缺陷分析是玻璃检测的重要领域之一。由于玻璃本身材质、生产工艺等原因影响，它的成品内部不可避免地可能会产生一些如结石、气泡、不均匀性等缺陷。这些缺陷在玻璃服役期间如果集聚到一定程度，就可能产生不正常破裂、自爆等现象，尤其是含缺陷的钢化玻璃具有很高的自爆风险。我国是玻璃生产大国，建筑、汽车、家具、电器等领域都有广泛应用。由于玻璃原片中含有各种异质颗粒及气泡等缺陷，造成被钢化后玻璃自爆现象也屡见不鲜，所以玻璃及其组合制品进行缺陷分析，就成为企业把控生产质量的重要一环。

光弹扫描法是玻璃缺陷检测的常见手段，它不仅适用玻璃材料及成品的检测，还可以检测服役中玻璃及组合制品。因为玻璃材料是一种典型的光弹性材料，所以玻璃内部的缺陷附近的应力集中可以表现出明显的应力集中光斑，且这种应力集中光斑越明显，说明其应力集中越大，玻璃的自爆风险越高。同时，因应力集中光斑其图像特征尺寸是缺陷母体直径的1-2 倍，并与玻璃表面灰尘形成的干扰存在明显的区别，因此，光弹扫描法通过间接采用检测玻璃内部缺陷附近的应力集中光斑，不仅可以更加精确检测到玻璃内部的缺陷，而且抗玻璃表面灰尘干扰带来的误诊也越强。同时，光弹扫描设备的小型化和轻型化，也易于携带至任何地方进行检测。下面我们就玻璃的突发不正常破裂、自爆现象、光弹扫描法标准现状三个维度，跟大家探讨一些玻璃缺陷分析思路。

玻璃突发不正常破裂分析

玻璃是一种典型的脆性材料，夹杂物周围萌生裂纹是引发玻璃突发破裂的一个重要因素。夹杂物周围萌生的疲劳裂纹通常有三种形式：夹杂开裂、夹杂与玻璃基体材料的脱裂以及基体材料中滑移线上的开裂。夹杂物造成不同形式的疲劳裂纹萌生，主要原因是夹杂物与基体在弹塑性和热塑性上存在差异。对于热膨胀系数大于基体的夹杂物，在热处理后它比周围材料缩收的快，使夹杂物与基体交界处产生拉应力，削弱了夹杂物与基体的结合强度，易导致夹杂物与基体脱开，造成应力集中而萌生裂纹。萌生的裂纹受夹杂物的形状、取向等因素随机影响。夹杂物的热膨胀系数小于基体时，在冷却过程中，它比周围基体缩收的慢，造成夹杂物受压应力作用，而使夹杂物与基体的交界面能够传递应力，此时夹杂物自身的弹塑性将影响疲劳裂纹的萌生形式。

玻璃夹杂物裂纹萌生主要有以下两个方面：（1）夹杂物的弹性模量大于周围的基体，在加载过程中，夹杂物将承受较大的荷载，而易发生自身断裂萌生疲劳裂纹。此时，根据前面分析，由于应力集中区在夹杂物的两极点上，因裂纹的扩展受到局部应力的影响，最大应力靠近夹杂物的极点，疲劳裂纹易在这一位置萌生。（2）夹杂物的模量小于基体，在加载过程中，它将承受较小的荷载而使其周围基体的应力升高，易引发滑移带的产生而使基体开裂萌生疲劳裂纹。此时，若外载是拉应力，夹杂物极点附近所有的主应力均为拉应力，最大主应力大于远场应力，由于夹杂形物状一般不对称，因而裂纹的萌生和扩展也不对称，侧重在夹杂物两极点附近应力大的一边。

导致玻璃突发破裂的另一个关键因素就是夹杂物附近的热残余应力，特别是存在于钢化玻璃拉应力区的夹杂物。由于夹杂颗粒周围的残余切向拉应力与钢化玻璃的拉应力叠加，使得颗粒周围垂直于玻璃面的平面拉应力达到最大，当这种局部拉应力达到一定程度就可导致玻璃破裂。显然，夹杂物周围最大拉应力区是玻璃的破裂源。另外，当最大拉应力接近玻璃的断裂强度便形成一种危险的不稳定系统，一旦有温度变化或者外部受力，局部应力峰值就可能超过强度值而发生破坏。玻璃中的局部残余应力主要是由于玻璃和夹杂颗粒的膨胀系数之差所引起。根据弹性理论，这种挤压应力主要由温差和两种材料膨胀系数之差及弹性系数所决定。在颗粒周边的玻璃中应力状态是球对称分布，并且随距离而快速衰减，径向和切向应力的绝对值相差一倍，即最大径向应力的绝对值是同一点切向应力的两倍。

