CN104607794A - 使用混合摩擦/超声波技术用于连接聚合体复合材料以实现需要的焊接特性的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用混合摩擦/超声波技术用于连接聚合体复合材料以实现需要的焊接特性的设备和方法，其用于在将多个工件有效地连接在一起的使用中，同时抑制焊接材料在不需要的区域的形成，其包括：成型工具，其被配置以在来被连接的工件的最接近的工件中形成至少一个凹部；以及焊接能量施加装置，其被连接至成型工具以及被配置来应用焊接能量至最接近的工件；其中凹部被形成以及焊接能量被应用，使得熔融的工件材料变成被放置在凹部内，由此抑制在任何不需要的位置处焊接材料的形成。

Description

使用混合摩擦/超声波技术用于连接聚合体复合材料以实现需要的焊接特性的设备和方法

技术领域

本公开通常涉及连接聚合体复合材料，以及更确切地指，使用涉及应用摩擦与超声波能量至被连接的工件的混合连接技术以连接复合材料的设备和方法。根据本技术的实施例，摩擦和超声波的操作能够以任何次序以及有时同时地被实施。

背景技术

在汽车制造业中，聚合体复合材料由于其有利的特性正在被越来越广泛地使用，包括轻质的，高度一致的或可成形的，坚固的以及耐用的特性。一些复合材料进一步是可着色的以及能够被表面加工为具有大多数任意需要的构造。

在汽车中增多的使用包括，例如在仪表和门面板、灯、空气管道、方向盘、车内装饰、车箱或其它的车辆储藏箱、车内装饰、外部件以及甚至发动机组件。关于发动机组件和其它的发动机罩（或UTH）应用，例如聚合体被构造和被持续发展成能够经受热和/或化学侵蚀的环境。关于例如挡泥板的外部件，聚合体被发展使得其在更长的时间周期内具有线上涂覆性能和高热的和化学的抵抗力。以及在汽车应用中许多其它潜在的使用正在不断地被考虑到。

由于此趋势，寻找有效地以及高效地连接聚合体组件的方式变得越来越重要。压缩模塑法以及后模制连接技术（例如超声波焊接）正被更常见地使用。

传统的技术具有多个缺点。参照附图以及更确切地指第一个附图，图1示意性地显示了包括焊接焊头102和两个工件104、106在焊接之前的常规的超声波焊接布置100。

在示出的步骤中，如向下的箭头所示，焊头102被降低朝向接触两个工件的顶部工件104。一旦与工件104接触，与焊头连接的超声波发生器激发高频超声振动，该振动经过焊头被传至工件。如图2中所示，在界面处热量被产生，并且工件104开始熔化200。

图3显示布置100在工件的熔融材料已经充分被熔化之后，在接头300处连接工件104、106。

该技术具有的缺点包括在最接近的工件104的顶部表面上不希望的过量的或溢出的工件材料302的形成。过量材料至少部分地产生，是因为工件材料在其熔化时膨胀。

处理此情形的一个选择是来从目前焊接的工件布置移除过量材料302。此清除当然是耗费时间的，浪费在生产工艺中的关键性的循环时间。此选择的另一个缺点在于实施此清除的能量，例如人力或机械设备的资源。

此清除也能够显著增加其它的成本，例如切削机械的购买、定制（编程等）以及维护的成本，例如基于刀片或基于光的切削工具。

更多的挑战产生，无论在过量处已经冷却之前或之后清除过量处302。不管过量处是否通过冷却已经硬化，需要采取特殊的照料以保证材料302被移除而不非期望地影响正冷却的或已经冷却的材料的平衡。扰乱正在冷却的或已经冷却的材料的表面部分能够影响产生的部件的表面的质量。也预期到过量处302的粗糙的移除，例如通过在硬化后的削除，能够扰乱连接300的完整性。

另外的可供选择的办法在于使用超高能量的超声波能量。当更多的超声波的能量被使用时，顶部的工件以及最后底部的工件，熔化更快，以及因此所需的接头300被更快地形成。通过此方式，更少的随附的、侧面的工件材料被熔化，以及因此更少的过量材料被形成。但是此方法也是成本高昂的。而且过量材料仍能够形成。

还有的另外的可供选择的办法是常规的机械固定。工件能够例如被螺丝拧在一起，或者通过螺母和螺栓被连接。这些连接具有的缺点包括不必要的增加的重量，紧固件的不雅观的暴露部分以及可能的不那么坚固的接头。

发明内容

本技术涉及包括混合连接技术，其使用包括施加摩擦和超声波能量至被连接的工件的混合连接技术来连接复合材料。根据本技术的实施例，摩擦和超声波操作能够以任何次序或者有时同时被实施。其结果是全面的和坚固的焊接，尤其是与常规技术相比较时。

例如在一个实施例中，该技术包括以促进该工件与另一个工件的随后的有效的和整洁的超声波焊接方式机械地使工件成型。在预期的实施例中，超声波能量的应用不是完全紧随着摩擦的应用之后，因为超声波能量应用能够在摩擦产生被完成之前开始。摩擦诱导的工件熔化能够与超声波诱导的工件熔化同时发生。在任一情形中，这些方法的每一个可以被称作摩擦辅助的超声波焊接。此外，其结果是全面的和坚固的焊接，尤其当与常规的技术相比较时。

