CN101706353B - 一种检测服役中中空玻璃密封性能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线检测服役中中空玻璃密封性能的方法，包括以下过程：确定被检中空玻璃密闭和泄漏状态时一定施力下中空玻璃承载变形量W_密和W_漏，现场检测同样施力下被检中空玻璃承载变形量W_测，比较数值，W_测接近哪一端数值则表明被检中空玻璃靠近哪一种状态，以此评价被检中空玻璃中空层的密封性能。其中，所述施力在中空玻璃内片或外片的中心，所述承载变形量为玻璃挠度值。W_密和W_漏通过理论计算或实验室模拟测定确定。本发明方法测试成本较低，易于实现在线检测，可对中空玻璃服役健康状况进行评价。

Description

一种检测服役中中空玻璃密封性能方法

技术领域

本发明涉及服役中中空玻璃密封性能检测技术，具体涉及一种在线检测中空玻璃密封性能是否失效的方法及装置，其利用中空玻璃中空层气体泄漏前后中空玻璃内外片承载变形性能的变化，通过在中空玻璃面板中心施加集中荷载，观测中空玻璃内外片变形量的大小，从而评价中空玻璃中空层的密封性能。 

背景技术

近十多年来，舒适与自然，环保与节能逐渐成为新世纪国际建筑的原则，建筑节能成为世界性潮流。作为建筑节能最大潜力的门窗和幕墙，玻璃的节能成为关键环节之一。中空玻璃因其结构简单，制造成本较低及节能和隔声效果明显，而广泛应用于我国的幕墙门窗上。然而，伴随着中空玻璃服役年限的增加，中空玻璃的中空气体层密封层(隔热功能层)往往会出现功能不断衰退甚至气体泄漏，从而导致中空玻璃失效。而且，一旦中空玻璃密封层泄漏，中空玻璃将变成与普通玻璃毫无两样，完全失去节能功效。特别是，中空玻璃的密封功能层气体还起到传递外载荷作用，密封层失效后玻璃的承载性能明显降低，影响节能玻璃安全使用。中空玻璃在服役过程中，要受到环境的腐蚀及外力作用及玻璃结构材料本身的不断老化，节能玻璃密封功能层失效或退化不可避免，我国门窗幕墙中空玻璃总体上数量巨大，如果这些失效的中空玻璃继续使用，不仅使节能建筑失去节能功效，还存在潜在脱落危险等问题，百害无一益。因此，研究对中空玻璃中空气体层失效无损在线测试的新方法，检测和监测服役中中空玻璃幕墙的健康状态及使用安全可靠性，对保证人民的生命财产安全以及推动玻璃深加工等行业的发展都具有重要意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种在线无损检测中空玻璃中空层密封性能的方法。针对上述问题，本发明提供一种通过在中空玻璃一面板中心施加集中力方法并观测其内外片的变形挠度或中空层厚度的变化来识别中空层气体是否密封良好。 

本发明首先提供一种在线检测服役中中空玻璃密封性能的方法，包括以下过程：确定被检中空玻璃密闭和泄漏状态时一定施力下中空玻璃承载变形量W_密和W_漏，现场检测同样施力下被检中空玻璃承载变形量W_测，比较数值，W_测接近哪一端数值则表明被检中空玻璃靠近哪一种状态，以此评价被检中空玻璃中空层的密封性能。 

上述方法中，所述施力在中空玻璃内片或外片的中心，所述承载变形量为玻璃挠度值。 

其中，所述被检中空玻璃密闭和泄漏状态时一定施力下中空玻璃承载变形量W_密和W_漏通过理论计算确定，其中根据四边简支板弯曲理论计算中空玻璃在中空层密闭或泄漏状态下的挠度值。 

