在紅松（Pinus koraiensis Sieb. et. Zucc）木材基材上鉆制2種規(guī)格可插入木榫棒的預(yù)鉆孔（預(yù)鉆孔徑8、9 mm,深度40 mm）、選取2種規(guī)格紅松材質(zhì)的木榫棒（長(zhǎng)100 mm,直徑10、12 mm）,分別進(jìn)行不同木榫棒直徑與預(yù)鉆孔孔徑比、不同基材紋理的圓棒木榫旋轉(zhuǎn)焊接試驗(yàn),并與敲擊試驗(yàn)試件進(jìn)行對(duì)比,分析不同試驗(yàn)方法對(duì)焊接試件抗拉拔力的影響。結(jié)果表明:①木榫旋轉(zhuǎn)焊接能明顯提高連接的抗拉拔力,高于敲擊試件300%以上,焊接界面上有大量熔融物質(zhì),說明木榫旋轉(zhuǎn)焊接對(duì)于連接強(qiáng)度的提升具有明顯作用。②隨著木榫棒直徑與預(yù)鉆孔孔徑比的增加,抗拉拔力逐漸增大,在同一木榫棒直徑與預(yù)鉆孔孔徑比時(shí),順紋基材焊接產(chǎn)生的抗拉拔力高于橫紋基材。③紋理對(duì)于焊接性能的影響十分顯著,對(duì)焊接后木榫棒焊接部位的形態(tài)進(jìn)行觀察,橫向紋理對(duì)木榫棒直徑的削減作用更為明顯,順紋焊接后木榫棒整體呈圓臺(tái)狀,木榫棒直徑的變化更為平滑;對(duì)焊接帶進(jìn)行觀察,順紋焊接的焊接帶平均寬度明顯高于橫紋焊接帶平均寬度,同參數(shù)規(guī)格時(shí),順紋焊接試件抗拉拔力高于橫紋焊接試件抗拉拔力。 

【文章來(lái)源】：東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,48(06)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

木榫敲擊與焊接試驗(yàn)的抗拉拔力-位移曲線

利用SEM對(duì)焊接組木榫棒、敲擊組木榫棒表面組織進(jìn)行觀察。在100 μm下觀察敲擊組木榫棒組織(見圖3(a)),木材的纖維組織沒有發(fā)生改變。而對(duì)焊接組木榫棒進(jìn)行觀察(見圖3(b)),焊接界面上熔融物質(zhì)大量存在;這些熔融物質(zhì)是由于木材間高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生高溫使得纖維素,半纖維素等被軟化、融化,它們分布于木榫棒及預(yù)鉆孔的表面,并將木材纖維組織包覆其中,類似于“水泥”作用,將來(lái)自基材與木榫棒的組織連接在一起,并形成巨大的連接強(qiáng)度。2.2 木榫棒直徑與預(yù)鉆孔孔徑比對(duì)焊接試件抗拉拔力的影響

木材有很好的力學(xué)性質(zhì),但屬于有機(jī)各向異性材料,順紋方向與橫紋方向的力學(xué)性質(zhì)有很大差別,木材的順紋抗拉和抗壓強(qiáng)度均較高,但橫紋抗拉和抗壓強(qiáng)度較低。因此,紋理方向也是影響焊接性能的重要影響因素[10]。通過對(duì)橫紋和順紋基材焊接后的木榫棒進(jìn)行觀察,其形態(tài)有較大不同。以木榫棒直徑12 mm、預(yù)鉆孔直徑8 mm試件為例,順紋焊接時(shí)(見圖4(a)),木榫棒直徑沿著插入方向逐漸減小,其直徑變化過程較為連續(xù),整體呈圓臺(tái)形。橫紋焊接時(shí)(見圖4(b)),木榫棒直徑沿著插入方向被極大削減,在最先參與摩擦作用的20 mm長(zhǎng)度上,其平均直徑為8.2 mm;在木榫棒最后參與摩擦作用的5 mm內(nèi),其直徑發(fā)生急劇變化,變化范圍為8.6～11.3 mm。2個(gè)木榫棒試件的前端(4 mm)是定位倒角,因此未與基材預(yù)鉆孔發(fā)生摩擦,保留焊接前原始狀態(tài)。綜合所有焊接試件木榫棒的觀察結(jié)果均表明,橫紋焊接會(huì)對(duì)木榫棒的直徑產(chǎn)生更強(qiáng)的削弱效果,木榫棒焊接區(qū)域被分為兩部分:前段整體平滑,且直徑削減較大;末端在5 mm左右范圍內(nèi),木榫棒直徑呈大幅度變化。而順紋焊接,木榫棒整體呈圓臺(tái)形,整體變化更為均勻。順紋基材的紋理與木榫棒的插入運(yùn)動(dòng)方向相同,而橫紋基材的紋理與木榫棒的插入運(yùn)動(dòng)方向垂直,因此,橫紋對(duì)木榫棒的表面產(chǎn)生了類似“切削”作用;摩擦作用時(shí)間越長(zhǎng),這種“切削”作用也越劇烈,從而使木榫棒前段直徑被極大地消減,焊接過程中木榫棒材料的流失嚴(yán)重,造成木榫棒提供給焊接界面的材料減少,勢(shì)必影響結(jié)合強(qiáng)度。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]CuCl2處理對(duì)木榫焊接性能的影響[J]. 朱旭東,張吉榮,吳勇,丁青鋒,伊松林,高穎.  西北林學(xué)院學(xué)報(bào). 2017(06)
[2]落葉松為基材的木榫旋轉(zhuǎn)焊接性能及機(jī)理研究[J]. 張吉榮,高穎,徐霖,羅翔亞,朱旭東.  西北林學(xué)院學(xué)報(bào). 2017(04)
[3]木材摩擦焊接技術(shù)讓家居生活更“原味”[J]. 胡進(jìn)波.  家具與室內(nèi)裝飾. 2016(07)



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