حالة درجة الحرارة المنخفضة، مصحوبًا بـ توسع حجم 2.38%. يتم الحفاظ على هذا الهيكل في درجة حرارة الغرفة. إذا تم تسخين الزجاج في المستقبل، فقد يحدث التحول إلى الحالة aB بسرعة. إذا كانت هذه الحطام موجودة داخل الزجاج المقسى الذي يخضع لضغط الشد، فإن توسع الحجم سوف يسبب انفجارًا تلقائيًا. إذا كان A-NIS موجودًا في درجة حرارة الغرفة، فسوف يتحول ببطء إلى الحالة B على مدار عدة سنوات أو أشهر. الزيادة البطيئة في الحجم خلال هذه المرحلة الانتقالية قد لا تسبب بالضرورة تمزقًا داخليًا.
ج. يحتوي السطح الزجاجي على خدوش وشقوق وشقوق عميقة وعيوب أخرى بسبب المعالجة أو التشغيل غير السليم، والتي يمكن أن تسبب بسهولة تركيز الضغط أو تتسبب في انفجار الزجاج المقسى ذاتيًا.
② توزيع الضغط غير المتكافئ وإزاحته في الزجاج المقسى
عند تسخين الزجاج أو تبريده، يكون التدرج الحراري المتولد على طول سمك الزجاج غير متساوٍ وغير متماثل. وهذا يجعل المنتجات المقسى تميل إلى الانفجار الذاتي، وبعضها ينتج "انفجار رياح" عند تبريده. إذا تم إزاحة منطقة إجهاد الشد إلى جانب معين من المنتج أو إلى السطح، فسوف ينفجر الزجاج المقسى ذاتيًا.
③تأثير درجة التقسية.

أثبتت التجارب أنه عند زيادة درجة التقسية إلى مستوى 1/سم فإن عدد التدمير الذاتي يصل إلى 20-25%. ويمكن ملاحظة أنه كلما زاد الضغط، زادت درجة التهدئة وزادت كمية الانفجار الذاتي.

حل الانفجار الذاتي للزجاج المقسى
1. تقليل قيمة الإجهاد للزجاج المقسى
توزيع الضغط في الزجاج المقسى هو أن سطحي الزجاج المقسى يتعرضان لضغط ضاغط، والطبقة الأساسية تحت ضغط الشد، وتوزيع الضغط عبر سمك الزجاج يشبه القطع المكافئ. مركز سماكة الزجاج هو قمة القطع المكافئ، حيث يصل إجهاد الشد إلى الحد الأقصى؛ الجانبان القريبان من سطحي الزجاج يتعرضان لضغط ضاغط؛ يقع السطح الخالي من الإجهاد على حوالي ثلث السمك. من خلال تحليل العملية الفيزيائية للتلطيف والتبريد السريع، يمكن ملاحظة أن التوتر السطحي للزجاج المقسى وإجهاد الشد الداخلي الأقصى لهما علاقة تناسبية عددية تقريبية، أي أن إجهاد الشد يتراوح من 1/2 إلى 1/3 من الإجهاد الضاغط. يستخدم المصنعون المحليون عمومًا التوتر السطحي للزجاج المقسى حيث يتم ضبط التوتر عند حوالي 100 ميجا باسكال، ولكن الوضع الفعلي قد يكون أعلى. يبلغ إجهاد الشد للزجاج المقسى نفسه حوالي 32MPa ~ 46MPa، وقوة الشد للزجاج هي 59MPa ~ 62MPa. طالما أن التوتر الناتج عن تمدد كبريتيد النيكل يبلغ 30MPa، فإنه يكفي لإحداث انفجار ذاتي. إذا تم تقليل إجهاد السطح، فسيتم تقليل إجهاد الشد المتأصل في الزجاج المقسى[1] وفقًا لذلك، مما يساعد على تقليل حدوث الانفجار الذاتي.
ينص المعيار الأمريكي ASTMC1048 على أن نطاق الضغط السطحي للزجاج المقسى أكبر من 69MPa؛ الزجاج شبه المقسى (المقوى بالحرارة) هو 24MPa ~ 52MPa. ينص معيار زجاج الحائط الساتر BG17841 على أن نطاق الضغط للزجاج شبه المقسى هو 24<δ≤69mpa. my="" country's="" march="" 1="" this="" year="" the="" implemented="" new="" national="" standard="" gb15763.2-2005="" "safety="" glass="" for="" construction="" part="" 2:="" tempered="" glass"="" requires="" that="" its="" surface="" stress="" should="" not="" be="" less="" than="" 90mpa.="" this="" is="" 5mpa="" lower="" than="" the="" 95mpa="" specified="" in="" the="" old="" standard,="" which="" is="" beneficial="" to="" reducing="">
2. جعل إجهاد الزي الزجاجي
سيؤدي الضغط غير المتساوي للزجاج المقسى إلى زيادة معدل الانفجار الذاتي بشكل كبير، والذي وصل إلى مستوى لا يمكن تجاهله. في بعض الأحيان يكون الانفجار الذاتي الناجم عن التوتر غير المتكافئ شديد التركيز. على وجه الخصوص، يمكن أن يصل معدل الانفجار الذاتي لمجموعة معينة من الزجاج المقسى المنحني إلى درجة مروعة من الشدة، وقد يحدث الانفجار الذاتي بشكل مستمر. الأسباب الرئيسية هي الإجهاد المحلي غير المستوي وانحراف طبقة التوتر في اتجاه السُمك. جودة لوح الزجاج الأصلي نفسه لها أيضًا تأثير معين. الإجهاد غير المتساوي سوف يقلل بشكل كبير من قوة الزجاج، وهو ما يعادل زيادة إجهاد الشد الداخلي إلى حد ما، وبالتالي زيادة معدل الانفجار الذاتي. إذا كان من الممكن توزيع ضغط الزجاج بالتساوي، فيمكن تقليل معدل الانفجار الذاتي بشكل فعال.
