或几乎延伸至外周89。
[0087]当材料软化且变得熔化时，凹槽86减小总体表面面积，以限制所需的焊接力和管 理摩擦焊接期间的溢料流，允许加强溢料管理。图4中所示的实施例特别用于增大力的过 程，例如，变速旋转焊接过程，这引起从内半径位置到外半径位置的可变焊接速度。此设计 允许从外到内的径向位置的焊接接头界面处的可变焊接强度。此外，焊接表面设计可消除 在摩擦焊接零件组件的暴露表面处除去突出溢料的焊接后机加工或处理的需要。
[0088]图5示出了根据本公开内容的某些方面的用于旋转焊接的改性焊接表面的又一个 变型。示出了示例性焊接表面90。类似图3中的焊接表面76或图4中的焊接表面84,焊接表面 90可在固定或静止构件的焊接表面上(例如，图2中的第一构件52的第一焊接表面64上），或 旋转构件的焊接表面上(例如，图2中的第二构件54的第二焊接表面68上)实施。第一多个凹 入通道或凹槽92限定在焊接表面90上。第一多个凹槽92从中心区域94延伸到焊接表面90的 外周96。在图5中，存在形成于焊接表面90内的八个第一凹槽92,但也可构想出更少或更多 凹槽。此外，第一多个凹槽可具有不同的位置或大小，且不一定需要从中心区域94完全延伸 至外周96。在图5的设计中，期望第一多个凹槽92从中心区域94完全或几乎延伸至外周96。 焊接表面90还包括第二多个通道或凹槽98。第二多个凹槽98从外周96向内延伸，但仅朝中 心区域94延伸半径的距离的一部分(例如，半径的大约一半）。如图所示，存在8个第二凹槽 98,但第二凹槽数目、定位和大小可在某些替代方面中变化。
[0089] 在图5的设计中，第一凹槽92的长度93(Li)大于第二凹槽98的长度95(L2)。在某些 变型中，L2可等于U的大约二分之一(1^=21^)。
[0090]当材料软化且变得熔化时，第一多个凹槽92和第二多个凹槽98两者都用于在摩擦 焊接期间管理溢料流，因此便于溢料沿第一多个凹槽92和第二多个凹槽98流动。应当注意 的是，尽管凹槽或通道是优选的，但同样可构想出摩擦焊接期间便于向外的溢料流的其他 表面轮廓。图5中所示的设计特别适用于恒力旋转焊接过程。第一多个凹槽92和第二多个凹 槽98允许遍及焊接过程的恒定表面区域接触，且还允许溢料排出或溢料管理(便于焊接过 程期间的溢料流），以在待连结到彼此上的第一构件与第二构件之间产生稳健的摩擦焊接 连结。此焊接表面设计因此允许良好的焊接性能，其中在连结部分的边沿处产生有限的溢 料或不产生溢料。
[0091] 图6示出了根据本公开内容的某些方面的用于旋转焊接的改性焊接表面的又一个 变型。示出了示例性焊接表面100,其可形成在固定或静止构件的焊接表面上(例如，图2中 的第一构件52的第一焊接表面64上)或在旋转构件的焊接表面上(例如，图2中的第二构件 54的第二焊接表面68上)形成。第一多个凹入通道或凹槽102限定在焊接表面100上。第一多 个凹槽102从中心区域104延伸到焊接表面100的外周106。在图6中，存在形成于焊接表面 100内的三个第一凹槽102,但也可构想出更少或更多凹槽。角107(?)限定在各个相应的第 一凹槽102之间。如图所示，角107为大约120°。如上文所述，多个凹槽102可具有不同的位置 或大小，且不一定需要从中心区域104完全延伸至外周106。在图6的设计中，期望第一多个 凹槽102从中心区域104完全或几乎延伸至外周106。各个第一凹槽102限定长度103(L〇。
[0092] 焊接表面100还包括第二多个通道或凹槽108。第二多个凹槽108从外周106向内延 伸，但仅朝中心区域104延伸半径的距离的一部分(例如，半径的大约三分之二）。如图所示， 存在3个第二凹槽93,但第二凹槽数目、定位和大小可在某些替代方面中变化。角111 (β2) 限定在各个相应的第二凹槽108之间。如图所示，角111为大约120°。各个第二凹槽108均限 定长度109(L 2)。
[0093] 第三多个通道或凹槽110也形成在焊接表面100中。第三多个凹槽110从外周106向 内延伸，但仅朝中心区域104延伸半径的距离的一部分(例如，半径的大约三分之一）。如图 所示，存在六个第三凹槽93,但第三凹槽数目、定位和大小可在某些替代方面中变化。角115 (β 3)限定在各个相应的第三凹槽110之间。如图所示，角115为大约60°。各个第三凹槽110限 定长度113(L 3)。
