[发明专利]具有大表面面积或非互补焊接界面的聚合物构件的旋转焊接

摘要

提供了摩擦焊接组件及旋转焊接方法，其中将被连结的构件为聚合物构件。针对聚合物构件提供的设计允许使用相对低速度和压力来实现构件之间的优异的摩擦焊接接头。此外，大表面面积聚合物构件可以以此设计成功地摩擦焊接。在某些变型中，至少一个聚合物构件具有带有为凹形(例如，凹槽)或凸形的多个表面特征的焊接表面。在其它变型中，焊接区域中的第一构件具有与第二构件不同的非互补形状，因此产生了逐渐前移的焊接线，这避免了可引起破坏聚合物构件和焊接接头的高温。此构件设计还提供了焊接接头处的改善的溢料管理。 1

主权项

1.一种摩擦焊接组件，包括：

包括限定第一形状且包括多个凹槽的第一焊接表面的第一聚合物构件，所述多个凹槽具有垂直于旋转方向的定向，其中所述多个凹槽包括限定第一长度的第一多个凹槽和限定比所述第一长度小的第二长度的第二多个凹槽；

包括限定第二形状的第二焊接表面的第二聚合物构件，其中所述第一形状或所述第二形状中的一者为凸形，而所述第一形状或所述第二形状中的另一者为凹形；

其中所述第一焊接表面和所述第二焊接表面构造成：在所述第一焊接表面与所述第二焊接表面之间形成摩擦焊接接头，其中在形成所述摩擦焊接接头的摩擦焊接期间，所述第一聚合物构件或所述第二聚合物构件中的一者在固定工具上保持静止，而所述第一聚合物构件或所述第二聚合物构件中的另一者在旋转工具上可旋转。

2.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述第一聚合物构件或所述第二聚合物构件中的至少一者由包括热塑性聚合物和增强材料的复合材料形成。

3.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述第一多个凹槽中的各个凹槽从所述第一焊接表面的中心区域延伸至所述第一焊接表面的外周。

4.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个凹槽包括所述第一焊接表面上的大于或等于3个到小于或等于182个凹槽。

5.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个凹槽还包括限定比所述第一长度和所述第二长度小的第三长度的第三多个凹槽。

6.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个凹槽中的各个凹槽均具有大于或等于0.5mm到小于或等于3mm的宽度和大于或等于0.5mm到小于或等于3mm的深度。

7.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述多个凹槽中的至少一个凹槽在所述第一焊接表面上限定选自由三角形、矩形、四边形构成的组的形状。

8.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述第一形状和所述第二形状相对于彼此互补。

9.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述第一形状和所述第二形状大致为圆形形状。

10.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述第一形状为半球形状，且所述第二形状为椭圆体形状。

11.根据权利要求1所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述第一焊接表面或所述第二焊接表面中的至少一者具有大于或等于3000mm²的对应于摩擦焊接接头的表面面积。

12.根据权利要求11所述的摩擦焊接组件，其特征在于，所述表面面积为大于或等于3225mm²到小于或等于16200mm²。

13.一种旋转焊接方法，包括：

使具有限定第一形状的第一焊接表面的第一聚合物构件在小于或等于3500转每分钟(rpm)的速度下旋转，其中所述第一焊接表面包括多个凹槽，所述多个凹槽具有垂直于旋转方向的定向并且所述多个凹槽包括限定第一长度的第一多个凹槽和限定比所述第一长度小的第二长度的第二多个凹槽；以及

使所述第一聚合物构件的第一焊接表面与第二聚合物构件的第二焊接表面接触，在所述第一聚合物构件旋转的同时所述第二聚合物构件保持静止以在所述第一聚合物构件与所述第二聚合物构件之间产生焊接接头，其中所述第一聚合物构件的第一焊接表面的第一形状或所述第二聚合物构件的第二焊接表面的第二形状中的一者是凹形，而所述第一焊接表面的第一形状或所述第二焊接表面的第二表面中的另一者是凸形。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述接触在大于或等于1MPa到小于或等于4MPa的施加压力下发生。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述旋转和所述接触在等速旋转焊接过程或变速旋转焊接过程中同时发生。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述旋转在从大于或等于200转每分钟(rpm)到小于或等于3500转每分钟(rpm)的范围的速度下发生。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述旋转和所述接触在大于或等于1秒到小于或等于10秒的持续时间内同时发生。

18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一焊接表面或所述第二焊接表面中的至少一者具有大于或等于3000mm²的对应于焊接接头的表面面积。