桦木圆棒榫旋转焊接落叶松机理及氯化铜处理增强机制

发布时间：2020-05-20 15:00

【摘要】：本文以桦木圆棒榫、落叶松基材为原料,采用旋转焊接的方法制备焊接节点试件,通过对焊接节点的力学性能和界面材料的化学基团及成分的分析,研究桦木圆棒榫旋转焊接落叶松的机理,并初步探讨氯化铜处理桦木圆棒榫旋转焊接落叶松的增强机制。主要结论如下:(1)桦木圆棒榫旋转焊接落叶松的优化工艺参数为焊接深度30mm、转速为2400rpm、桦木圆棒榫和落叶松基材的含水率分别为2%和12%、焊接时间为3s。(2)未处理和氯化铜处理实验组在不同焊接时间条件下的界面温度分布均符合非线性拟合一般公式;未处理实验组不同焊接时间界面最高温度和深度之间均符合线性拟合一般公式,而氯化铜处理实验组则符合线性和非线性的两段式拟合公式。(3)桦木圆棒榫旋转焊接落叶松的机理是焊接过程中桦木圆棒榫和基材孔内壁之间的摩擦生热引起木材组分的热解氧化,无定型物质热解熔融并包覆纤维形成含有较多含氧物质的焊接界面层,含氧物质主要在焊接过程的前期形成,大部分为C-O类物质,随着焊接时间的延长,焊接界面材料进一步热解,但是热解速率减缓,说明纤维素和半纤维素的热解主要发生在焊接过程前期。(4)氯化铜处理的桦木圆棒榫焊接落叶松基材在焊接时间3s时能够获得优异的抗拉拔力,且抗拉拔破坏发生在桦木圆棒榫木质部。随着焊接时间的延长,氯化铜处理焊接试件的抗拉拔力呈现下降趋势,且焊接时间3s试件的抗拉拔力变异性最小、可靠性最高。(5)氯化铜处理桦木圆棒榫旋转焊接落叶松的增强机制为氯化铜处理引起半纤维素和纤维素的酸水解,促进焊接过程中木材组分的解聚、热解形成熔融物质。氯化铜处理能够降低纤维素的玻璃态转变温度,促进熔融物质的形成。焊接过程中发生了纤维素和半纤维素的热解,但是木质素的相对含量增加量不足,可能发生了木质素的热解熔融。相同焊接时间的氯化铜处理焊接界面材料的含氧物质含量高于未处理实验组,也说明氯化铜处理焊接界面可能发生了更多的热解熔融反应。
【图文】：

焊接工艺,木材,摩擦焊接,线性摩擦焊接

引起木质素等具有热塑性性质的物质发生软化、熔融，在界面层对纤维进行包覆之后，逡逑再冷却固化形成具有一定强度的焊接节点。根据焊接方式不同，木材焊接技术可以分逡逑为如图１－１所示的平面摩擦焊接和圆棒榫高速旋转焊接两大类。其中，平面摩擦焊接逡逑可分为线性摩擦焊接和圆弧摩擦焊接两种，均是在木材板面施加一定的压力，通过两逡逑块板之间的来回运动振幅生热进行焊接，，不同之处为线性摩擦焊接是直线运动，而圆逡逑弧摩擦焊接振幅呈现圆周运动；圆棒榫高速旋转焊接，则是通过将高速旋转的圆棒榫逡逑插入预钻孔或没有预钻孔的木质基材中，以达到焊接的目的。逡逑Ｉ邋－邋－邋ａ捧捭逡逑预瓶逡逑木sEｄ、、」Ｌ逦：＝－．．．逡逑逦逦逡逑图１－１两种不同的木材焊接工艺（周晓剑，２０１４）逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｗｏ邋ｋｉｎｄｓ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｗｏｏｄ邋ｗｅｌｄｉｎｇ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ邋（Ｚｈｏｕ，邋２０１４）逡逑国外学者通过对温度和时间的监测，研宄线性摩擦焊接温度和时间的对应关系。逡逑研究结果表明整个焊接过程可近似划分为三个阶段：第一阶段

焊接界面,材料,基材,圆棒

为１５００ｒ／ｍｉｎ邋（Ｌｅｂａｎ，２００８），主要是因为过高的转速会使得温度升高过快，导致界逡逑面层类似灼烧焦化的现象。Ｌｅｂａｎ等采用Ｘ射线断面扫描仪对不同焊接转速的界面熔逡逑融物质分布进行分析，如图１－２中右侧所示，较高焊接转速能够产生较多的熔融物质，逡逑但是会扩散至基材内壁空隙和挤压产生的裂缝中，反而降低了焊接界面层的接合力逡逑（Ｌｅｂａｎ，邋２００８）。逡逑圆棒榫旋转焊接节点的抗拉拔力和圆棒榫、基材的含水率均有关。圆棒榫含水率逡逑和基材含水率的变化将引起圆棒榫和基材抗压能力的变化，进而影响基材孔内壁对圆逡逑棒榫的侧向抗压力，另一方面也会影响圆棒榫和基材孔内壁之间的摩擦生热作用，这逡逑是因为含水率较低则材料表面相对粗糙、摩擦力较大，产生的热量多，反之过高的含逡逑水率甚至会有水分在材料表面起润滑作用，降低摩擦力。Ｋａｎａｚａｗａ等研究了干燥圆逡逑棒榫对抗拉拔力的影响作用，焊接深度３０＿的试件在焊接结束后放置７天的抗拉拔逡逑力为放置２小时的两倍
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S781

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