[0094] 在图6中所示的设计中，第一凹槽102的长度103(1^)大于第二凹槽108的长度109 (L2)和第三凹槽110的长度113(L 3)。第三凹槽108的长度L2大于第三凹槽110的长度L3。在某 些变型中，L 2为。的大约三分之二（例如，1^=3/2 L2)，且L3为。的大约三分之一（例如，L1= 3L3) 〇
[0095] 类似其它实施例，当材料软化且变得熔化时，第一多个凹槽102、第二多个凹槽108 和第三多个凹槽110用于在摩擦焊接期间管理溢料流，因此便于溢料沿各种凹槽流动。应当 注意的是，尽管凹槽或通道是优选的，但同样可构想出摩擦焊接期间便于向外的溢料流的 其他表面轮廓。图6中所示的设计特别适用于恒力旋转焊接过程。第一多个凹槽102、第二多 个凹槽108和第三多个凹槽110允许遍及焊接过程的表面区域接触的降低可变性，且此外允 许溢料排出或溢料管理(焊接过程期间便于溢料流），以在待连结到彼此上的第一构件与第 二构件之间产生稳健的摩擦焊接。此焊接表面设计因此允许了良好的焊接性能，其中在连 结部分的边沿处产生有限的溢料或不产生溢料。此焊接表面设计可消除旋转焊接之后的焊 接后机加工或处理的需要，以便在摩擦焊接零件组件的暴露表面处除去突出溢料。
[0096] 图7示出了根据本公开内容的某些方面的用于旋转焊接的改性焊接表面120的又 一个变型。焊接表面120可形成在固定或静止构件的焊接表面上(例如，图2中的第一构件52 的第一焊接表面64上），或旋转构件的焊接表面上(例如，图2中的第二构件54的第二焊接表 面68上）。多个凹入通道或凹槽122限定在焊接表面120上。多个凹槽122从中心区域124延伸 到焊接表面120的外周126。在图7中，形成了从中心区域124延伸到焊接表面120的外周126 的5个凹槽122，但还可构想出更少或更多的凹槽。
[0097]如图7中所示，各个相应凹槽122均具有在中心区域124处的凹槽直径或宽度128 (Dq)，其减小至外周126处的第二凹槽直径或宽度UCKDgIDq因此明显大于DG2。因此，各个 相应凹槽122限定在表面上形成星形图案的锥形三角形。其它凹槽形状和宽度在本公开内 容的某些替代方面中类似地构想出。此外，如同前文所述的变型，多个凹槽122可具有不同 的位置或大小，且不一定需要从中心区域124完全延伸至外周126。在图7的设计中，期望凹 槽122从中心区域124完全或几乎延伸至外圆周126。
[0098] 图8示出了根据本公开内容的某些方面的用于旋转焊接的改性焊接表面150的又 一个变型。焊接表面150可形成在固定或静止构件的焊接表面上(例如，图2中的第一构件52 的第一焊接表面64上），或旋转构件的焊接表面上(例如，图2中的第二构件54的第二焊接表 面68上）。多个凹入通道或凹槽152限定在焊接表面150上。多个凹槽152从中心区域154延伸 到焊接表面150的外周156。在图8中，形成了从中心区域154延伸到焊接表面150的外圆周 156的6个凹槽152，但还可构想出更少或更多的凹槽。如图8中所示，各个相应凹槽152均具 有在中心区域154处的凹槽直径或宽度158(D G1)，其增大至外周156处的第二凹槽直径或宽 度160(DG2)。在所示实施例中，D G1小于DG2。因此，各个相应凹槽152限定锥形形状，其中凹槽 直径或宽度在外周156处扩大，以形成楔形图案。类似于其它实施例，不同的凹槽形状和宽 度在本公开内容的某些替代方面中类似地构想出。此外，如同前文所述的变型，多个凹槽 152可具有不同的位置或大小，且不一定需要从中心区域154完全延伸至外周156。在图8的 设计中，期望凹槽152从中心区域154完全或几乎延伸至外圆周156。
[0099] 在本公开内容的替代实施例中，焊接接头界面处的至少一个焊接表面具有形成在 其中的多个凸面特征。此凸面特征可为用作能量引导物的突起或凸块，通过将初始接触集 中于对应于可用于便于熔化引发的凸面特征的有限表面区域而便于旋转焊接过程，因此焊 接引发且减小了旋转焊接过程期间生成的溢料的总量。焊接接头界面处的至少一个焊接表 面可包括多个凸面特征，如，圆形突起、凸块或凸节。凸形能量引导物特征的其它形状也可 构想出，如，长形脊。