所述被检中空玻璃密闭和泄漏状态时一定施力下中空玻璃承载变形量W_密和W_漏通过实验室模拟测定确定。 

所述方法具体实施以下步骤： 

(1)准备一块与待检测规格相同的中空玻璃，保持其密封状态； 

(2)使用固定在玻璃框架上的一加力器，施力点垂直对准中空玻璃中心； 

(3)使用一激光位移传感器，使激光测量点对准中空玻璃中心； 

(4)使用加力器施力，记录施力数值，同时记录激光位移传感器上的读数，得到中空玻璃密封状态时不同外力下外片的挠度数值； 

(5)将密封的中空玻璃封边部位钻通一小孔，使中空玻璃中空层气体与大气相通，模拟中空玻璃中空层气体泄漏状态； 

(6)重复步骤(2)至(4)，得到中空玻璃泄漏状态时不同外力下的挠度数值； 

(7)分析(4)和(6)记录的挠度数值，选择挠度数值变化的施力数值区域中的一个值作为现场检测的施力数值P，此时步骤(4)对应的数值为W_密，步骤(6)对应的数值为W_漏； 

(8)现场对待检中空玻璃重复步骤(2)和(3)的操作，将加力器数值调整到P，记录此时激光位移传感器上的读数，即为待检中空玻璃此时的挠度数值W _测； 

(9)将W_测数值与W_密和W_漏比较，判断被检中空玻璃的状态。 

本发明还提供一种在线检测服役中中空玻璃密封性能的装置，包括加力装置和观测装置，所述加力装置的施力杆垂直于中空玻璃中心施力，所述观测装置为激光位移传感器，其入射激光位于中空玻璃中心。 

该在线检测服役中中空玻璃密封性能的装置中，所述加力装置为螺旋加力方 式，设一用于跨设安装在玻璃支撑杆上的导杆，在导杆两端各设有一挂钩，挂钩上装设吸盘，导杆的中段固设在一螺旋加力器中；螺旋加力器的螺纹杆与导杆垂直，螺纹杆前端为压头，尾端连接施力手柄，螺纹杆中段连接一获取施力大小的力传感器。 

所述加力装置也可为砝码加力方式，其设有连杆，连杆由拉杆和压杆通过铰链连接，拉杆的端部设有一挂钩，挂钩上装设吸盘，压杆垂直于玻璃，其端部设压头，所述铰链设一连线垂吊砝码，通过砝码重力给玻璃施加集中力。 

本发明还进一步提供一种采用上装置进行的一种在线检测服役中中空玻璃密封性能的方法，具体实施以下步骤： 

(1)准备一块模拟被检中空玻璃，保持其密封状态；将两吸盘吸附于中空玻璃短边边缘中部，调节导杆，使施力螺旋杆刚好接触中空玻璃中心； 

(2)调节激光位移传感器，使激光测量点对准中空玻璃中心；将力传感器和激光位移传感器数值调整为零； 

(3)旋转施力手柄，给中空玻璃施加集中力，记录力传感器在不同数值点时的激光位移传感器读数；测量完毕后，反向旋转施力手柄卸掉载荷； 

(4)在中空玻璃封边部位钻通一小孔，使中空玻璃中空层气体与大气相通，模拟中空玻璃中空层气体泄漏状态； 

(5)按步骤(3)给中空玻璃施加集中力，同样方法记录中空层气体泄漏后不同施力下激光位移传感器读数； 

(6)分析数值，确定施加集中力范围； 

(7)现场检测，对待检中空玻璃按步骤(1)、(2)安装测量装置，按步骤(3)加载，选定步骤(6)施力范围内的加载力，记录激光位移传感器读数； 

(8)将步骤(7)记录数值与步骤(3)和(5)在同样加载力时数值比较，数值接近哪端，表明被检真空玻璃靠近哪一种状态，以此评价被检中空玻璃中空层的密封性能。 

采用本发明的技术方案，可以为玻璃行业提供一种方便、简单的无损测试方法、保证了中空玻璃产品在使用过程中的健康状态及安全可靠性。对玻璃企业和玻璃应用单位来说，可以降低生产和测试成本、节约玻璃产品质量检测的费用；对于建筑施工单位来说，提供了一种简单有效的测试中空玻璃服役健康状态的方法，测试成本较低，保证节能建筑可靠使用；对玻璃使用者来说，本发明提供了一种保证产品使用放心的测试方法。 

