桦木圆棒榫旋转焊接落叶松机理及氯化铜处理增强机制

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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。
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