木榫旋转摩擦焊接抗拉拔力的影响因素

发布时间：2021-11-21 15:06

　　在红松（Pinus koraiensis Sieb. et. Zucc）木材基材上钻制2种规格可插入木榫棒的预钻孔（预钻孔径8、9 mm,深度40 mm）、选取2种规格红松材质的木榫棒（长100 mm,直径10、12 mm）,分别进行不同木榫棒直径与预钻孔孔径比、不同基材纹理的圆棒木榫旋转焊接试验,并与敲击试验试件进行对比,分析不同试验方法对焊接试件抗拉拔力的影响。结果表明:①木榫旋转焊接能明显提高连接的抗拉拔力,高于敲击试件300%以上,焊接界面上有大量熔融物质,说明木榫旋转焊接对于连接强度的提升具有明显作用。②随着木榫棒直径与预钻孔孔径比的增加,抗拉拔力逐渐增大,在同一木榫棒直径与预钻孔孔径比时,顺纹基材焊接产生的抗拉拔力高于横纹基材。③纹理对于焊接性能的影响十分显著,对焊接后木榫棒焊接部位的形态进行观察,横向纹理对木榫棒直径的削减作用更为明显,顺纹焊接后木榫棒整体呈圆台状,木榫棒直径的变化更为平滑;对焊接带进行观察,顺纹焊接的焊接带平均宽度明显高于横纹焊接带平均宽度,同参数规格时,顺纹焊接试件抗拉拔力高于横纹焊接试件抗拉拔力。 

【文章来源】：东北林业大学学报. 2020,48(06)北大核心CSCD

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【部分图文】：

木榫敲击与焊接试验的抗拉拔力-位移曲线

利用SEM对焊接组木榫棒、敲击组木榫棒表面组织进行观察。在100 μm下观察敲击组木榫棒组织(见图3(a)),木材的纤维组织没有发生改变。而对焊接组木榫棒进行观察(见图3(b)),焊接界面上熔融物质大量存在;这些熔融物质是由于木材间高速旋转产生高温使得纤维素,半纤维素等被软化、融化,它们分布于木榫棒及预钻孔的表面,并将木材纤维组织包覆其中,类似于“水泥”作用,将来自基材与木榫棒的组织连接在一起,并形成巨大的连接强度。2.2 木榫棒直径与预钻孔孔径比对焊接试件抗拉拔力的影响

木材有很好的力学性质,但属于有机各向异性材料,顺纹方向与横纹方向的力学性质有很大差别,木材的顺纹抗拉和抗压强度均较高,但横纹抗拉和抗压强度较低。因此,纹理方向也是影响焊接性能的重要影响因素[10]。通过对横纹和顺纹基材焊接后的木榫棒进行观察,其形态有较大不同。以木榫棒直径12 mm、预钻孔直径8 mm试件为例,顺纹焊接时(见图4(a)),木榫棒直径沿着插入方向逐渐减小,其直径变化过程较为连续,整体呈圆台形。横纹焊接时(见图4(b)),木榫棒直径沿着插入方向被极大削减,在最先参与摩擦作用的20 mm长度上,其平均直径为8.2 mm;在木榫棒最后参与摩擦作用的5 mm内,其直径发生急剧变化,变化范围为8.6～11.3 mm。2个木榫棒试件的前端(4 mm)是定位倒角,因此未与基材预钻孔发生摩擦,保留焊接前原始状态。综合所有焊接试件木榫棒的观察结果均表明,横纹焊接会对木榫棒的直径产生更强的削弱效果,木榫棒焊接区域被分为两部分:前段整体平滑,且直径削减较大;末端在5 mm左右范围内,木榫棒直径呈大幅度变化。而顺纹焊接,木榫棒整体呈圆台形,整体变化更为均匀。顺纹基材的纹理与木榫棒的插入运动方向相同,而横纹基材的纹理与木榫棒的插入运动方向垂直,因此,横纹对木榫棒的表面产生了类似“切削”作用;摩擦作用时间越长,这种“切削”作用也越剧烈,从而使木榫棒前段直径被极大地消减,焊接过程中木榫棒材料的流失严重,造成木榫棒提供给焊接界面的材料减少,势必影响结合强度。

【参考文献】：
期刊论文
[1]CuCl2处理对木榫焊接性能的影响[J]. 朱旭东,张吉荣,吴勇,丁青锋,伊松林,高颖.  西北林学院学报. 2017(06)
[2]落叶松为基材的木榫旋转焊接性能及机理研究[J]. 张吉荣,高颖,徐霖,罗翔亚,朱旭东.  西北林学院学报. 2017(04)
[3]木材摩擦焊接技术让家居生活更“原味”[J]. 胡进波.  家具与室内装饰. 2016(07)



本文编号：3509734