FRATTURA DEL VETRO TEMPERATO

Il vetro, escludendo il caso ovvio dell’urto impulsivo, si rompe quando è sottoposto a sollecitazioni di trazione e la tempera, se ben realizzata, distribuita e applicata, ne migliora la resistenza.

La tempera si realizza con trasferimento e scambio di energia tra vetro e ambiente, con un residuo del bilancio termico che rimane immagazzinato nella massa sotto forma di energia potenziale elastica.

La tempera restringe la variabilità delle condizioni di suscettibilità alla rottura delle lastre di vetro sottoposte a sollecitazioni aumentandone la capacità di sopportazione verso stress prodotti da eventi accidentali o sistematici, che porterebbero alla rottura fragile.

Alcuni dei fattori che influenzano la resistenza alle sollecitazioni e la probabilità di rottura sono:

·       qualità delle lastre di vetro (composizione, spessore, inclusioni, coating, apporto di vernici, lavorazioni di bordo, effetti di intaglio, fori, scassi, qualità delle superfici esterne).

·       intensità dei livelli tensionali derivanti dalla tempera, della loro distribuzione areale e nel profondo.

·       caratteristiche delle sollecitazioni termiche e meccaniche e loro distribuzione.

·       durata nel tempo delle sollecitazioni.

·       tipologia dei vincoli cui le lastre sono sottoposte e conseguenti generazioni di sollecitazioni per deformazioni impedite.

·       presenza di schermature in grado di influire sulla distribuzione della temperatura.

I residui dell’incisione dovuta al taglio con utensile sono le microfratture in prossimità del bordo e nel posizionamento di una lastra spessa sul tavolo di carico si consiglia di lasciare questa zona in coda al pezzo (nel senso dell’avanzamento in forno) e rivolta verso il basso (a contatto con i rulli). Si cerca così di limitare la sollecitazione termica di trazione generata in una zona delicata, che potrebbe portare alla rottura in forno.
Mediamente la difettosità dovuta alla incisione del taglio è più penalizzante per le lastre spesse che sono più imperfette superficialmente e che vedono crescere le tensioni dovute al riscaldamento asimmetrico rispetto alle lastre sottili (la struttura scarica poco la sollecitazione perché tende a mantenere la sua forma); le operazione di molatura e lucidatura spesso non eliminano completamente gli intagli e addirittura, se provocano surriscaldamento, sono peggiorative e aumentano la probabilità di rottura.

POSIZIONAMENTO

In una carica completa la lastra più penalizzata è la prima ad entrare nel forno, infatti incontra rulli alla più alta temperatura. Le pause di lavorazione, quando sono di lunga durata, generalmente creano problemi di sovratemperatura della faccia inferiore del vetro e bisogna tenerne conto se, alla ripartenza, la nuova carica è costituita da lastre di grosso spessore.

Per lo stesso motivo i fori e le zone lavorate (scassi e raccordi angolosi) andrebbero protette, soprattutto nel caso di spessori forti, cercando di posizionare le parti più difficili in coda alla lastra. Qualora l'oscillazione lasciasse scoperta parte dei rulli è conveniente per particolari di pregio sacrificare ritagli di vetro ad es. 30 x 30cm disponendolo immediatamente prima e dopo la parte incriminata.

Quanto accade all'interno del forno nella fase di riscaldamento si presenta nel raffreddamento di tempera successivo che risulta molto più pericoloso per l'integrità delle lastre. Quindi attenzione alle zone con discontinuità che possono essere troppo sollecitate dalle asimmetrie della tempera dovute alle soste e/o a pressioni di alimentazione aria troppo elevate.

I numerosi elementi elencati sono responsabili della forte dispersione dei dati relativi alla presenza di rotture per il vetro temperato, moderatamente più resistente di uno non trattato, ma non esente da problemi se non perfettamente realizzato.

La rottura di lastre temperate non avviene mai in modo inspiegabile e non esisono le “ rotture spontanee ” termine proveniente dal mondo della produzione, coniato per comprendere tutto l’imponderabile; la rottura è conseguente a una molteplicità di cause che creano le condizioni per il superamento locale della sollecitazione in corrispondenza proprio della sezione meno resistente.

Anche una sollecitazione di bassa entità applicata ad una parte circoscritta  e poco resistente può produrre la rottura, analogamente una sollecitazione molto intensa può risultare critica anche per una lastra ottimamente temperata. Così come la mancanza della rottura non è indicativa di una buona resistenza generale del manufatto, la presenza della rottura non ne indica necessariamente la scarsa qualità.

Infatti devono essere valutati tutti i fattori di influenza che sono attivi in un certo momento in un certo posto sul materiale, considerando la sovrapposizione degli effetti in grado di creare le condizioni di superamento della tensione massima sostenibile in qualche punto critico della struttura e quindi la rottura.

Le condizioni di impiego a regime e lo studio dei transitori dovrebbero fornire le linee guida preventive per la progettazione del prodotto temperato, confinando le probabilità di rottura entro una percentuale minima, senza cercare di ottenere con la tempera esasperata una resistenza eccessiva che viene pagata con costi, instabilità ed asimmetrie di forma e di tensioni. Piuttosto conviene raggiungere l'omogenea ed uniforme distribuzione dello stato tensionale, sufficiente per l'impiego cui l'oggetto in vetro è destinato.
La qualità della tempera viene solitamente associata al tipo di frammentazione che, all'esame visivo, descrive abbastanza bene alcune caratteristiche esaminando i frammenti nel numero, dimensione e disposizione.
A titolo di esempio riportiamo un quadro di frammentazione presentato da un manufatto, rotto per test di tempera, che può fornire alcune informazioni relative alla storia termica del pezzo, alla qualità delle tensioni e resistenza alle cause esterne scatenanti il collasso. Di seguito si mostra un particolare interessante, a raggio di curvatura variabile, spessore 5mm metal coated su faccia inferiore, realizzato necessariamente a temperatura elevata, con scorrimento del materiale.

Il punto di impatto è centrato e le linee di flusso si dipartono radialmente lasciando aree a chiazze con elevatissima disuniformità  della frammentazione che risulta pessima, visibile più chiaramente nella seguente elaborazione di immagine. 



Il particolare è realizzato a gravità su mold a squelette di appoggio solo periferica, quindi certamente la temperatura raggiunta per ottenere la curvatura a gravità era ampiamente sufficiente per la tempera di un 5mm, tuttavia le soffianti non adatte hanno creato dei ricircoli di aria che ha lavorato male sulla superficie concava, compromettendo il raffreddamento. Il problema è stato successivamente risolto disegnando delle soffianti a particolare che hanno fornito tempera a norma.
L'esempio precedente serve a illustrare che l'uniformità del tensionamento, più che il valore assoluto dei picchi locali, garantisce stabilità del pezzo in presenza di sollecitazioni meccaniche e/o termiche, fatto confermato dal procedimento tecnologico di indurimento (vedi paragrafo) che a fronte di una minore resistenza meccanica, gode di minore dispersione delle rotture.
Trasferire le caratteristiche di omogeneità del vetro hardened unitamente al livello di tensioni del temperato è l'obiettivo della tempera ben eseguita.