附图说明：

图1为中空玻璃中空层泄漏与密封下承载变形示意图； 

图2A为本发明在线检测中空玻璃密封性能的检测装置(使用螺旋加力方式)的基本构成图； 

图2B为本发明在线检测中空玻璃密封性能的检测装置使用砝码加力方式的基本构成图； 

图3为本发明中螺旋加力装置加力部件局部放大图； 

图4为采用本发明装置和方法对模拟待测中空玻璃在密封和泄漏状态不同施力下挠度值曲线。 

具体实施方式

检测原理： 

中空玻璃中空层失效前后其承载变形性能会改变，通过在线对中空玻璃施加载荷，测量中空玻璃内片或外片变形量(挠度)，并与密封状态下的参考值进行比较(密封状态中空玻璃内、外片不同载荷下的挠度参考值可通过试验或理论计算确定)，就能达到识别中空玻璃中空层的密封性能。 

中空玻璃中空层失效前后承载变形量可通过理论方法计算出来。设中空玻璃尺寸为a×b×h，外片(直接承载的一面)玻璃中心受集中荷载P作用，其中空层在密封和泄漏情况下变形示意图见图1。 

中空玻璃中空层密封情况下，此时中空气体层因外片玻璃受弯变形体积被压缩，设压缩体积量为ΔV，压力增大为ΔP，根据理想气体状态方程，如不考虑中空层气体的温度变化，则有： 

P₀V₀＝(P₀+ΔP)(V₀-ΔV)                     (1) 

式中：P₀为中空层初始压强，通常为1标准大气压(1.1013×10⁵Pa)；V₀为中空层初始体积。另一方面，受ΔP的作用，中空玻璃外片正向受集中荷载P和反向均布载荷ΔP共同作用产生变形，内片玻璃受正均布载荷ΔP产生变形。根据外、内片玻璃各点处的变形差，将差值对整个玻璃面积积分，就可以求出中空气体层的体积改变量ΔV为： 

ΔV＝|∫_A(w₁-w₂)dσ|                       (2) 

式中w₁、w₂分别为玻璃板面某微小面积σ域上外、内片的挠度，A为中空玻璃的面积域。 

中空玻璃的内外片玻璃受结构胶约束，挠度计算时，可按四边简支公式计算，在四边简支时，玻璃板在均布载荷作用下挠度计算公式如下： 

$w(x,y)=\frac{16q_0}{D{\mathrm{\π}}^6}\underset{m=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin \frac{\mathrm{m\πx}}{a}\sin \frac{\mathrm{n\πy}}{b}}{\mathrm{mn}{(\frac{m^2}{a^2}+\frac{n^2}{b^2})}^2}---(3-1)$

在集中载荷作用下挠度计算公式如下： 

$w=\frac{4p}{{\mathrm{\π}}^4\mathrm{abD}}\underset{m=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin \frac{\mathrm{m\π}}{2}\sin \frac{\mathrm{n\π}}{2}}{{(\frac{m^2}{a^2}+\frac{n^2}{b^2})}^2}\sin \frac{\mathrm{m\πx}}{a}\sin \frac{\mathrm{n\πy}}{b}---(3-2)$

式中m＝1，3，5，......，n＝1，3，5，......，D＝Eh³/12(1-v²)为玻璃板的刚度，q₀为均布荷载，a，b为板的边长。观察上列级数，可以看出其收敛很快，因此计算时可以只取m＝1，n＝1就能够满足精度要求。 