在一些实施例中机械的调整熔化和/或移除一些工件材料，促进随后的超声波诱导的工件的熔化。

在一个实施例中，该技术包括在超声波能量应用开始之后应用摩擦。在特定的情形中，摩擦产生被开始于（例如通过下面进一步描述的成型工具）在应用超声波振动至少至被连接的工件中最接近的一个的开始之后，以及在超声波振动至工件的应用完成之前。也通过此方式，超声波诱导的工件熔化与摩擦诱导的熔化同时发生。在另外的特定的以及预期的情形中，摩擦产生在超声波振动至工件的应用的完成之后立即被开始。此即时性确保熔融的以及固体的工件不冷却或冷却最小的程度，因此便于随后的摩擦诱导的熔化。以及此即时性在一些示例中确保来自超声波操作的熔融的材料保持，使得摩擦诱导的工具的机械动作或机械动作的结果能够影响熔融的材料，例如搅动其，增加其尺寸，按所需的改变其形状和/或其它的。无论如何，这些方法中的每一个可被称作超声波辅助的摩擦焊接、超声波辅助的摩擦搅拌焊接或类似的。此外，其结果是全面的和坚固的焊接，尤其当与常规的技术相比较时。

现在进一步参照前述的实施例，其中被连接的工件中的最接近的第一个工件的机械成型被实施以促进该工件与另一个工件的有效的和整洁的随后的超声波焊接。通常地，成型涉及在第一工件中产生一个或多个凹部，用于在焊接其间容纳熔融的工件材料。在一些实施例中，机械的成型熔化一些工件材料，以便于随后的超声波诱导的工件的熔化。

本技术的优点包括减少在焊接中的循环时间，能量以及资源节约的以及结果的更整洁的潜在更坚固的部件。

时间、能量以及资源通过避免了从顶部工件移除过量的工件材料的需要，过量材料在焊接期间在不需要的位置产生，例如在工件表面的主要的表面上。

循环时间也可通过加速的焊接而被改进，其经由一个或多个有限的通道传送振动和产生的热量。例如，至少一个凹部可以被形成，使得当主要的工件材料直接保持在超声波变速杆的下方，至少一些邻近主要的材料的侧面的工件材料被移除。在此情形下，相比较于如果邻近的材料没有被移除时，即如果振动和热量需要穿过主要的和邻近的材料两者来到达用于焊接的界面，由焊头发出的高频（HF）振动以及产生的热量，被更快地通过主要的材料输送至被连接的件之间的界面。

没有过量材料的部件会是更清洁的，以及根据本技术连接的部件不需要过量材料的移除，预期其表面优于在需要移除的传统的技术下连接的部件。

本发明的其它方面将会是部分明确的以及部分在此后指出。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种混合成型/能量化的系统，其用于在将多个工件有效地结合在一起，同时抑制焊接材料在不需要的区域中的形成，其包括：

成型工具，其被配置以在被结合的工件的最接近的工件中形成至少一个凹部；以及

焊接能量施加装置，其被连接至成型工具以及被配置来应用焊接能量至最接近的工件；

其中凹部被形成，以及焊接能量被应用，使得熔融的工件材料变得被放置在凹部内，由此抑制在任何不需要的位置处焊接材料的形成。

2. 根据上述方案1所述的系统，其中该成型工具被配置以通过摩擦形成凹部。

3. 根据上述方案2所述的系统，其中该成型工具被配置以当与最接近的工件接触时来旋转以产生形成凹部的摩擦，该凹部为环形的凹部。

4. 根据上述方案1所述的系统，其中该成型工具被放置在焊接能量施加装置周围。

5. 根据上述方案1所述的系统，其中该成型工具相对于焊接能量施加装置是可展开的和可收回的。

6. 根据上述方案1所述的系统，其中该能量施加装置相对于成型工具是可展开的和可收回的。

7. 根据上述方案1所述的系统，其中该能量施加装置大致在形状上为圆柱状的。

8. 根据上述方案1所述的系统，其中该成型工具具有大致环形的轮廓形状。

9. 根据上述方案1所述的系统，其中该能量施加装置被配置以应用高频超声波振动至工件用于将工件互相焊接。

10. 根据上述方案1所述的系统，其进一步包括控制系统的一个或多个功能的自动化的机械。

11. 根据方案10所述的系统，其中该自动化的机械包括由控制器控制的机器人。

12. 根据方案11所述的系统，其中该控制器包括处理器和具有计算接可执行的指示的计算机可读的媒介，当指示被处理器执行时，引起机器人来实施至少一个操作。

13. 根据方案1所述的系统，其中第一工件和第二工件具有同样的材料。

14. 根据方案1所述的系统，其中第一工件和第二工件具有不同的材料。

15. 根据方案1所述的系统，其中工件中至少一个包括聚合体。

16. 根据方案1所述的系统，其中工件中至少一个包括塑料。

17. 根据方案16所述的系统，其中工件中至少一个包括混合塑料-金属复合材料。

18. 根据方案16所述的系统，其中塑料是热塑性塑料。

19. 根据方案1所述的系统，其中工件中至少一个包括聚合体复合材料。

20. 根据方案19所述的系统，其中复合材料为纤维-加固聚合体（FRP）复合材料。

21. 根据方案19所述的系统，其中复合材料为碳纤维-加固聚合体（CFRP）复合材料。

22. 根据方案19所述的系统，其中复合材料为玻璃纤维加固聚合体（GFRP）或玻璃纤维，复合材料。

23. 根据方案1所述的系统，其中工件中至少一个包括选自包含下列材料的列表中的至少一种材料：

聚酰胺-级聚合体；

聚氯乙烯（PVC）；

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）；以及

聚碳酸酯（PC）。

24. 根据方案1所述的系统，其中工件中至少一个包括聚乙烯。

25. 根据方案24所述的系统，其中工件中至少一个包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和/或高密度聚乙烯（HDPE）。

