激光技術(shù)在充氣中空玻璃氣體含量檢測中的應(yīng)用

Miikkael Niemi

(芬蘭斯巴萊克有限公司 芬蘭赫爾辛基  00100)

摘要: 為了跟上市場對高性能中空玻璃產(chǎn)品的要求，企業(yè)在質(zhì)量控制方面一直做著不懈的努力，特別是涉及充氣中空玻璃的氣體保持力時(shí)尤顯重要。新式無損檢測方法使之成為現(xiàn)實(shí)，即對任何復(fù)雜的中空玻璃配置進(jìn)行氣體含量檢測，確保交付終端客戶手中的充氣中空玻璃符合訂單要求。

關(guān)鍵詞：高性能門窗 充氣中空玻璃 無損檢測 標(biāo)準(zhǔn) 等離子發(fā)射光譜技術(shù) 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光技術(shù)

The TDLS application in gas concentration testing inside IGU

Miikkael Niemi

(AB Sparklike Oy, Helsinki  00100 Finland)

Summary:

Keeping pace with high performing insulating glass products is a struggle for quality control. The new non-invasive testing method makes it possible to measure even the most complex insulating glass structures and deliver tested products to end-users.

Key words:

High performance windows, argon gas filled IGU, non-invasive gas concentration testing, standard, plasma emission spectroscopy, TDLS

如今市場對玻璃產(chǎn)品的性能要求越來越高，日益增長的需求使得廠家對產(chǎn)品質(zhì)量不容懈怠?，F(xiàn)在的玻璃產(chǎn)品包含著多種多樣的元素，以強(qiáng)化他們的性能。其中一項(xiàng)主要的性能就是節(jié)能，不管是在炎熱還是寒冷的建筑工程應(yīng)用上都一樣。節(jié)能屬性可以通過很多方法實(shí)現(xiàn)，例如鍍膜，多片玻璃以及其間添入介質(zhì)。該介質(zhì)可以是空氣，真空或者特定氣體 – 通常是氬氣或者氪氣。

加強(qiáng)中空玻璃隔熱性能的一種普遍做法就是對其間隔層進(jìn)行氬氣或者氪氣填充，而該項(xiàng)作業(yè)可以通過自動(dòng)中空生產(chǎn)線的板壓段進(jìn)行（圖1），也可以半自動(dòng)人工操作完成。這項(xiàng)作業(yè)的挑戰(zhàn)在于如何判斷正確的充氣含量，以及如何確保充氣中空玻璃的初始濃度達(dá)標(biāo)。氣體可能會(huì)通過中空玻璃的密封膠涂布不當(dāng)而造成逃逸，這就需要在給客戶包裝發(fā)貨前進(jìn)行氣體含量檢測。中空玻璃產(chǎn)品以及門窗企業(yè)的產(chǎn)品責(zé)任通常是在交貨后要延續(xù)幾年。因此，他們在尋找增加氣體填充安全感的方法。

圖1 意大利FOREL公司自動(dòng)中空生產(chǎn)線（帶自動(dòng)充氣板壓段）

即便所有區(qū)域都沒有一個(gè)清楚的標(biāo)準(zhǔn)，但是行業(yè)及生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)累積了最佳實(shí)踐方法以制造高品質(zhì)充氣中空玻璃產(chǎn)品。事實(shí)是小分子氣體比較容易泄露，這才是真正的挑戰(zhàn)。因此，深加工企業(yè)為了確保氣體含量在充氣作業(yè)完成后可以達(dá)到最高，在充氣時(shí)基本都設(shè)置為95%或者更高。

實(shí)際的氬氣含量可以通過破壞性或者非破壞性檢測方法進(jìn)行測量。破壞性檢測方法都需要通過注射器刺穿中空玻璃的密封膠進(jìn)入間腔層進(jìn)行取氣，然后對所取的氣體樣本進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算。這些方法通常都是便宜的和準(zhǔn)確度高的穩(wěn)健技術(shù)，但需要破壞中空玻璃結(jié)構(gòu)。在實(shí)際操作中，這就意味著無法將被測量過的中空玻璃產(chǎn)品再包裝交付給客戶，也無法對該中空玻璃產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)測量。

