Le Tensioni del Vetro Float

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Demetrio Lombardi
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2 Le Tensioni del Vetro Float Sassuolo, 9 Luglio 2015 Convegno ICerS

3 Argomenti trattati - Comportamento elastico e viscoelastico del vetro; perché si formano le tensioni: gradienti termici e velocità di raffreddamento; tensioni di trazione e compressione; tensioni temporanee e permanenti - Galleria di ricottura: controllo e misura dello tensioni in linea, dall'uscita bagno Float al taglio e sbordatura della lastra di vetro - Problemi dovuti alle tensioni: rotture in produzione (galleria di ricottura); difficoltà di taglio e sbordatura in linea; rotture e difetti di bordo presso il cliente. 3

4 Comportamento del vetro in funzione della temperatura Liquido Alta temperatura Bassa viscosità Non conserva le tensioni indotte dalla sollecitazione applicata (gradienti termici) Materiale viscoelastico Temperatura di transizione (range) Viscosità intermedia Elementi di: - Flusso viscoso - Risposta elastica Solido Bassa temperatura Alta viscosità Risposta elastica alla sollecitazione applicata (gradienti termici) Tensioni Permanenti Tensioni Temporanee 4

5 Tempo di rilassamento delle tensioni 400 C Stress Time 5

6 Tensioni temporanee (vetro allo stato di solido elastico) - Sono il risultato delle differenze di temperatura (gradienti termici) presenti nel vetro (bordi-centro del nastro; superfici superiore e inferiore rispetto al bulk, lungo l asse del nastro). - Quando non c'è più gradiente termico (tutto il materiale torna alla stessa temperatura) non c'è più tensione (se non presenti tensioni permanenti precedenti all'applicazione del delta T). Comportamento elastico. - Se però la differenza di temperatura ha indotto tensioni elevate, superiori alla resistenza del materiale, il vetro si rompe per shock termico. 6

7 Tensioni temporanee trasversali: bordi - centro Consideriamo il nastro continuo di vetro come una serie di strisce isoterme lungo la larghezza del nastro, durante il suo raffreddamento in linea. Flusso del Vetro 7

8 Tensioni temporanee trasversali: bordi - centro Nelle prime fasi del raffreddamento, I bordi si raffreddano più velocemente del centro, saranno quindi più freddi del centro; se le strisce di vetro del nostro modello non fossero vincolate tra loro, avremmo I bordi più corti del centro, dato che si contraggono più del centro; essendo le strisce di vetro unite, poiché il materiale è allo stato solido, il risultato è che nel corso della loro contrazione i bordi del nastro metteranno in compressione il centro, che per reazione mette I bordi in trazione. A fine raffreddamento (T ambiente), le tensioni scompaiono. -5ºC +5ºC -5ºC Compressione 0 Trazione Nota: le frecce rappresentano le forze di reazione nel materiale 8

9 Tensioni laminare temporanee: superfici cuore del nastro Ipotizzando la stessa situazione della slide precedente (superfici più fredde della parte centrale della lastra) avremo tensioni nello spessore o laminari. -5 ºC +5 ºC -5 ºC Compressione 0 Trazione 9

10 Tensioni temporanee laminari: effetto dell'aumento della velocità di raffreddamento C 0 T C 0 T Lenta Veloce freddo 0 caldo freddo 0 caldo - Blu: profilo termico - Rosso: stato tensionale 10

11 Tensioni permanenti trasversali: bordi - centro Caso 1 Caso 1 C 0 T C 0 T C -20 Caso C -20 Flusso del Vetro Caso 2 C 0 T C 0 T C 0 T 11

