[发明专利]一种高速旋转诱导木销钉摩擦焊接抗拔承载力预测方法

说明书

本发明公开一种高速旋转诱导木销钉摩擦焊接抗拔承载力预测方法，采用多元非线性回归方法，所述高速旋转诱导木销钉摩擦焊接抗拔承载力为，其表达式为公式。本发明为现代木结构建筑与实木家具制造领域中木结构构件连接采用木销钉旋转焊接技术提供了精确地计算方法，很好的解决了长久以来该项技术缺乏多因子预测焊接节点抗拔强度计算的理论依据这个重要问题，更便于将该项创新技术更加广泛的应用于木结构产品的加工制作中。

技术领域

本发明属于现代木结构建筑与实木家具制造领域，具体涉及木结构一种高速旋转诱导木销钉摩擦焊接抗拔承载力预测方法。

背景技术

高速旋转诱导木销钉摩擦焊接技术是一种新型无粘合剂的木材连接方法，即通过专业焊接设备在木质基材的预钻孔中插入直径较小定位木销钉，通过高速旋转引起木销钉与预钻孔壁的摩擦升温，促使交界面处的聚合物材料(如木质素和半纤维素)的软化和流动，这些物质冷却后会形成硬质化合物，从而将木销钉与木质基材粘合在一起。高速旋转诱导的木销钉摩擦焊接节点的平均抗拔强度接近于PVAc胶合连接方式，具有巨大的工程应用潜力。现代木结构建筑与实木家具领域木质构件间的连接主要采用钉连接、螺栓连接、榫卯连接和胶接等形式，相比于这些连接方式，新技术具有一些独有的特性，其中包括:(1)新技术避免了传统连接方式对原有木结构产品表面的破坏，能够保留木结构构件原有的木材天然色泽；(2)简化了榫卯连接和胶接的连接方式和施工工艺流程，通过采用自攻螺钉相同的安装方式和安装设备，能够在2s至10s完成一个产品的焊接；(3)焊接接头强度与PVAc粘合剂强度相当，能够有效替代传统粘合剂的连接方式； (4)新技术真正实现了材料的可持续利用，有效实现了从构件的加工、安装、使用、维护和回收的全生命周期有害物质零排放。因此，综上所述，高速旋转诱导木销钉摩擦焊接技术作为一种创新的连接方式，能够有效减少现代木结构建筑与实木家具制造领域对金属和石化产品的过度使用，大幅度提高施工效率并降低生产成本，具由巨大的商业推广价值。

高速旋转诱导木销钉摩擦焊接技术作为木结构构件的连接方式，主要包含两种形式：(1)木销钉直接贯穿两块木质基材；(2)木销钉贯穿一块木质基材并且在另一块木质基材中仅达到一定深度而不贯穿。由于木材主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，木质素在高温条件下能够发生软化，产生类似热塑性胶粘剂的作用，这便使得高速旋转诱导木销钉摩擦升温软化木质素成为可能。通过高速旋转诱导技术能够使得上述两种连接方式的焊接界面间摩擦生热，从而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，再冷却固化形成具有一定强度的焊接节点。木结构节点连接的性能主要取决于连接件的抗拔性能，因此，自1997年木材的旋转焊接和振动焊接技术被提出以来，国内外的专家学者一直将影响木销钉旋转摩擦焊接抗拔性能因素作为主要的研究对象，寄希望于进一步提升焊接节点的抗拔性能，这些影响因素主要包括焊接温度、焊接界面的预处理方式、木销钉的旋转速率、插入速率、木销钉采用的树种种类、木销钉直径、焊接深度、钻孔方向、木质基材与木销钉的平衡含水率之差以及木销钉与木质基材预留孔的直径之差等。在这些影响因素中，旋转转速、木材种类、木销钉的有效焊接深度以及木销钉的直径是影响焊接接头性能的关键因素。尽管多年来国内外学者围绕着高速旋转诱导木销钉摩擦焊接技术已经展开了大量的试验与理论研究，但是已发表的研究成果多数只是研究出单一影响因子对焊接接头强度的作用机理，至今尚缺乏基于多因子综合作用机理的焊接节点抗拔承载力预测公式，这直接制约了该项新技术在现代木结构建筑与实木家具工业领域的进一步推广和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速旋转诱导木销钉摩擦焊接抗拔承载力预测方法，本发明的计算公式能够为现代木结构建筑与实木家具制造领域中木结构构件连接采用木销钉旋转焊接技术提供精确地计算方法，很好的解决了长久以来该项技术缺乏多因子预测焊接节点抗拔强度计算的理论依据这个重要问题，更便于将该项创新技术更加广泛的应用于木结构产品的加工制作中。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：