提到焊接，你能想起什么呢？

火心四濺？高溫高熱？閃瞎了眼？

不管你想到什么，反正你不大可能想到我們的家具，更不會與木材聯(lián)系在一起。為什么?因為你會覺得焊接木頭，那不是“火上澆油”的事嘛，誰讓咱們鐘愛的木材最懼怕高溫和火啊。

嗯！你說的沒錯，要是真如傳統(tǒng)焊接技術似的拿著焊槍在兩塊木頭之間吱吱的噴火，恐怕得打119報火警了。

不過，我們今天要說的焊接確實是應用于木制品的連接，但不同于常見鐵器焊接需要超高熱源的導入。到底是什么神秘的技術呢？不要著急，本文講給大家介紹的就是“圓棒榫旋轉木材焊接技術”。

現(xiàn)在的木制品連接方法不好嗎？

當然不是！實木家具的生產(chǎn)與裝配技術發(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)工藝復雜、木材損失嚴重；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釋放的情況。

而我們要說的圓棒榫旋轉木材焊接技術是二十世紀末、二十一世紀初從歐洲發(fā)展起來的新技術，圓棒榫在預先鉆好的圓榫孔中（孔徑比圓棒榫的直徑稍?。└咚傩D，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將基材相對固定，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。

到底啥是圓棒榫旋轉木材焊接？

如何給這種技術下定義呢？相關學者是這樣描述的：不添加任何黏合劑，高速旋轉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，稱之為圓棒榫旋轉木材焊接。

▲圓棒榫旋轉木材焊接示意圖

劃重點了，“高速旋轉”、“摩擦”、“瞬間接合”無疑是該技術的特點，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（主要是木質素，也有部分半纖維素）被軟化、融化，而纖維形成纏結網(wǎng)，融合在融熔的木材高分子聚合物中，當圓棒榫停止轉動后，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構

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

圓棒榫旋轉焊接技術如何應用呢？

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，高速旋轉圓棒榫木材焊接技術在歐洲已于家具部件直接和角部結合兩類連接方式中展開應用研究，其結構強度、產(chǎn)品穩(wěn)定性符合相關要求。

實木家具直接結合怎么用？

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

研究人員選取斜接、搭接和鳩尾接三種家具部件直接結合方式，對圓棒榫旋轉焊接體與圓棒榫膠接合體、釘接合體進行力學性能比較，研究結果認為圓棒榫旋轉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，可以在家具部件裝配中應用。

▲不同角度和數(shù)量的斜接

▲不同角度和數(shù)量的搭接

▲不同角度的鳩尾接

實木家具角部結合怎么用？

角部結合也是家具結構中的重要部分，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合強度，其強度和剛度對家具產(chǎn)品質量十分重要。

▲T型結構的力學性能測試

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

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

有沒有典型的技術應用案例呢？

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

如著名荷蘭建筑設計大師赫里特·里特費爾德設計的極簡抽象派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、僅通過圓棒榫旋轉焊接組裝。

▲使用圓棒榫旋轉焊接的Z字椅

▲使用圓棒榫旋轉焊接的柜子

▲圓棒榫高速旋轉摩擦焊接機

圓棒榫旋轉焊接在國內(nèi)有前景嗎？

如果技術成熟且成本得到有效控制的話，這項連接技術應當是具有不錯前景的。

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

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

對于人造板中應用木材焊接技術，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系列孔加工設備進行適當改進，通過圓棒榫旋轉木材焊接技術來組裝家也是可行的。

文章來源：材料科學與工程

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