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木材焊接技術(shù):應(yīng)用于木制品的連接,這是新技術(shù)嗎?

时间:2021-07-07     【转载】   来自:家具產(chǎn)業(yè)   阅读



提到焊接,你能想起什么呢?火心四濺?高溫高熱?閃瞎了眼?嗯!你說的沒錯。


不過,我們今天要說的焊接是應(yīng)用于木制品的連接,但不同于常見鐵器焊接需要超高熱源的導(dǎo)入。本文講給大家介紹的就是“圓棒榫旋轉(zhuǎn)木材焊接技術(shù)”。

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現(xiàn)在的木制品連接方法不好嗎?


當(dāng)然不是!實木家具的生產(chǎn)與裝配技術(shù)發(fā)展至今,已趨于成熟和穩(wěn)定,但仍然有值得改善的空間和余地。


傳統(tǒng)的榫卯接合生產(chǎn)工藝復(fù)雜、木材損失嚴(yán)重;金屬件連接中的金屬件易出現(xiàn)銹斑或被腐蝕而影響到接合的強度;


圓棒榫接合,在組裝時須在榫孔內(nèi)或榫上涂膠,因此存在膠液易污染非接合表面、生產(chǎn)和使用中有一定污染物質(zhì)釋放的情況。

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而我們要說的圓棒榫旋轉(zhuǎn)木材焊接技術(shù)是二十世紀(jì)末、二十一世紀(jì)初從歐洲發(fā)展起來的新技術(shù),圓棒榫在預(yù)先鉆好的圓榫孔中(孔徑比圓棒榫的直徑稍。└咚傩D(zhuǎn),且不加任何膠粘劑或其它任何材料,而固定在鉆好孔的木基材中或?qū)⒒南鄬潭,是一種瞬間接合、經(jīng)濟、環(huán)境友好、極具發(fā)展?jié)摿Φ哪静慕雍霞夹g(shù)。


到底啥是圓棒榫旋轉(zhuǎn)木材焊接?


如何給這種技術(shù)下定義呢?相關(guān)學(xué)者是這樣描述的:不添加任何黏合劑,高速旋轉(zhuǎn)的圓棒榫通過摩擦而致其與木基材在瞬間(2-4秒)接合并具有一定強度的連接技術(shù),稱之為圓棒榫旋轉(zhuǎn)木材焊接。

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▲圓棒榫旋轉(zhuǎn)木材焊接示意圖


劃重點了,“高速旋轉(zhuǎn)”“摩擦”“瞬間接合”無疑是該技術(shù)的特點,可還是不明白的是:為什么這樣做就可以實現(xiàn)所謂的“焊接”呢?


原理是這樣的


圓棒榫高速旋轉(zhuǎn)進入榫孔,在接觸界面間,圓棒榫和榫孔內(nèi)壁摩擦而產(chǎn)生高溫,木材纖維無定形區(qū)的高分子聚合物(主要是木質(zhì)素,也有部分半纖維素)被軟化、融化,而纖維形成纏結(jié)網(wǎng),融合在融熔的木材高分子聚合物中,當(dāng)圓棒榫停止轉(zhuǎn)動后,冷卻固化形成了焊接帶而連接在一起。




▲焊接帶的表觀和微觀結(jié)構(gòu)


從上圖可以看出焊接帶的顯微互相交織相連,當(dāng)木材摩擦焊接完成后,在形成的“新界面”木質(zhì)素和半纖維素(糠醛、木聚糖)發(fā)生聚合和交聯(lián)化學(xué)反應(yīng),因此圓棒榫停止旋轉(zhuǎn)運動后,為了保證一定的接合強度,還需保持一定瞬時的壓力。


圓棒榫旋轉(zhuǎn)焊接技術(shù)如何應(yīng)用呢?


