Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Water resistance of Scots pine joints produced by linear friction welding
Luleå University of Technology, Department of Engineering Sciences and Mathematics, Wood Science and Engineering.
2011 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Wood welding is a mechanical friction process allowing the assembly of timber without any adhesives. The process consists of applying mechanical friction, under pressure, alternately to the two wood surfaces to be welded. This process can be applied to weld two flat pieces of timber, originating from the same or different tree species, and can be used in the manufacture of furniture and wood joinery. The only limitation is that the joint is not exterior-grade, but only suitable for interior joints. Exterior use, or use in an environment with varying humidity demands water resistance of the welded joints. The main objective of this thesis is to study the water resistance of the welded wood. This is complemented with special attention to non-destructive test methods such as X-ray Computed Tomography (CT-) scanning and Magnetic Resolution Imaging (MRI). The influence of welding parameters and wood properties on crack formation and crack propagation in the weldline was investigated. The influence of these parameters on weldline density and water absorption in the weldline were also studied. Investigations in this thesis are based on welded samples of Scots pine (Pinus sylvestris) of the dimensions 200 mm × 20 mm × 40 mm which were cut in the longitudinal direction of the wood grain. The tensile-shear strength of the welded Scots pine samples were determined using European standard EN 205. Different non-destructive methods such as X-ray Computed Tomography (CT-) scanning to study crack formation and propagation, and magnetic Resolution Imaging (MRI) to characterize water penetration and the distribution mechanism in welded wood were used. Solid state CPMAS 13C NMR spectrometry and X-ray microdensitometry investigations were carried out to study the mechanism of adhesion in Scots pine. These various non-destructive methods offer the advantage of non-invasive analysis and the elimination of any artifacts present due to preparation and sectioning. The most important results are summarized as follows: •X-ray Computed Tomography (CT-) scanning and Magnetic Resolution Imaging (MRI) are versatile research methods applicable to investigations of welded woods. •Water resistance of welded Scots pine can be increased using heartwood, a welding pressure of 1.3 MPa, and a welding time of 1.5 s. •Optimization tests showed that the tensile-shear strength of Scots pine was more sensitive to welding time changes than holding time and could be optimized to more than 9.7 MPa using 1.3 MPa welding pressure, > 3.5 s welding time, and < 60 s holding time. •Changing welding parameters and wood properties can increase water resistance of welded wood to some extent, but treating the weldline with certain natural and environmentally-friendly water repellents is still necessary. •Welded Scots pine shows unusually high water resistance and tensile-shear strength. This may be explained by there being more extractives compounds in Scots pine. •MRI experiments showed that the origin of the joint failure in welded beech is poor water resistance of the weldline, while swelling and shrinkage of wood are the main reasons for joint failure of welded Scots pine. •Extractives in Scots pine dramatically improve water resistance of the welded joint, but not to a level to classify the joint as an unprotected exterior grade. However, it can qualify as a joint for protected semi-exterior application.

Abstract [sv]

Wood Welding (träsvetsning) är en mekaniskt inducerad friktionsprocess som medför att provkroppar av trä sammanfogas utan lim. Processen består att av att pålägga mekanisk friktion under tryck på de provkroppar som ska sammanfogas. Denna process kan åstadkommas mellan två träytor av samma träslag eller mellan träytor från två olika träslag. Slutprodukten kan exempelvis användas vid möbeltillverkning eller s.k. limfog. Den enda begränsningen är att fogen inte belastas av uthomhusklimat utan enbart inomhusklimat.Huvudsyftet med denna avhandling är att bygga kunskap angående vattenbeständighet hos limfogar skapade på detta sätt och att förbättra den med hjälp av oförstörande mätmetoder som datortomografi (CT-scanning) och NMR/MRI (Magnetic Resonance Imaging).Undersökningen omfattar inställningen av svetsmaskinparametrararna och träegenskapers inverkan på sprickbildning och sprickutbredning i den bildade svetsfogen. Dessutom studerades inverkan av dessa parametrar på svetsfogens densitet och vattenabsorption. Resultaten baseras på provkroppar av furu (Pinus sylvestris) med dimensionerna 200 mm × 20 mm × 40 mm där fiberriktningen är longitudinell. Skjuvprovningen av dessa provkroppar bestämdes användande European standard EN 205.Datortomografi och MRI användes för att karakterisera vattenabsorptions- och vattenfördelningsmekanismer hos svetsat trä. Mätmetoderna erbjuder ej påverkande mätningar och eliminering av felkällor vid preparering och sönderdelning under provningsförfarandet.De viktigaste resultaten kan sammanfattas sålunda: Datortomografi och MRI är kraftfulla forskningsverktyg för applikationen träsvetsning. Vattenbeständigheten för furu kan ökas genom att använda kärnved, ett pålagt svetstryck av 1.3 MPa och svetstid 1.5 s. Optimeringsprovningar visade att drag- och skjuvhållfasthet hos furu är mer känslig för svetstid än trycktid efter svetsning och kunde optimeras till mer än 9.7 MPa vid 1.3 MPa svetstryck, > 3.5 s svetstid, och < 60 s trycktid efter svetsning. Skjuvhållfastheten hos svetsfogen ökar inte linjärt med svetstiden utan är en funktion av värmeproduktionen i svetsfogen. Vattenbeständigheten hos svetsat trä kan förbättras genom att ändra svetsparametrar och träegenskaper, men användning av visa naturliga och miljövänliga vattenavstötande medel rekommenderas fortfarande. Svetsad furu uppvisar ovanligt hög vattenbeständighet och drag- /skjuvhållfasthet. Detta kan förklaras med större extraktivämneshalt i furu. MRI försöken visade att orsaken för fogbrott i bok är dålig vattenbeständighet i fogen. För furu är huvudorsaken svällning och krympning av provkropparna medan fogen i sig själv är vattenbeständig. Extraktivämnen i furu förbättrar kraftigt svetsfogens vattenbeständighet, dock inte tillräckligt för att klassificeras som direkt lämpligt för produkter för utomhusanvänding.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2011. , 158 p.
Series
Doctoral thesis / Luleå University of Technology 1 jan 1997 → …, ISSN 1402-1544
Keyword [en]
Materials science - Other processing/assembly
Keyword [sv]
wood, wood welding, crack, CT scanning, image processing, MRI, microdensitometry, CPMAS C NMR, density, water absorption, tensile-shear strength, Teknisk materialvetenskap - Övrig bearbetning/sammanfogning
Research subject
Wood Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-18426Local ID: 88f559b2-6b90-4a3a-a3ca-2b86b6c89cfdISBN: 978-91-7439-205-0OAI: oai:DiVA.org:ltu-18426DiVA: diva2:991435
Note
Godkänd; 2011; 20110126 (ysko); DISPUTATION Ämnesområde: Träteknik/Wood Technology Opponent: Professor Lars-Olof Nilsson, Byggteknik, Lunds tekniska högskola Ordförande: Professor Owe Lindgren, Institutionen för teknikvetenskap och matematik, Luleå tekniska universitet Tid: Fredag den 18 februari 2011, kl 10.00 Plats: Hörsal A, Institutionen för teknikvetenskap och matematik, Campus Skellefteå, Luleå tekniska universitet, SkellefteåAvailable from: 2016-09-29 Created: 2016-09-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(7586 kB)8 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 7586 kBChecksum SHA-512
e903e979dbef8cc6aad575206ef426d437795ca62efd9836cff94addffe56c0d53b8b49328d8d107d6740843e4100821a4eea45ddeb5d07ff394fe7f7d21377b
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Vaziri, Mojgan
By organisation
Wood Science and Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 8 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 10 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link