26. 根据方案1所述的系统，其中工件中至少一个包括乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）。

27. 根据方案15所述的系统，其中该聚合体包括合成的聚合体。

28. 根据方案15所述的系统，其中该聚合体包括无机聚合体。

29. 根据方案15所述的系统，其中该聚合体包括生物高聚物（或绿色聚合体）。

30. 根据方案15所述的系统，其中该聚合体基于石油的聚合体。

31. 根据方案1所述的系统，其中工件中至少一个包括包含一定百分比的使用后再循环的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）聚合体。

32. 根据方案1所述的系统，其中工件中至少一个包括树脂。

33. 根据方案32所述的系统，其中该树脂包括下列至少一个

玻璃纤维聚丙烯（PP）树脂；

PC/PBT树脂；以及

PC/ABS树脂。

34. 根据方案1所述的系统，其中成型工具与焊头间隔开，限定中间的缝隙，当焊头被放置用于应用超声波振动时，该缝隙以抑制振动从焊头传送至成型工具。

35. 根据方案1所述的系统，其中该成型工具包括绝缘层以抑制振动从焊头传送至成型工具。

36. 根据方案1所述的系统，其中该焊头包括绝缘层来抑制振动从焊头传送至成型工具。

37. 根据方案1所述的系统，其进一步包括位于该成型工具与该焊头之间的中间的材料，当焊头被放置用于应用超声波振动时，其被配置以抑制振动从焊头传送至成型工具。

38. 根据方案37所述的系统，其中该中间的材料是流体。

39. 根据方案37所述的系统，其中该中间的材料是润滑剂。

40. 根据方案39所述的系统，其中该中间的材料是流体润滑剂。

41. 根据方案39所述的系统，其中该中间的材料是干燥的润滑剂。

42. 根据方案1所述的系统，其中该工具被配置和被布置来当旋转时熔化最接近的工件材料。

43. 一种用于将多个工件有效地结合在一起，同时抑制焊接材料在不需要的区域中的形成的方法，其包括：

使用混合成型/能量化的系统的成型工具，在被结合的工件的最接近的工件中形成至少一个凹部；以及

使用混合成型/能量化的系统的焊接能量施加装置，应用焊接能量至最接近的工件；

其中凹部被形成，以及焊接能量被应用，使得熔融的工件材料变得被放置在凹部内，由此抑制焊接材料在任何不需要的位置的形成。

44. 根据方案43所述的方法，其中形成凹部包括通过摩擦技术使用成型工具来形成凹部。

45. 根据方案44所述的方法，其中形成凹部包括当成型工具与最接近的工件接触时旋转成型工具，以产生形成凹部的摩擦，该凹部为环形的凹部。

46. 根据上述方案45所述的方法，其中该成型工具被放置在焊接能量施加装置周围。

47. 根据上述方案46所述的方法，其中该成型工具相对于焊接能量施加装置是可展开的和可收回的。

48. 根据上述方案46所述的方法，其中该能量施加装置相对于成型工具是可展开的和可收回的。

49. 根据上述方案46所述的方法，其中该能量施加装置大致在形状上为圆柱状的。

50. 根据上述方案46所述的方法，其中该成型工具具有大致环形的轮廓形状。

51. 根据上述方案43所述的方法，其中应用能量包括应用高频超声波振动至工件用于将工件互相焊接。

52. 根据上述方案43所述的方法，其中自动化的机械控制系统的一个或多个功能。

53. 根据方案52所述的方法，其中该自动化的机械包括由控制器控制的机器人。

54. 根据方案53所述的方法，其中该控制器包括处理器和具有计算接可执行的指示的计算机可读的媒介，当指示被处理器执行时，引起机器人来实施至少一个操作。

55. 根据方案43所述的方法，其中第一工件和第二工件具有同样的材料。

56. 根据方案43所述的方法，其中第一工件和第二工件具有不同的材料。

57. 根据方案43所述的方法，其中工件中至少一个包括聚合体。

58. 根据方案43所述的方法，其中工件中至少一个包括塑料。

59. 根据方案58所述的方法，其中工件中至少一个包括混合塑料-金属复合材料。

60. 根据方案58所述的方法，其中塑料是热塑性塑料。

61. 根据方案43所述的方法，其中工件中至少一个包括聚合体复合材料。

62. 根据方案61所述的方法，其中复合材料为纤维-加固聚合体（FRP）复合材料。

63. 根据方案61所述的方法，其中复合材料为碳纤维-加固聚合体（CFRP）复合材料。

64. 根据方案61所述的方法，其中复合材料为玻璃纤维加固聚合体（GFRP）或玻璃纤维，复合材料。

65. 根据方案43所述的方法，其中工件中至少一个包括选自包含下列材料的列表中的至少一种材料：

聚酰胺-级聚合体；

聚氯乙烯（PVC）；

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）；以及

聚碳酸酯（PC）。

66. 根据方案43所述的方法，其中工件中至少一个包括聚乙烯。

67. 根据方案66所述的方法，其中工件中至少一个包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和/或高密度聚乙烯（HDPE）。