3. العلاج بالنقع الساخن (HST)
وأوضح نقع الحرارة. يُطلق على المعالجة بالنقع الساخن أيضًا اسم معالجة التجانس، والمعروفة باسم "التفجير". تتمثل معالجة الغمس الحراري في تسخين الزجاج المقسى إلى 290 درجة ± 10 درجة وإبقائه دافئًا لفترة معينة من الوقت، مما يدفع كبريتيد النيكل إلى إكمال تحول الطور البلوري في الزجاج المقسى بسرعة، مما يتسبب في الزجاج المقسى من المحتمل أن تنفجر بعد الاستخدام ليتم كسرها بشكل مصطنع مسبقًا في المصنع. فرن امتصاص الحرارة، وبالتالي تقليل الانفجار الذاتي للزجاج المقسى المستخدم بعد التثبيت. تستخدم هذه الطريقة عمومًا الهواء الساخن كوسيلة للتدفئة. يُطلق عليه في الخارج اسم "HeatSoakTest"، أو اختصارًا HST، والذي يُترجم حرفيًا على أنه معالجة بالنقع الحراري.
صعوبات امتصاص الحرارة. من حيث المبدأ، فإن المعالجة بالنقع الحراري ليست معقدة ولا صعبة. ولكن في الواقع، من الصعب جدًا تحقيق مؤشر العملية هذا. تظهر الأبحاث أن هناك العديد من الصيغ التركيبية الكيميائية المحددة لكبريتيد النيكل في الزجاج، مثل Ni7S6 وNiS وNiS1.01 وما إلى ذلك. لا تختلف نسب المكونات المختلفة فحسب، بل قد يتم أيضًا تطعيمها بعناصر أخرى. سرعة تغير الطور تعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة. تظهر الأبحاث أن معدل تغير الطور عند 280 درجة هو 100 مرة عند 250 درجة، لذلك من الضروري التأكد من أن كل قطعة من الزجاج في الفرن تواجه نفس نظام درجة الحرارة. بخلاف ذلك، فمن ناحية، لا يمكن تغيير الزجاج ذو درجة الحرارة المنخفضة بشكل كامل بسبب عدم كفاية وقت الحفاظ على الحرارة، مما يضعف تأثير نقع الحرارة. من ناحية أخرى، عندما تكون درجة حرارة الزجاج مرتفعة جدًا، فقد يتسبب ذلك في تحول طور عكسي لكبريتيد النيكل، مما يسبب مخاطر خفية أكبر. كلتا الحالتين يمكن أن تجعل النقع الحراري غير فعال أو حتى يؤدي إلى نتائج عكسية. يعد توحيد درجة الحرارة أثناء عمل فرن النقع الساخن أمرًا في غاية الأهمية. قبل ثلاث سنوات، وصل الفرق في درجة الحرارة في الفرن أثناء العزل بالنقع الساخن في معظم أفران النقع الساخن المحلية إلى 60 درجة. ليس من غير المألوف أن يكون لدى الأفران المستوردة اختلافات في درجات الحرارة تبلغ حوالي 30 درجة. لذلك، على الرغم من أن بعض الزجاج المقسى قد تم غمسه بالحرارة، إلا أن معدل الانفجار الذاتي يظل مرتفعًا.
وستكون المعايير الجديدة أكثر فعالية. في الواقع، لقد تم تحسين عملية ومعدات الغمس الساخن بشكل مستمر. حدد المعيار الألماني DIN18516 وقت الاحتفاظ بـ 8 ساعات في طبعة 1990، بينما خفض معيار prEN14179-1:2001(E) وقت الانتظار إلى ساعتين. إن تأثير عملية الغمس الساخن في ظل المعيار الجديد كبير جدًا، وهناك مؤشرات فنية إحصائية واضحة: بعد الغمس الساخن، يمكن تخفيضها إلى حالة واحدة من الانفجار الذاتي لكل 400 طن من الزجاج. من ناحية أخرى، تعمل أفران الغمس الساخن على تحسين تصميمها وهيكلها باستمرار، كما تم تحسين تجانس التسخين بشكل كبير، والذي يمكنه تلبية متطلبات عملية الغمس الساخن بشكل أساسي. على سبيل المثال، وصل معدل الانفجار الذاتي للزجاج المعالج بالغمس الحراري لمجموعة CSG إلى المؤشرات الفنية للمعايير الأوروبية الجديدة، وكان أداؤه مرضيًا للغاية في مشروع مطار قوانغتشو الجديد الذي تبلغ مساحته 120,000-مترًا مربعًا .
على الرغم من أن المعالجة بالنقع الحراري لا يمكن أن تضمن عدم حدوث انفجار ذاتي أبدًا، إلا أنها تقلل من حدوث انفجار ذاتي وتحل حقًا مشكلة الانفجار الذاتي التي تعاني منها جميع الأطراف في المشروع. ولذلك فإن النقع الحراري هو الطريقة الأكثر فعالية والمعترف بها بالإجماع في العالم لحل مشكلة الانفجار الذاتي بشكل كامل.