[0100]因此，在某些方面，本公开内容构思一种摩擦焊接组件，其包括第一聚合物构件， 该构件包括限定第一形状的第一焊接表面。摩擦焊接组件还包括第二聚合物构件，其包括 限定第二形状的第二焊接表面。第一形状和第二形状中的一者为凸形，而另一个为凹形。此 外，至少一个焊接表面(第一或第二焊接表面)具有可为凹形或凸形的多个表面特征。在某 些变型中，至少一个焊接表面具有形成在其中的多个凹面特征(例如，凹槽）。第一聚合物构 件或第二聚合物构件中的一者在固定工具上保持静止，而第一聚合物构件和第二聚合物构 件中的另一者在摩擦焊接过程期间在旋转工具上可旋转，摩擦焊接过程在第一焊接表面与 第二焊接表面之间形成摩擦焊接接头。以此方式，第一聚合物构件和第二聚合物构件经由 摩擦焊接接头连结在一起。在某些方面，第一形状和第二形状相对于彼此互补且对称。在其 它方面中，第一形状和第二形状可彼此非互补且不同。在某些变型中，第一形状和第二形状 大致为圆形形状。在某些其它方面中，第一焊接表面或第二焊接表面中的至少一者具有大 于或等于大约3000mm 2(大于4.7 in2)的对应于摩擦焊接接头的大表面面积。
[0101 ]在某些变型中，如上文所述，第一聚合物构件和/或第二聚合物构件由包括热塑性 聚合物和增强材料的复合材料形成。在某些变型中，至少一个焊接表面具有多个凹面特征 (例如，凹槽），其从第一焊接表面的中心区域延伸至第一焊接表面的外周。凹槽的数目取决 于管理旋转焊接过程期间的熔体或溢料的流动所需的空间容积，这取决于总体焊接表面、 构件部分尺寸和目标焊接接头厚度。在某些实例中，多个凹槽可包括大于或等于大约3个凹 槽，可选地大于或等于大约4个凹槽，可选地大于或等于大约5个凹槽，可选地大于或等于大 约6个凹槽，可选地大于或等于大约7个凹槽，可选地大于或等于大约8个凹槽，可选地大于 或等于大约9个凹槽，可选地大于或等于大约10个凹槽，可选地大于或等于大约11个凹槽， 可选地大于或等于大约15个凹槽，可选地大于或等于大约20个凹槽，可选地大于或等于大 约25个凹槽，可选地大于或等于大约30个凹槽，可选地大于或等于大约35个凹槽，可选地大 于或等于大约40个凹槽，可选地大于或等于大约50个凹槽，可选地大于或等于大约60个凹 槽，可选地大于或等于大约70个凹槽，可选地大于或等于大约80个凹槽，可选地大于或等于 大约90个凹槽，可选地大于或等于大约100个凹槽，可选地大于或等于大约110个凹槽，可选 地大于或等于大约120个凹槽，可选地大于或等于大约130个凹槽，可选地大于或等于大约 140个凹槽，可选地大于或等于大约150个凹槽，可选地大于或等于大约160个凹槽，可选地 大于或等于大约170个凹槽，且在某些实施例中，可选地大于或等于大约180个凹槽。在某些 实施例中，多个凹槽可包括3到182个凹槽，可选地3到100个凹槽，在某些变型中，可选地6到 45个凹槽。
[0102] 多个凹槽可选地包括第一多个凹槽和第二多个凹槽两者。第一多个凹槽从第一焊 接表面的中心区域延伸至第一焊接表面的外周，而第二多个凹槽限定小于第一长度的第二 长度。在其它变型中，多个凹槽还包括第三多个凹槽，其具有小于第一长度和第二长度的第 三长度。
[0103] 各个相应凹槽的大小取决于旋转焊接过程期间待被管理的熔体量，这继而随凹槽 的数目和总体焊接表面和零件尺寸变化。在某些示例性方面中，多个中的各个相应凹槽可 具有大于或等于大于大约〇. 5mm到小于或等于大约3mm的宽度，以及大于或等于大约0.5mm 到小于或等于大约3mm的深度。多个中的各个相应凹槽均具有从由作为例子三角形、矩形、 四边形和它们的组合构成的组选择的形状(沿焊接表面看）。各个凹槽的截面侧轮廓形状可 为矩形、正方形、缝隙、半椭圆、半球、三角形，或允许溢料向外流动的任何其它类型的通道 或凹部。凹槽的适合形状可取决于使用的焊接表面面积和形状变化，但在某些变型中，适合 的凹槽长度可大于或等于大约1_到小于或等于大约l〇〇mm，可选地大于或等于大约2mm到 小于或等于大约85mm，可选地大于或等于大约3mm到小于或等于大约75mm，且在某些实施例 中，大于或等于大约5mm到小于或等于大约72mm。
[0104] 通过非限制性实例，在图13和14的情形中示出示例性凹槽设计。图13示出了示例 性常规旋转焊接工具构件组件300。第一构件302可围绕轴线312旋转，而第二构件306可保 持静止。第一构件302限定第一焊接表面304,其限定凸形形状，而第二构件306限定由第二 焊接表面308限定的互补凹形形状。如