68. 根据方案43所述的方法，其中工件中至少一个包括乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）。

69. 根据方案57所述的方法，其中该聚合体包括合成的聚合体。

70. 根据方案57所述的方法，其中该聚合体包括无机聚合体。

71. 根据方案57所述的方法，其中该聚合体包括生物高聚物（或绿色聚合体）。

72. 根据方案57所述的方法，其中该聚合体基于石油的聚合体。

73. 根据方案43所述的方法，其中工件中至少一个包括包含一定百分比的使用后再循环的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）聚合体。

74. 根据方案43所述的方法，其中工件中至少一个包括树脂。

75. 根据方案74所述的方法，其中该树脂包括下列至少一个

玻璃纤维聚丙烯（PP）树脂；

PC/PBT树脂；以及

PC/ABS树脂。

76. 根据方案1所述的方法，其中该成型工具与焊头间隔开，限定中间的缝隙，当焊头被放置用于应用超声波振动时，该缝隙以抑制振动从焊头传送至成型工具。

77. 根据方案1所述的方法，其中该成型工具包括绝缘层以抑制振动从焊头传送至成型工具。

78. 根据方案1所述的方法，其中该焊头包括绝缘层来抑制振动从焊头传送至成型工具。

79. 根据方案1所述的方法，其进一步包括位于成型工具与焊头之间的中间的材料，当焊头被放置用于应用超声波振动时，其被配置以抑制振动从焊头传送至成型工具。

80. 根据方案77所述的方法，其中该中间的材料是流体。

81. 根据方案77所述的方法，其中该中间的材料是润滑剂。

82. 根据方案79所述的方法，其中该中间的材料是流体润滑剂。

83. 根据方案79所述的方法，其中该中间的材料是干燥的润滑剂。

84. 根据方案43所述的方法，其中在使用成型工具形成凹部中，最接近的工件的材料被加热。

85. 根据方案81所述的方法，其中最接近的工件材料的加热在应用焊接能量至最接近的工件中促进焊接。

86. 根据方案43所述的方法，其中在使用成型工具形成凹部中，最接近的工件材料被加热以及部分地熔化最接近的工件。

87. 根据方案86所述的方法，其中：

该应用被实施在焊接操作中；以及

最接近的工件的加热和熔化促进超声波焊接操作。

88. 根据方案1所述的混合成型/能量化系统，其中该工具和施加装置被配置、被布置以及被控制，使得焊接能量施加装置的操作来应用焊接能量被开始于成型工具的操作来通过摩擦在工件中产生热量的开始之后。

89. 根据方案1所述的混合成型/能量化系统，其中该工具和施加装置被配置、被布置以及被控制，使得焊接能量施加装置的操作来应用焊接能量被开始于成型工具的操作来通过摩擦在工件中产生热量的开始之前。

90. 根据方案1所述的混合成型/能量化系统，其中该工具和施加装置被配置、被布置以及被控制，使得焊接能量施加装置的操作来应用焊接能量被开始于成型工具的操作来通过摩擦在工件中产生热量的结束之后。

91. 根据方案1所述的混合成型/能量化系统，其中该工具和施加装置被配置、被布置以及被控制，使得成型工具来通过摩擦在工件中产生热量的操作被开始于焊接能量施加装置来应用焊接能量的操作的结束之后。