圓棒榫是家具工業(yè)中較常見的插入榫,板式家具部件之間的接合與定位、實木框架的接合均可通過圓棒榫將若干個部件組裝在一起。


近年來,高速旋轉(zhuǎn)圓棒榫木材焊接技術(shù)在歐洲已于家具部件直接和角部結(jié)合兩類連接方式中展開應(yīng)用研究,其結(jié)構(gòu)強度、產(chǎn)品穩(wěn)定性符合相關(guān)要求。


實木家具直接結(jié)合怎么用?


實木家具中的直接結(jié)合是最基本的裝配方式之一,如果采用圓棒榫旋轉(zhuǎn)焊接,結(jié)果如何一定是大家最為關(guān)心的問題。


研究人員選取斜接、搭接和鳩尾接三種家具部件直接結(jié)合方式,對圓棒榫旋轉(zhuǎn)焊接體與圓棒榫膠接合體、釘接合體進行力學(xué)性能比較,研究結(jié)果認(rèn)為圓棒榫旋轉(zhuǎn)木材焊接較釘接有較好的強度和剛度、與圓棒榫膠接強度和剛度相當(dāng),可以在家具部件裝配中應(yīng)用。

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▲不同角度和數(shù)量的斜接

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▲不同角度和數(shù)量的搭接

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▲不同角度的鳩尾接


實木家具角部結(jié)合怎么用?


角部結(jié)合也是家具結(jié)構(gòu)中的重要部分,其主要有“L”型和“T”型兩種連接方式。


性能好的“T”型連接可以提高家具角部結(jié)合強度,其強度和剛度對家具產(chǎn)品質(zhì)量十分重要。



▲T型結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能測試


家具中的“L”型結(jié)合是家具外框連接的常用形式,由于這種結(jié)合中受力點在木材邊部,“L”型連接部件的力學(xué)性能相對于“T”型結(jié)合差。


經(jīng)實驗表明,榫卯結(jié)合的“L”型部件通過一定數(shù)量的圓棒榫旋轉(zhuǎn)焊接技術(shù),連接過程中未添加任何物質(zhì),且其力學(xué)強度符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)。


有沒有典型的技術(shù)應(yīng)用案例呢?


有的。隨著圓棒榫旋轉(zhuǎn)焊接技術(shù)的不斷發(fā)展,在歐洲將其應(yīng)用到家具生產(chǎn)裝配中正如火如荼展開研究。


如著名荷蘭建筑設(shè)計大師赫里特·里特費爾德設(shè)計的極簡抽象派Z字型椅,用四塊櫸木板以間距為32mm圓棒榫,不添加任何物質(zhì)、僅通過圓棒榫旋轉(zhuǎn)焊接組裝。

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▲使用圓棒榫旋轉(zhuǎn)焊接的Z字椅

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▲使用圓棒榫旋轉(zhuǎn)焊接的柜子

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▲圓棒榫高速旋轉(zhuǎn)摩擦焊接機


圓棒榫旋轉(zhuǎn)焊接在國內(nèi)有前景嗎?


如果技術(shù)成熟且成本得到有效控制的話,這項連接技術(shù)應(yīng)當(dāng)是具有不錯前景的。


首先,在國內(nèi)家具業(yè)界時而爆料因有毒物質(zhì)(如甲醛)釋放而引起的糾紛,無任何物質(zhì)添加的圓棒榫旋轉(zhuǎn)木材焊接技術(shù)能滿足國人對高質(zhì)量家具生活品質(zhì)的追求;

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圓棒榫旋轉(zhuǎn)木材焊接強度與木材樹種有關(guān),國外已在櫸木、桉木等硬闊葉材中開展了研究、應(yīng)用,國內(nèi)中高檔紅木家具中應(yīng)用這一技術(shù)也可行;


對于人造板中應(yīng)用木材焊接技術(shù),國外已對刨花板、中密度纖維板、膠合板、定向刨花板等開展研究,對于圓棒榫旋轉(zhuǎn)木材焊接人造板家具可以進行嘗試;


在家具生產(chǎn)企業(yè),可以對32mm系列孔加工設(shè)備進行適當(dāng)改進,通過圓棒榫旋轉(zhuǎn)木材焊接技術(shù)來組裝家也是可行的。


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