Joining wood by friction welding

Abstract

At the Chair of Timber Constructions of the Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (EPFL) tests were carried out to join wooden work pieces by friction welding without any additional welding deposit. It could be determined that this kind of technology, which is mainly used for thermoplastics and metal, can also be applied to wood. Tests were carried out to determine the influence of the processing parameters like welding pressure, frequency and amplitude of the circular movement on the welding process and the input of energy at the interface. In addition, the resistance of the joint was examined. The development of the shear strength during solidification of the interface as well as the shear strength achievable after a complete solidification of the interface was the objective of the examinations. Furthermore, the microstructure of the welded joint was studied to reveal the manner in which the thermally decomposed wood forms the connection between the welded pieces.

Zusammenfassung

Am Lehrstuhl für Holzbaukonstruktionen der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) wurden Versuche durchgeführt, Werkstücke aus Holz durch Reibschweissen ohne zusätzliches Schweissgut zu verbinden. Es wurde festgestellt, dass diese Verbindungsmethode, die bisher hauptsächlich für thermoplastische Kunststoffe und Metalle Anwendung findet, ebenfalls auf den Werkstoff Holz angewendet werden kann. Die Versuche wurden durchgeführt zur Ermittlung des Einflusses der Prozessparameter wie Schweissdruck, Frequenz und Amplitude der zirkularen Reibbewegung auf den Schweissprozess und den Energieeintrag in die Oberflächen. Die Festigkeit der Verbindungen wurde ebenfalls ermittelt. Die Entwicklung der Scherfestigkeit während dem Aushärten der Fuge und die erreichbaren Endscherfestigkeiten waren Teil der Untersuchungen. Mikrostrukturelle Betrachtungen der Schweissverbindung wurden durchgeführt, um zu klären, auf welche Art das thermisch umgewandelte Holz im Fugenbereich die Verbindung zwischen den verschweissten Holzstücken gewährleistet.