92. 根据方案43所述的方法，其中：

在最接近的工件中形成凹部产生热量，熔化工件材料；以及

使用焊接能量施加装置应用焊接能量被开始于形成凹部和通过摩擦熔化工件的开始之后。

93. 根据方案43所述的方法，其中：

在最接近的工件中形成凹部产生热量，熔化工件材料；以及

使用焊接能量施加装置应用焊接能量被开始于形成凹部和通过摩擦熔化工件的开始之前。

94. 根据方案43所述的方法，其中：

在最接近的工件中形成凹部产生热量，熔化工件材料；以及

使用焊接能量施加装置应用焊接能量被开始于形成凹部和通过摩擦熔化工件的结束之后。

95. 根据方案43所述的方法，其中：

在最接近的工件中形成凹部产生热量，熔化工件材料；以及

形成凹部和通过摩擦熔化工件被开始于使用焊接能量施加装置应用焊接能量的结束之后。

附图说明

图1示意性地说明常规的超声波焊接布置，其包括焊接焊头以及在将被焊接到一起之前的两个工件。

图2显示当焊接被开始时的图1的布置。

图3显示当焊接被完成以及多余的过量的或溢出的工件材料被形成时的布置。

图4示意性地说明根据本技术的实施例在焊接之前的新的超声波焊接布置，其包括被连接到一起的两个工件以及混合工具，该工具包括围绕超声波焊接焊头的成型工具或肩部。

图5显示图4的混合工具的俯视图。

图6显示图4的布置，其指出第一操作，由此肩部朝向被连接的工件中最接近的工件被降低。

图7显示图6的操作之后的布置，以及指出随后的操作，由此肩部被操作，例如旋转，以在最接近的工件中产生至少一个槽。

图8显示图7的操作之后的布置，以及指出随后的操作，由此肩部从其工作位置在最接近的工件处被收回。

图9显示在图8的操作之后的布置，其中槽已经被形成并且肩部被收回。

图10显示图8的操作之后的布置，以及指出随后的操作，由此超声波焊接焊头被降低至用于焊接的最接近的件。

图11显示图10的操作之后的布置，其中仅在焊接的开始之前焊头已经到达最接近的件。

图12显示图10的操作之后以及焊接已经开始的布置。

图13显示图12的操作之后的布置，在足够的焊接被实施以引起熔融的工件材料来开始填充由肩部产生的空间。

图14显示图13的操作之后的布置，当焊接被继续以及熔融的工件材料开始充分填充由肩部的工作产生的基本上大部分的空间。

图15显示在焊接的完成以及超声波焊机从被连接的工件的收回时的布置。

图16-20显示根据本技术的可供选择的实施例的被使用的系统。

具体实施方式

如所需的，本公开的细节的实施例在此文中被公开。公开的实施例仅为可以不同的和可替换的形式以及其结合而被实施的示例。此文中所使用的，例如“示例性的”以及类似的术语，广泛地指用作说明、样本、模型以及模式的实施例。

这些图并不一定是按比例的，以及一些特征可以是放大或缩小的，例如来显示特定组件的细节。在一些实例中，已知的组件、系统、材料或方法并未详细描述以便于避免使本公开含糊。因此，此文所公开的特定的结构性的和功能性的细节并不被解释为限制性的，而是仅作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以不同地实施本公开的代表性的基础。

虽然说明书包括计算机可执行的指示的大体的环境，本公开也能够与其它程序模块和/或作为硬件和软件的结合而被实现。术语“应用”或其变型，在此文中被广泛使用于包括例程、程序模块、程序、组件、数据结构、算法以及类似术语。

应用能够被实现在不同的系统构型上，包括单处理器或多处理器系统、基于微处理器的电子设备、其的结合以及类似设备。在一定的实施例中，一些或所有的操作（例如控制焊头应用）通过计算装置实施，或至少由其起动，例如处理器执行存储或包括在计算机可读的媒介中的计算机可执行的指示。以及该工艺中的任何一个或多个步骤能够被实施、初始化或其它的方式通过例如机器人的自动化机械所促进。

I. 公开的总体概述

本公开描述用于连接例如聚合体复合材料的工件的混合技术。本技术涉及使用应用摩擦与超声波能量至被连接的工件的混合连接技术以连接复合材料的混合连接技术。根据本技术的实施例，摩擦和超声波的操作能够以任何次序以及有时同时地被实施。其结果是全面的和坚固的焊接，尤其当与常规的技术相比较时。

虽然下列的描述主要着重于在上面的发明内容中所提及的摩擦辅助的超声波焊接，然而本文中明确描述和本来的其它的实施例是本技术的可选择的方面。本发明也能够根据其它的实施例而被执行，例如在上述的发明内容中被称为超声波辅助的摩擦焊接、超声波辅助的摩擦搅拌焊接或类似的实施例。在所有情形中，目标为实现全面的和坚固的焊接，尤其是与常规技术所产生的焊接相比较。

图16-20显示根据其中超声波能量应用被首先开始的实施例所使用的系统。这些实施例的方面能够被改变，如此文中明确所述和本来具有的。虽然在图17和图18中焊头406被显示保持就位，例如焊头406能够在当成型工具404被降低或开始旋转之前或同时被收回。以及虽然在图18和图19中焊头406被显示发出焊接能量（例如高频超声波振动），焊头406能够在这些所提及的阶段被收回或者仍处于降低的状态，但是不发出能量，结合图19或结合图18以及图19。留焊头406就位的预期的好处在于，即使其不发出能量，焊头406表面可起作用来保持熔融的工件材料处于工件表面之下的位置（参见例如图15中的1504），其为摩擦工具404的操作其间所需的。

现在进一步参照前述的实施例，其中被连接的工件中的最接近的、第一个工件的机械成型被实施以促进该工件与另一个工件的有效的和整洁的随后的超声波焊接。通过成型，一个或多个凹部被形成。凹部的数量以及其尺寸、形状和位置以预先确定的方式被确定来促进焊接。凹部至少通过在焊接期间容纳熔融的工件材料来促进焊接。

也预期到在一些实施例中，焊接通过一个或多个凹部的存在而被加速。例如在一种情形中，带有至少一个凹部形成使得工件材料保持直接位于超声波焊头下方，但是至少一些侧面的邻近主要材料的工件材料被移除，相比较如果邻近的材料没有被移除时，由焊头发出的超声波振动以及产生的热量由此将更快穿过到位于被连接的件之间的界面。

在一些实施例中机械的成型熔化工件材料中的一些。无论机械的成型是否引起工件材料实际上地熔化，其将加热工件材料。如果当工件还未或至少未完全被冷却时，超声波焊接被开始，那么此摩擦诱导的预热有助于超声波焊接。例如，需要更少的超声波能量来熔化预热的材料。

无论机械的成型是否引起工件材料来实际上地熔化，本技术能够被称作混合焊接技术，包括机械的和超声波操作-机械/摩擦诱导的成型，和工件的可能的熔化，以及通过所述机械操作所促进的超声波诱导的熔化。

其它的好处包括额外的循环、能量以及资源的减少，其通过避免了任何从被连接的两个工件中最接近的那个来移除过量的工件材料的需要，该过量的工件材料在焊接期间在不合需要的地点位置形成，例如在最接近的工件的主要的表面。