外片玻璃因变形而产生的体积变化可以对挠度在整个面积域内进行积分，结果如下： 

$\mathrm{\Δ}{V}_1=\left|{\∫}_A\mathrm{wd\σ}\right|=\frac{16p{a}^4{b}^4}{{\mathrm{\π}}^6{D}_1{(a^2+b^2)}^2}---\left(4\right)$

同理，内外片玻璃在均布荷载ΔP的作用下的挠度方程可根据式(3-1)计算。 

内外片玻璃因挠度而产生的体积变化计算结果如下： 

$=\frac{64a^5{b}^5\mathrm{\ΔP}}{{\mathrm{\π}}^8{(a^2+b^2)}^2}(\frac{1}{D_1}+\frac{1}{D_2})---\left(5\right)$

则中空层在外力p的作用下总的体积变化ΔV为 

ΔV＝ΔV₁-ΔV₂                               (6) 

将公式(6)代入(1)后方程只有ΔP一个未知数，因此可以将ΔP给算出来，根据四边简支板弯曲理论，从而可以计算出中空玻璃内片或外片在中空层密封状态下的挠度。 

中空玻璃中空层泄漏情况下，中空层气体失去传载能力，此时外片将单独受集中力p而变形，内片不承受力，不发生变形。 

根据上面分析，当中空玻璃外片承受集中载荷p作用时，中空层密封状态下，因中空层气压有ΔP(由式(1)和式(6)计算)变化，此时，外片受正向集中力p和反向均布力ΔP作用变形，内片受正向均布力ΔP作用变形，根据式(3-1)和 (3-2)可得到外、内片的中心最大挠度。中空层气体泄漏状态下，中空层气压变化为零，此时，外片受正向集中力p而变形(比密封状态下少了一个反向的均布力ΔP作用，根据式(3-2)可得到此时外片中心最大挠度)，内片不受力，变形为0。因此，中空层泄漏状态下中空玻璃外片挠度将大于密封状态下外片的挠度，相反，泄漏状态下内片的挠度将远小于密封状态下内片的挠度(泄漏状态下中空玻璃内片挠度为零)。理论计算得到密封或泄漏下中空玻璃外、内片挠度解析解可直接应用于现场检测中空玻璃密封性能的参照数据。 

另一方面，也可在实验室确定与待检测相同尺寸和规格的中空玻璃在密封和泄漏下内、外片的挠度变化，为现场检测提供参照。现场中空玻璃在受力后变形(挠度)的变化可以通过位移传感器进行测量。 

现场检测装置及实施方法： 

本发明在线检测中空玻璃密封性能的检测装置，主要包括加力装置和中空玻璃变形观测装置。 

图2A示出了一种在线检测中空玻璃密封性能的检测装置构成，其中加力装置采用螺旋加力的方式。该检测装置中设一用于跨设安装在玻璃支撑框4上的有足够刚度的导杆1，在导杆1两端各设有一挂钩，挂钩可在导杆上自由移动。挂钩上装设吸盘2，导杆1的中段配置有螺旋加力器3，螺旋加力器3两边设置有螺纹孔，导杆1分成两段，每段的一端加工有螺纹与螺纹孔匹配，将每段带螺纹的一端旋入螺纹孔使导杆1与螺旋加力器3连接固定，并能简便装卸；螺旋加力器3的螺纹杆32与导杆1垂直，螺纹杆32前端为压头35，压头35与玻璃之间设一柔性垫片33；螺纹杆32尾端连接施力螺旋手柄31，通过转动施力手柄31推动螺纹杆32前进；螺纹杆32中段放置力传感器34用以获取施力大小(参考图3所示)。 

采用上述设计在玻璃板中心施加集中力的方法：将两个真空吸盘2吸附在门窗或幕墙的铝合金支撑框架4上(也可吸附在待测中空幕墙玻璃板的边缘部位)，每个吸盘最大吸附力应不小于50kg，将导杆1两端搁置在吸盘挂钩上以固定导杆，导杆应有足够的刚度，旋转螺旋加力装置3即可对中空玻璃施加集中力，传感器32记录加载力的大小，激光位移传感器记录中空玻璃的变形。 