12 Tensioni permanenti trasversali: bordi - centro In entrambe le situazioni (caso 1 e 2), lo stato tensionale iniziale nell intervallo C è nullo poiché nel primo caso non ci sono gradienti di temperatura, nel secondo caso I gradienti ci sono ma le tensioni che si originano si rilassano in pochi secondi (regime viscoso). Il gradiente termico, però (caso 2) permane, per cui nel corso del raffreddamento, passando attraverso l' intervallo di transizione tra regime viscoso (fino a circa 480 C) ed elastico (< circa 480 C) succede che i bordi, più freddi (velocità di raffreddamento superiore), terminano la loro contrazione quando il centro del nastro si sta ancora contraendo, con Il risultato è che il centro mette I bordi in compressione I quali, per reazione, mettono il centro in trazione. In altre parole, possiamo dire che la contrazione di configurazione dei bordi, a causa delle velocità di raffreddamento più elevate, non è avvenuta completamente come per il centro del nastro (minor velocità di raffreddamento), con il risultato di avere una configurazione molecolare più aperta ai bordi, che sono così messi in compressione. 12

13 Tensioni laminari permanenti e Stress 3D Compressione 0 Trazione 0 13

14 Riassunto Schematico Semplificato T < 480 C Tensioni Temporanee + caldo Compressione + freddo Trazione T > 480 C Tensioni Permanenti + caldo Trazione + freddo Compressione 14

15 Layout Linea di ricottura: da uscita bagno a taglio delle lastre Pre-Annealing Annealing Post-Annealing Bagno Lavaggio, taglio e magazzino 600 C 540 C 480 C 40 C 15

16 Layout Linea di ricottura: suddivisione zone galleria A B C D R.E.T. 1 R.E.T. 2 R.E.T. 3 F.A.C. 600 C 540 C 480 C 400 C 240 C 90 C A- Zona Pre-annealing B- Zona Annealing C, D, R.E.T. s, F.A.C. - Zona Post - annealing 16

17 Profilo termico longitudinale linea Float Venezia Velocità di raffreddamento VR = Differenza di temperatura ( C) x Velocità di galleria (m/min) Distanza tra i due punti di misura (m) 17

18 Controllo Temperature: pirometri e termocoppie (esempio zona A) 18

19 Strainviewer: misura in continuo dello stress in linea PROFILO TENSIONALE CORRETTO 19

20 Strainviewer: misura in continuo dello stress in linea TENSIONAMENTO BORDI NON IDONEO _ ONDULAZIONE DEL BORDO DESTRO (IN COMPRESSIONE) 20

21 Effetti dello stress per ricottura non idonea Rotture per combinazione effetti di: Eccessiva trazione Difetti superficiali e/o di bordo Buckle and wave ; bow and dish Area Stress when glass is flat Ribbon Shape Measured Area Stress after buckle Buckled right edge 21

22 Bow and Dish (battello e controbattello) CALDO FREDDO Dish FREDDO CALDO Bow 22

23 Tipi di Rottura 23

24 Tipi di Rottura 24

25 Tensioni al Taglio non idonee: difetti di bordo Tensione Tensione (a) Condizioni ideali (a) Condizioni ideali Taglio Taglio Bordo Centro Nastro Bordo Centro nastro Compressione Bordo Nastro Compressione Bordo Nastro Tensione (b) Alto valore di compressione Tensione (b) Larga zona in trazione Bordo Taglio Centro Nastro Bordo Taglio Centro nastro Compressione Bordo Nastro Compressione Bordo Nastro Tensione (c) Alto valore di tensione Tensione (c) Larga zona in compressione Bordo Taglio Centro Nastro Bordo Taglio Centro nastro Compressione Bordo Nastro Compressione Bordo 25 Nastro

26 Bordo idoneo: taglio convenzionale

27 Esempio di bordo non idoneo Il difetto si manifesta durante la rimozione della banda durante taglio e sbordatura in linea (tracce top rolls più distosione). Causato da: - Banda da rimuovere troppo stretta - Stato tensionale di forte compressione del bordo Provoca difficoltà di taglio presso il cliente

indebolimento del bordo - Innesco di rottura - Vetro da

28 Esempio di bordo non idoneo - Crepe causate da shock termico tra uscita bagno e inizio galleria che causano indebolimento del bordo - Innesco di rottura - Vetro da scartare per evitare collasso delle lastre a magazzino o presso il cliente

29 Domande? 29

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