没有过量材料的部件会更整洁，以及根据本技术连接的部件不需要过量材料的移除，预期其表面优于在需要移除的传统的技术下连接的部件。

也预期到根据本发明的工件-至-工件连接能够比通过常规技术形成的连接具有更高的完整性和坚固性。正在被形成或者已经形成的连接能够由于常规的需要从不合需要的位置移除多余的材料而被损坏。扰乱正在冷却的或已经冷却的材料的表面部分能够额外地减少部件的表面质量，扰乱连接。过量材料的粗糙的操作或削除也能够削除所需要的材料以及在接头材料中引起裂缝。起源于表面的裂缝能够传播至接头，或者部件的粗糙的操作能够引起部件间不需要的移动，从而扰乱接头。

通过完全避免了移除操作，本技术因此节约了时间、能量、资源以及产生的部件或产品的完整性。

在一些实施例中，时间和能量也能够被节约，其中工件通过工件成型（例如摩擦）被预热。已经被如此预热的工件需要更少的时间和能量来熔化。

系统组件、算法以及操作在下面参照附图进一步被描述。

II. 工艺、工具以及工件-图4-15

本技术现在参照示例系统、工具以及工件进行描述。附图被引用以便于本技术的理解，而且并不是要限制其的范围。

此处参照的方向，例如上部的、下部的、向上、向下和侧向的被提供以便于本技术的描述，但不限制本发明的范围。其中伺服焊头被描述为在最接近的工件上方向下降的说明并不被限制为，例如焊头在地球或环境坐标系中竖直向下运动。例如，在此情形下在环境坐标系中，焊头能够从左到右移动。

再者，虽然下列的描述主要着重于在上面的概述中所提及的摩擦辅助的超声波焊接，然而本文中明确描述和本来有的其它的实施例是本技术的可选择的方面。本技术也能够根据其它的实施例而被执行，例如在上述的概述中被称为超声波辅助的摩擦焊接、超声波辅助的摩擦搅拌焊接或类似的实施例。

再次回到附图，以及更确切地指第四幅图，图4示意性地显示了在焊接之前的新的超声波焊接布置400。

布置400包括图1中的来被连接的两个工件104、106。

工件104、106能够包括多种材料中的任一种，以及具有多个形状和尺寸中的任一种。在一个示例中，最接近的工件104具有的厚度（在图中顶部到底部厚度）在约0.5mm与约5mm之间。

关于材料，工件104、106能够包括相互比较而言相似的或不同的材料。关于不同的工件材料，例如，一个工件能够是塑料的或其它聚合体，以及另外一个能够是钢铁、铝、合金或其它的金属等等。因此本公开的教导能够被使用，例如以将聚合体（例如聚合体复合材料）连接至另外的聚合体，或将聚合体连接至金属。

在一个实施例中，材料104、106包括聚乙烯。在一个实施例中，材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、高密度聚乙烯（HDPE）和/或乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）。

在一个实施例中，被连接的工件104、106中至少一个包括聚合体。工件104、106中至少一个能够包括合成的或无机的分子。虽然所谓的生物高聚物（或绿色聚合体）的使用在增加，但是基于石油的聚合体还是更为常见。

一个或两个工件104、106的材料也可包括循环的材料，例如聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）聚合体，其约百分之八十五的使用后的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。

在一个实施例中，工件104、106中的一个或两个包括某种塑料。在一个实施例中，材料包括热塑性的。

在一个实施例中，工件104、106中的一个或两个包括复合材料。例如，在一个实施例中工件中的一个或两个包括纤维-加固聚合体（FRP）复合材料，例如碳纤维-加固聚合体（CFRP），或玻璃纤维加固聚合体（GFRP）。复合材料可以例如是玻璃纤维复合材料。在一个实施例中，FRP复合材料是混合塑料-金属复合材料。

在一些执行中，材料104、106包括聚酰胺-级聚合体，其能够通常被称作聚酰胺。

一个或两个工件104、106的材料也可以包括聚氯乙烯（PVC）。

在一个实施例中，材料104、106包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）。

在一个实施例中，材料104、106包括聚碳酸酯（PC）。

一个或两个工件的材料104、106也可包括树脂类型。示例树脂包括玻璃纤维聚丙烯（PP）树脂、PC/PBT树脂以及PC/ABS树脂。

工件104、106可被预先处理，例如在焊接之前被加热和被压模。

布置400进一步包括围绕超声波能量施加装置或焊头406的成型工具404的混合工具402。工件104、106的一个或两者均可以被支撑结构或支撑力408至少部分地被支撑。

成型工具404以任何合适的方式被配置用于实施此文中所述的成型功能。在一个实施例中，成型工具的功能主要包括在最接近的工件104中产生至少一个槽、孔、凹部或其它的空间。

在一个实施例中，成型工具404主要是基于机械的。机械的构型能够被配置来通过例如摩擦、压力、压印、切割或其组合的方式产生槽或空间。

对于其中材料被移除以通过摩擦形成槽的实施例，成型工具104可以被称作摩擦工具。工件材料能够通过工具404的运动被转移或移除，其响应于直接的工具-至-工件的接触或摩擦，以及也可能通过摩擦所产生的热量。