图2B示出了另一种在线检测中空玻璃密封性能的检测装置构成，其中加力装置采用砝码加力的方式。该检测装置中设一连杆7，连杆由两部分组成，为拉杆71和压杆72，拉杆71和压杆72一端用铰链73连接，使两杆可以相互旋转并得到不同的角度。拉杆71的另一端通过一挂钩装有一真空吸盘2，真空吸盘2吸固在安装在玻璃支撑框4内的玻璃上；压杆72的另一端设压头35，压头35与玻璃 之间设一柔性垫片33；在连杆的铰链73处设有一挂钩，该挂钩和挂绳8一端连接，挂绳8另一端也设有挂钩，挂钩上可挂设砝码5。调节拉杆71和压杆72的角度，使压杆72与检测玻璃平面相垂直，通过增减砝码5可给玻璃施加不同大小的集中力。 

在线检测中空玻璃密封性能的检测装置中的观测装置采用激光位移传感器6。图2A示出了该激光位移传感器6的工作位置，显示其入射激光应该位于中空玻璃外片加力装置施力处(柔性垫片位置)，以检测中空玻璃内片或外片在集中力作用下的挠度。激光位移传感器6可采用基恩士公司生产的LK-G40激光位移传感器测量，该种传感器通过入射激光穿过第一片玻璃并照射到第二片玻璃表面，通过接收两片玻璃两面反射回来的光线可同时测量两片(外片和内片)玻璃的挠度，同时还能测量到中空层厚度的变化。中空层厚度也可采用专门观测设备测量。在实际测量中，可以依据玻璃幕墙的位置选择方便测量的内片或外片中空玻璃挠度值，一般测量加力装置施力的那个面。 

本发明在线检测中空玻璃密封性能的检测装置，通过给服役中的中空玻璃一面施加集中力，可同时记录中空玻璃内片或外片中心的挠度值(最大挠度)或中空层厚度。该数值可以与前述理论计算获得的中空玻璃中空层密封和泄漏情况下玻璃内片或外片的理论挠度值W_密和W_漏比较，或者与通过实验室模拟测试获得的W_密和W_漏比较，从而判断中空玻璃中空层是否密封。 

以下结合具体实施例详细说明本发明。 

实施例1：实验室模拟中空玻璃中空层密封和泄漏状态下玻璃挠度变化 

本试验采用中空玻璃样品规格为6mm+12mm+6mm，长宽尺寸为2000mm×1200mm。具体实施步骤如下： 

(1)将两吸盘吸附于中空玻璃短边边缘中部，调节导杆，使施力螺旋杆对准中空玻璃外片(本实施例以外片为例)中心。旋转螺旋加力装置使，使施力螺旋杆端刚好接触中空玻璃外片，在玻璃与螺旋杆接触部位垫弹性片以防玻璃刚性接触破坏。 

(2)调节激光位移传感器，使激光测量点对准中空玻璃外片中心，并将力和挠度数值都调整为零。 

(3)旋转螺旋加力杆，给中空玻璃施加集中力，此时力的大小和中空玻璃外片挠度读数在不断变化，记录力传感器分别为10、，15，20，25，30，35，40，45kg时的玻璃外片中心变形值。测量完毕后，旋转螺旋加力杆卸掉载荷。 

(4)通过人为方法在中空玻璃封边部位钻通一小孔，使中空玻璃中空层气体与 大气相通，模拟中空玻璃中空层气体泄漏。 

(5)按步骤(3)给中空玻璃施加集中力，记录中空层气体泄漏后外片中心的变形值。 

试验室测量结果见表1及图4。图4显示了模拟待测中空玻璃在密封和泄漏状态不同施力下外片最大挠度值曲线。 

表1试验室里测量中空玻璃中空层气体泄漏前后外片(受力面)中心挠度 

由表1可以看出，中空玻璃中空层密封状态下外片的挠度明显比泄漏情况下小，随着加载力增大到35kg时，玻璃挠度变化不大，这可能是受吸盘是吸附于玻璃的两端的影响。因此，从上面数据可以看出，对于该块玻璃样品，如吸盘吸附在玻璃上，在线检测中空层密封性能时，施加集中力范围最好在15～35kg范围内。 