玻璃自爆分析

对于任何一种分布于玻璃内部的杂质缺陷而言，因其与玻璃物料本身的物理力学性能参数不匹配，致使在熔融的玻璃料冷却成型后，会在其周边形成应力集中，且这种应力集中会随玻璃服役环境的变化而变化。另外，钢化玻璃内部存在的 NiS 杂质在玻璃钢化淬冷时由于时间很短，高温态的α相的 NiS 来不及转化为低温态的β相 NiS，继续以α相被冻结在钢化玻璃中。而在自然存放或正常使用的温度条件下，钢化玻璃中的不稳定的α相硫化镍会发生持续的低速相变，在这一相变过程 NiS 会伴随着体积的膨胀扩张，从而在玻璃内部产生局部应力集中，致使玻璃承受巨大的相变张应力，从而导致玻璃自爆。

在各种缺陷中，最易引发钢化玻璃自爆的是硫化镍杂质。根据拜恩大量现场对已自爆的钢化玻璃杂质取样成分分析案例来看，发现硫化镍约占 90%以上。如果直接采用视觉系统检测玻璃内部的缺陷，因分布于玻璃内部的缺陷体积微小，且受玻璃表面的污染及灰尘影响，其误诊和漏诊率相当高。目前，普通的玻璃缺陷检测系统也无法用于已安装于幕墙上的玻璃，特别是对于那些安装于高层幕墙上的钢化玻璃，因其自爆引发的玻璃碎片高空撒落，严重威胁着人们的生命及财产安全，光弹扫描法仪器就是在既有建筑工程上直接应用的玻璃缺陷检测方法及设备，对提升玻璃安全与可靠服役性能，降低玻璃自爆及破裂率，预防玻璃破裂带来的风险具有重要的现实意义及广阔的应用背景。

光弹扫描法标准现状

目前，光弹扫描法依据的标准为GB/T 30020-2013《玻璃缺陷检测方法 光弹扫描法》。该标准虽然在实施后，解决了大量玻璃不正常破裂、自爆风险现场检测难题。但是随着技术的发展，玻璃种类、规格、环保、节能要求的提高，也存在着一定问题。比如适用范围的限制，GB/T 30020-2013规定了不能适用于夹层玻璃、镀膜玻璃。当时标准编制组主要从两个方面进行了考量：一是考虑玻璃镀膜后，可能会影响光弹检测设备的透射或反射光的接收效果，进而影响检测精度，二是考虑夹层玻璃内部胶片或界面处的气泡也无法与玻璃基片中的缺陷进行区分。但是随着近几年技术的发展及对设备光源的改进，目前已经具备精确检测 Low-E 镀膜玻璃内部缺陷的能力及分辨玻璃内部缺陷的分布深度，因此，透光夹层玻璃及镀膜玻璃均可适用光弹扫描法检测缺陷，这也就造成了GB/T 30020-2013实施范围的严重制约。

GB/T 30020-2013存在的另一个问题就是缺乏评估自爆风险等级的依据。该问题导致的后果就是，在缺陷检测后，因含缺陷的玻璃量过大，从而无法指导使用方对含缺陷玻璃进行安全防护处理。通过拜恩近多年来对大量玻璃原片及钢化玻璃缺陷分析来看，发现含直径在 0.1mm 以上的缺陷的玻璃占总数的 10%-20%以上，如果要对这些含缺陷的玻璃全部进行更换，则在成本，可行性、实施难度上几乎都是不可能的。其实，钢化玻璃自爆风险与其含缺陷类型、分布位置等因素有关，大部分缺陷如气泡等引起钢化玻璃自爆风险较低，属于良性缺陷，而一些深色杂质等缺陷引发自爆风险相对较高，分布在压应力区的缺陷引发自爆风险也相对较低。因此，有必要对检测到的缺陷进行进一步分析，并对其自爆风险进行评估分级，对于自爆风险等级较低的缺陷，可以加强安全维护处理即可，不需更换，而对自爆风险等级较高的玻璃建议采取更换处理。

以上，便是有关玻璃缺陷分析的几点思路。光弹扫描法是基于平面应力-光性定律提出来的实验室应力分析方法，目前已被广泛汽车玻璃的边缘应力及钢化玻璃的残余应力测试当中，所以已经是较为成熟的检测技术，当然GB/T 30020-2013的问题也是客观存在的。我国目前生产的玻璃80%都属于建筑玻璃，而且建筑玻璃80%又多是应用在建筑外围结构的玻璃幕墙，80%的玻璃幕墙基本采用的都是钢化玻璃，所以完善的光弹扫描法对于检测玻璃缺陷，了解玻璃品质好坏具有重要意义，相信不久的将来修订版的GB/T 30020就会及时发布，指导玻璃行业的安全管理规范。