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RÉSUMÉ
Cet article porte sur l’étude de l’amélioration de la résistance de soudage de deux pièces par la technique de liaison laminaire : le soudage du bois. La connexion entre les pièces de bois se forme en quelques secondes. Aucun additif n’est utilisé pour créer la liaison. D’anciennes études ont montré que l’utilisation du bois soudé est limitée à l'usage intérieur en raison de sa faible résistance à l'eau. Il y a donc un intérêt à surmonter cette limitation par modification des paramètres de soudage à savoir la fréquence de vibration, le temps de soudage et l’effet de la formation d’entures naturelles ou par utilisation de produits à caractère écologique tels que la colophane et l’acide citrique.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Siham AMIROU : Ingénieure recherche - Laboratoire d’études et de recherche sur le matériau bois (LERMAB) - Université de Lorraine, Épinal, France
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Antonio PIZZI : Professeur - Laboratoire d’études et de recherche sur le matériau bois (LERMAB) - Université de Lorraine, Épinal, France
INTRODUCTION
Le soudage par friction linéaire est une technique largement employée pour assembler les métaux et les matières plastiques dans l’industrie, et qui, récemment, a été utilisée pour assembler le bois sans aucun adhésif.
En frottant deux morceaux de bois l’un contre l’autre, la lignine, une molécule qui est un composant principal du bois, chauffe et se liquéfie. Une fois refroidie et solidifiée, elle maintient les deux morceaux ensemble avec l’aide des fibres entremêlées sans l’utilisation de colle.
Cette technique requiert un temps de soudage court, sans préparation spéciale de surface et sans utilisation de substances adhésives. Elle semble être une alternative particulièrement rentable au collage de bois, car elle permet de réduire le temps de production et d’économiser de grosses quantités de colle. Le soudage du bois a prouvé son efficacité pour le bois de résineux, et de feuillus, ainsi que pour le bambou.
Il existe deux principaux types d’assemblage :
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l’ assemblage plan qui est obtenu par une friction linéaire réalisée avec une machine de soudage par friction. Cela permet d’assembler des pièces échantillons d’une même essence ou de plusieurs essences, selon différentes orientations du fil du bois. Il est ainsi possible d’envisager la réalisation de produits standardisés en bois massif reconstitué à l’échelle de laboratoire ;
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l’ assemblage de chevilles de bois dans un support massif s’obtient par friction circulaire à l’aide d’une perceuse classique et permet d’envisager des applications dans l’industrie de l’ameublement, ainsi que pour le grand public.
Jusqu’à présent les études ont montré que l’utilisation du bois soudé est limitée à l’usage intérieur en raison de sa faible résistance à l’humidité. Les échantillons soudés sont adaptés uniquement pour des applications de qualité « intérieure » comme les meubles, malgré leur bonne résistance structurale à sec. L’objectif de cette article est de présenter les améliorations obtenues de la résistance à l’humidité des pièces soudées via différentes méthodes, à savoir physico-mécanique par modification des paramètres de soudage et formation d’enture naturelle en cours de soudage, et chimique en utilisant des produits naturelles afin d’augmenter l’imperméabilisation de bois.
Cette technique de soudage est séduisante notamment par différents aspects :
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techniques : la rapidité de réalisation et l’alignement précis des pièces ;
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économiques : pas de stockage et d’utilisation de substances adhésives ;
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environnementaux : utilisation uniquement des matériaux renouvelables à savoir le bois et les additifs naturelles.
Le produit final alors obtenu est entièrement recyclable.
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Conclusion
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1. L’amélioration des propriétés de soudage en milieu humide
L’amélioration des propriétés de soudage en milieu humide (la résistance à l’eau) se fera par une connaissance approfondie de ses propriétés.
1.1 Par modification des paramètres de soudage
La modification des paramètres de soudage peut influencer positivement la qualité de soudage et sa résistance à l’eau. Une étude a été effectuée sur des échantillons de hêtre qui sont placés dans une machine de friction qui applique simultanément un mouvement transversal à une fréquence de 150 Hz avec un temps de soudage variable (1,5, 2, 3, 4 et 5 s), la pression de soudage est maintenue à 1,33 MPa, le temps de maintien après friction est de 5 s. La pression de maintien appliquée est de 2 MPa. L’amplitude de la friction linéaire lors du soudage est de 2 mm.
Les échantillons sont alors testés pour leur résistance à l’eau par un essai de traction après 5 heures d’immersion dans de l’eau froide (15 °C).
Cette étude a montré que l’utilisation d’une fréquence de vibration plus élevée (150 Hz) par rapport aux anciennes études (100 Hz), d’un déplacement de 2 mm et d’un temps de soudage cours (1,5 s) ont permis d’augmenter rapidement la température lors du soudage et ont donné un meilleur soudage par rapport au temps de soudage de 2 ,3, 4 et 5 s.
L’étude de la ligne de soudure à l’aide d’un microscope électronique à balayage a montré que :
-
les fibres de bois ne sont pas sorties de l’interface soudée ;
-
l’interface soudée vue sur le côté du joint n’est pas sombre, indiquant la quasi-absence de carbonisation de la région interfaciale.
Le maintien de toutes les fibres dans l’interface soudée est assuré par un joint plus fort et une résistance à l’eau améliorée en raison de la réduction de la carbonisation de la matière fibreuse...
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L’amélioration des propriétés de soudage en milieu humide
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MANSOURI (H.R.), OMRANI (P.), PIZZI (A.) - Improving theWater Resistance of Linear Vibration-WeldedWood Joints. - J. Adhesion Sci. Technol. 23, pp. 63-70 (2009).
-
(2) - PIZZI (A.), MANSOURI (H.R.), LEBAN (J.M.), DELMOTTE (L.), PICHELIN (F.) - Enhancing the Exterior Performance of Wood Joined by Linear and Rotational Welding. - J. Adhesion Sci. Technol. 25 (19), pp. 2717-2730 (2011).
-
(3) - LEBAN (J.M.), PIZZI (A.), WIELAND (S.), ZANETTI (M.), PROPERZI (M.), PICHELIN (F.) - X-ray microdensitometry analysis of vibration-welded wood. - J. Adhesion Sci. Technol.18, pp. 673-685 (2004).
-
(4) - KUSUMAH (S.S.), UMEMURA (K.), OSHIOKA (K.Y.), MIYAFUJI (H.), KANAJAMA (K.) - Utilisation of sweet sorghum bagasse and citric acid for manufacturing particleboard I : effects of predrying treatment and citric acid content on the board properties. - Ind corps prod, 84, pp. 34-42 (2016).
-
(5) - AMIROU (S.), PIZZI (A.), DELMOTTE (L.) - Citric acid as waterproofing additive in butt joints linear wood welding. - Eur J Wood Wood Prod....
NORMES
-
Bois lamelle-colle – Essai de cisaillement par compression - NF EN B51-032 - 1981
-
Structures en bois – Bois lamellé collé et bois massif reconstitué – Exigences - NF EN 14080 - 2013
-
Adhésifs de nature phénolique et aminoplaste, pour structures portantes en bois – Classification et exigences de performance - NF EN 301 - 2013
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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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