作为本技术的一个好处在于，整个焊接循环时间被节约，以及工艺效率被改良，因为由于例如由成型工具在工件上引起的摩擦在工件中产生热量。需要更少的能量来熔化如此预热过的工件，以及因此焊接工艺被加速。能量，例如电能，也由于当部件被预热时需要的超声波能量的量被减少而被节约。

图4的成型工具404为此种基于机械的类型。所示出的工具404结合图5-8在下面进一步被描述。

根据另外的、预期的实施例，成型工具是基于光的，例如使用激光器（LASER）的工具。工具被配置以通过使用基于光的（例如LASER）能量转移和/或移除工件104的材料而产生槽或空间。

在另外的预期的实施例中，成型工具104被配置以应用热量至工件以通过燃烧工件材料形成槽。工具404能够包括例如电机或快速加热烙铁。在进一步预期的实施例中，工具404被配置成，或被连接至被配置来当材料被熔化或燃烧以形成槽时使其真空的装置。在另外的预期的执行中，热量对于燃烧或烧焦材料是足够的，使得槽如所需的被形成，而在工件104的表面上方没有过量材料的形成。例如，燃烧可以蒸发工件材料的一些以形成槽。

图5显示图4的混合工具402的俯视图。如所示的，成型工具404围绕超声波焊头406。在一个实施例中，组件404、406被可滑动地互相邻接放置，使得404、406的每一个相对于另一个能够相对容易地移动。

在一个实施例中，相对的构型允许能够在竖直的方向上的相对的移动。此柔韧性允许，例如成型工具404相对于焊头406和最接近的工件104来被降低和升高，以及焊头相对于最接近的工件104来被降低和升高，如下列联系图6、图8-11以及图15进一步所描述的。

在一个实施例中，相对的构型允许成型工具404和超声波焊头406在除了或不同于竖直的一个或多个方向上互相相对运动。在第一特定的实施例中，构型允许成型工具404来相对于焊头406和最接近的工件旋转。在第二特定的实施例中，其中在成型工具和焊头404、406之间不存在相对的旋转运动，此两者相对于工件104共同旋转以形成槽（在图7中的704）。虽然此两个实施例不同，但是图7的说明被认为是示意性地显示处于此两个实施例中的每个朝向形成在图9中所示的槽的操作。

进一步参照图4和图5，焊头406被显示具有通常圆柱的形状，以及圆形的顶部的横截面，以及成型工具404具有环形的顶部轮廓。焊头的形状不被限制为此形状，以及焊头可以包括很多种形状中任何合适的形状。

预期的可替换的形状包括具有椭圆、方形或其它矩形顶部轮廓的高块。对于这些非圆形的实施例，工件槽不会通过工具404的旋转所形成，而是通过例如压力或压印所形成。

继续参照附图，图6显示图4的布置400，通过箭头600指示第一操作，由此成型工具或者肩部404相对于焊头406以及相对于工件104的最接近的工件104被降低。

在预期的实施例中，为了便于相对的肩部-至-焊头运动，肩部404以及焊头406包括相应的轨道元件（未详细示出）。一个可以包括相对小的细长的突出，而另一个包括小的竖直的槽被配置来可滑动地接收该突出。对于此实施例，肩部404以及焊头406会在图7的操作中共同旋转。

在一些实施例中，成型工具404和/或超声波焊头406以一种或多种方式被配置和/或被布置以确保超声波不被超声波接触工具而阻碍。在一个实施例中，此两者404、406通过小的缝或间隔被分开，至少在超声波被传递的时间和地点。

在另一个实施例中，组件404、406的一个或两者均包括绝缘材料，例如外部/表面，或稍微内部的抑制振动的绝缘层。

在还有的另外的实施例中，组件404、406通过某种材料被分开，例如抑制超声波振动从焊头传递到成型工具的流体。在特定的实施例中，此材料也用作在组件404、406之间的润滑剂（例如流体或干燥/固体润滑剂），促进404、406两者（例如图6、图7、图8、图10以及图15）之间的相对运动。在预期的实施例中，布置包括一个或多个密封以包围住此分开的材料，使其保持在组件404、406之间。

如所参考的，以及操作中的任一个能够被实施、起动或以其它的方式通过自动化机械被促进，例如机器人。关于通过图6所指出的操作，例如，机器人（未示出）能够被配置和被布置（例如被连接至肩部404）以控制肩部404的下降。机器人能够通过表现为例如计算机或其它电子的控制器（未示出）的自动控制而被自动化或被控制。

在一个实施例中，控制器包括实体的计算机可读的存储装置或存储器。存储器被编程带有（即存储）计算机可执行的指示或代码，当通过处理器被执行时，例如控制器的处理器，引起处理器来初始化以及控制成型工具404的运动。

控制器控制成型工具404的向下的运动，运动的总的距离或位移，以及速度或位移和方向的速率（例如向下或向上）。

在一个预期的实施例中，至少成型工具404和焊头406的至少一个运动被手动地控制。一个或两者可以被控制，例如通过人的作用力而起动的运动，例如在制造工厂中的人的作用力。

继续参照附图，图7通过箭头显示的实施例，其中，如上所参照的，或者成型工具404相对于焊头406和最接近的工件104被移动，或者工具404、406相对于工件104被一起移动。

成型工具的运动通过旋转的箭头700被指出。旋转，与所有的工具400机器人或其它的自动化的机械以及控制器一样，如上所参照的，是关于降低成型工具404至最接近的工件104。

