Контроль внутренних напряжений

Сведения о характере и примерной величине внутренних напряжений в древесине очень важно знать в любой момент процесса, а сведения о наличии в ней остаточных деформаций – после влаготеплообработки и в конце сушки.

Производственный качественный контроль напряжений осуществляют выпиловкой из материала на ленточной пиле специальных проб – силовых секций. Силовая секция раскраивается в виде двузубой гребенки с выкалыванием серединки (рис. 5.33, а). После раскроя зубцы секции изгибаются в ту или иную сторону (рис. 5.33, б). По форме секции можно судить только о характере внутренних напряжений в данный момент, а по величине деформации – об их сравнительной величине. Для выявления остаточных деформаций раскроенную секцию надо выдержать до выравнивания влажности по ее объему. Форма зубцов может по сравнению с первоначальной измениться.

Оценку состояния древесины нужно производить по двум формам силовой секции: по форме, полученной непосредственно после раскроя, и по форме, которую приняла секция после выдержки.

В первой половине процесса сушки силовая секция после раскроя изгибается зубцами наружу (форма 1), а после выдержки – зубцами внутрь (форма 2). В древесине действуют напряжения растяжения на поверхности и сжатия внутри. Появились остаточные деформации – удлинения на поверхности и укорочения внутри и соответственно сжимающие остаточные напряжения на поверхности и растягивающие внутри.

Рис. 5.33. Схема раскроя силовой секции (а)
и возможные ее деформации (б)

На промежуточном этапе процесса сушки зубцы силовой секции после раскроя становятся прямыми (форма 3), что указывает на отсутствие напряжений. После выдержки секция остается деформируемой зубцами внутрь (форма 2). В этот момент напряжения меняют знак и равны нулю, а остаточные деформации удлинения и остаточные напряжения сжатия на поверхности достигают максимума.

В последней стадии сушки в древесине действуют сжимающие напряжения на поверхности и растягивающие внутри и сохраняются прежние остаточные деформации. Секция после раскроя деформируется зубцами внутрь (форма 2). При выдержке деформация зубцов несколько увеличивается, сохраняя такой же знак.

Конечная ВТО изменяет напряженно-деформированное состояние древесины. Увлажнение поверхностных слоев вызывает их разбухание и ведет в начальной стадии обработки к росту в них сжимающих напряжений. Под действием этих напряжений пластифицированные поверхностные слои приобретают остаточные деформации укорочения, компенсирующие остаточные деформации удлинения, полученные ранее при сушке. При правильно выбранном режиме и длительности обработки эта компенсация будет полной. Силовая секция, раскроенная сразу после обработки, деформируется зубцами внутрь, а после выдержки становится прямой (форма 3), значит в материале остаточных деформаций и напряжений нет. Если после выдержки секция остается деформированной зубцами внутрь (форма 2), значит обработка была недостаточно длительной и в материале остались остаточные деформации удлинения на поверхности и укорочения внутри и соответственно сжимающие остаточные напряжения на поверхности и растягивающие внутри. В этом случае конечную ВТО следует продолжить. Если же секция после раскроя, наоборот, деформируется зубцами наружу (форма 1), значит обработка была чрезмерно длительной. Полученные при этом остаточные деформации укорочения поверхностных слоев неисправимы, и такого состояния древесины необходимо избегать.

В некоторых случаях, при сложной эпюре напряжений, гребенки по типу рис. 5.34 могут давать искаженное представление о характере внутренних напряжений (рис. 5.34, а, б). На толщине зубцов распределение напряжений оказалось симметричным, и они не деформировались, что приводит к ложному выводу об отсутствии напряжений. Поэтому из пиломатериалов повышенной (более 40 мм) толщины рекомендуется дополнительно выпиливать вторую силовую секцию (рис. 5.34, в) с зубцами во внутренней зоне сортимента. По двум (рис. 5.34, б, в) секциям характер напряжений может быть установлен более надежно.

Рис. 5.34. Эпюра внутренних напряжений (а) и оценка их по силовым секциям различной формы (б, в)