非破壞性檢測方法可以在不破壞中空玻璃結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行氣體含量檢測。目前應(yīng)用最普遍的無損檢測方法就是等離子發(fā)射光譜法（圖2），即檢測儀器通過高壓電火花放電激穿玻璃被測表面，使間隔層內(nèi)氬氣發(fā)生電離現(xiàn)象，儀器收集氣體被電離后的光束，氬氣含量就被會(huì)自動(dòng)計(jì)算出來。這種檢測方法快速，準(zhǔn)確度高，在普通雙片中空玻璃領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，只需輕抵非鍍膜面的一面隨意取點(diǎn)進(jìn)行測量即可。非破壞性檢測方法還可以根據(jù)質(zhì)量體系或者客戶要求對同一片充氣中空玻璃產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)檢測。但是，等離子發(fā)射光譜法的技術(shù)局限性就是只能對單面鍍膜的雙片中空玻璃產(chǎn)品進(jìn)行測量。

圖2 Gasglass便攜式惰性氣體分析儀（等離子發(fā)射光譜技術(shù)）

目前，測量的技術(shù)領(lǐng)域有了最新進(jìn)展，解決了以上檢測方法在充氣中空玻璃氣體含量應(yīng)用時(shí)所遇到的問題。最新的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光技術(shù)（圖3）可以穿透鍍膜和夾膠對充氣中空玻璃產(chǎn)品進(jìn)行非破壞性檢測。

該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)可以對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的充氣中空玻璃產(chǎn)品進(jìn)行氣體含量檢測，例如節(jié)能型的三玻兩腔充氣中空玻璃。激光技術(shù)提升了這些高性能產(chǎn)品的質(zhì)量保證，使其與產(chǎn)品預(yù)期匹配。因該項(xiàng)激光技術(shù)是通過非破壞性方法測量間隔層內(nèi)氧氣含量，故它可以檢測任何一種氣體的含量。

圖3 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光技術(shù)原理

該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用可調(diào)諧激光束射入中空玻璃，利用測量信號的反射、強(qiáng)度和諧波變化以測定間隔層內(nèi)氧氣的含量（圖4）。接著，氧氣含量被換算成惰性氣體的百分比，最普遍應(yīng)用的惰性氣體就是氬氣和氪氣。對于擁有高效質(zhì)量控制的中空生產(chǎn)線來說，它可以讀取每一片充氣中空玻璃中的氣體含量信息。激光氣體分析系統(tǒng)正符合此項(xiàng)要求，可以集成安裝到現(xiàn)有中空生產(chǎn)線上，與生產(chǎn)控制軟件或者系統(tǒng)進(jìn)行連接。在當(dāng)今的生產(chǎn)管理運(yùn)營中，質(zhì)量控制扮演著一個(gè)前所未有的角色，它不僅可以消除不良品的出現(xiàn)，還可以在銷售發(fā)生客訴時(shí)提供技術(shù)支持。

圖4  激光氣體分析儀應(yīng)用

小結(jié)：高性能的節(jié)能中空玻璃其中一項(xiàng)關(guān)鍵配置要求就是對其間隔層進(jìn)行惰性氣體填充，并要求將氣體保持很多年，充氣對中空玻璃隔熱性能起了至關(guān)重要的作用，而控制氣體填充和檢測氣體含量則需要有效且可靠的工具，才能符合日漸嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求。非破壞性檢測為中空玻璃企業(yè)帶來了安全保障，不僅可以讓廠家對其送審的產(chǎn)品進(jìn)行檢測，同時(shí)還可以幫助他們對已經(jīng)安裝上墻的充氣中空玻璃產(chǎn)品進(jìn)行現(xiàn)場檢測或者長期跟蹤檢測，以驗(yàn)證其產(chǎn)品的氣體保持力性能。