实施例2：现场检测中空玻璃中空层密封性能 

工程简介：某大楼中空玻璃幕墙2001年5月完工，共6层，其中2～5层安装了玻璃幕墙。空玻璃规格为6mm+12mm+6mm，长宽尺寸为2000mm×1200mm。检测时，每层随机选取两块中空玻璃中进行测量，按实施例1步骤(1)，(2)安装测量装置，按步骤(3)加载，加载力为25kg，测量外片玻璃挠度见表2。 

表2现场检测中空玻璃外片中心挠度 

编号	A2	B2	A3	B3	A4	B4	A5	B5	A6	B6
											挠度(mm)	1.011	1.085	1.154	1.142	1.035	1.098	1.147	1.167	1.210	1.138

与实施例1试验室测量同样规格和尺寸的中空玻璃在25kg集中力作用下密封和泄漏状态下玻璃外片挠度为参照，发现表2的所有数据与密封状态下很接近，说明检测试样的中空玻璃密封性能良好，质量优良，可继续使用。 

Claims (5)

1.一种在线检测服役中中空玻璃密封性能的方法，其特征在于，确定被检中空玻璃密闭和泄漏状态时一定施力下中空玻璃承载变形量W_密和W_漏，现场检测同样施力下被检中空玻璃承载变形量W_测，比较数值，W_测接近哪一端数值则表明被检中空玻璃靠近哪一种状态，以此评价被检中空玻璃中空层的密封性能。

2.根据权利要求1所述在线检测服役中中空玻璃密封性能的方法，其特征在于，所述施力在中空玻璃内片或外片的中心，所述承载变形量为玻璃挠度值。

3.根据权利要求1或2所述在线检测服役中中空玻璃密封性能的方法，其特征在于，所述被检中空玻璃密闭和泄漏状态时一定施力下中空玻璃承载变形量W_密和W_漏通过理论计算确定，其中根据四边简支板弯曲理论计算中空玻璃在中空层密闭或泄漏状态下的挠度值。

4.根据权利要求1或2所述在线检测服役中中空玻璃密封性能的方法，其特征在于，所述被检中空玻璃密闭和泄漏状态时一定施力下中空玻璃承载变形量W_密和W_漏通过实验室模拟测定确定。

5.根据权利要求4所述在线检测服役中中空玻璃密封性能的方法，其特征在于，具体实施以下步骤：

(1)准备一块与待检测规格相同的中空玻璃，保持其密封状态；

(2)使用固定在玻璃框架上的一加力器，施力点垂直对准中空玻璃中心；

(3)使用一激光位移传感器，使激光测量点对准中空玻璃中心；

(4)使用加力器施力，记录施力数值，同时记录激光位移传感器上的读数，得到中空玻璃密封状态时不同外力下外片的挠度数值；

(5)将密封的中空玻璃封边部位钻通一小孔，使中空玻璃中空层气体与大气相通，模拟中空玻璃中空层气体泄漏状态；

(6)重复步骤(2)至(4)，得到中空玻璃泄漏状态时不同外力下的挠度数值；

(7)分析(4)和(6)记录的挠度数值，选择挠度数值变化的施力数值区域中的一个值作为现场检测的施力数值P，此时步骤(4)对应的数值为W_密，步骤(6)对应的数值为W_漏；

(8)现场对待检中空玻璃重复步骤(2)和(3)的操作，将加力器数值调整到P，记录此时激光位移传感器上的读数，即为待检中空玻璃此时的挠度数值W_测；

(9)将W_测数值与W_密和W_漏比较，判断被检中空玻璃的状态。

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