在一个实施例中，成型工具404的旋转在工件已经被带入与最接近的工件104接触后被开始。在另外的实施例中，旋转在成型工具404最初接触工件104之前被开始。

当成型工具404的尖端702被示意性地示出具有在图4以及图6-15中的方形的轮廓，尖端可具有用于实施该功能和完成此文中所述的目标的任何合适的形状。在一个实施例中，尖端不是具有所示出的方形的轮廓，而是更尖的（未详细示出）。在一个实施例中，点通过成角度的线与成型工具的竖直的侧面会合以形成点，或者通过两条成角度的线会合以形成点。

工具404被配置（例如尺寸、形状和材料）以及被使用来使最接近的工件104根据可适用的摩擦学的原理按所需要的成型，或成型与熔化。

在预期的实施例中，成型工具404在其下部边缘具有一个或多个不连续处。下部边缘可以包括，例如尖锐的突出和/或凹部或缝隙。在一些情形中布置能够形成齿状，例如锯齿。工具404可包括，或具有一个或多个与环形的切割机、钻孔机或刨槽机类似的特征。

在一个实施例中，系统包括工件-移除子系统（未详细示出）。子系统被配置和被布置与工具404和最接近的工件104邻接，以移动从工具404和件104转移的工件材料（例如切割或刮掉的，但是未熔化的工件材料）。子系统能够包括，例如正的和/或负的空气流动元件，例如集中的鼓风机和/或抽气机或真空元件。

在一个实施例中，成型工具404当其旋转时被降低。通过此双向的运动，当其被降低至接触工件104时，成型工具404至少最初切掉或刮掉工件材料。

如所提供的，在一个实施例中，成型工具404被下降至最接近的工件104，带有足够的力以在工件中产生压印或缺口，而没有，或者至少之前没有任何工具404的旋转。在预期的情形中，工具404被配置、被布置以及被移动经过与工件104的初始的接触，以便于没有工具的旋转形成凹陷部分或槽，例如在图7中所示的槽704。在另外的预期的实施例中，当工具404散发至少一定低水平的热量时，成型工具404被配置、被布置以及被操作以通过如此施加的压力形成槽704。

成型工具404可包括多种材料中的任一种，而不违背本技术的范围。在一个实施例中，工具404为钢或另外的金属。通常，成型工具404包括比最接近的工件104的材料更硬的材料。

继续参照附图，如根据所述实施例提供的，图7显示布置400在成型工具404已经被使用之后来产生槽704。

槽704具有相应于至少成型工具404的构型的形状。例如，在其中工具404具有环形顶部轮廓的实施例中，如图5中所示，产生的槽704将具有类似的轮廓。

操作包括继续旋转和降低成型工具404。工具被降低至所需的深度，或竖直的位移。

当成型工具404继续被旋转和降低，工件104开始由于摩擦局部地加热。在一些实施例中，工件104被加热至一定程度使得在此阶段工件104开始熔化。摩擦引起的熔融的材料在图8中通过附图标记800被指出。

完成工件104的熔化的摩擦的量成比例地相应于工件104的熔点。对于具有相对低的熔点的工件需要相对少的摩擦。在一个实施例中，工件104、106的一个或两个具有位于150℃和300℃之间的熔点。工件104、106材料在下列进一步被描述。

不同的系统和操作特点被设定来完成所需的结果。特点能够以不同的方式相互影响。例如，摩擦引起的熔融材料800产生的量被包括在旋转时工具404被降低至的深度或位移，工具404材料和形状/几何结构（例如硬度、是否有齿的等），工件104材料（例如熔点和热传导率），工具被降低的速度等变量所影响。

以及工具404被降低和旋转的时间量能够取决于工具将被旋转的速度，工具404的材料和形状/几何结构（例如硬度、是否有齿的等），工件104材料（例如熔点和热传导率），工具被降低的速度，工件材料104所需要被移除和熔化的量，任何所需的摩擦诱导的焊点熔核的需要的构型（例如尺寸和形状）等。其它的此类的关系对于本领域技术人员在执行此处教导的技术将是明显的。

如图8所示，工件能够完全熔化下降至工件104、106之间的界面802。如果足够热，熔化的最接近的工件材料800能够起动远处的工件106的顶部表面材料的熔化。

即使当熔化的最接近的工件材料800仅刚好接触界面以及接触远处的工件106的表面，连接工件104、106的摩擦引起的焊缝800被形成。

图8显示从最接近的工件104收回成型工具404的随后的步骤。收回由向上的箭头801所指示。

图9显示在槽704已经被形成（图7）之后的布置400，以及成型工具404被收回（图8）。

图10显示在图8的操作之后的布置400，以及通过箭头1000指出随后的操作，由此超声波焊接焊头406被降低至接触最接近的工件104，如在图11中所示。

焊头406能够被降低以及随后的超声波焊接（图11）相对于在工件上完成其工作的工具404在多个定时中的任一个被开始。在一个实施例中，焊头406被降低至接触最接近的工件104，例如当工具404仍在旋转以及与工件接触时。在另外的情形中，在工具404已经停止旋转且将要被提升时，焊头406立即被降低至接触工件104。在另外的情形中，当工具404被提升时或在工具404已经被提升之后，焊头406立即被降低来接触工件104。

在一个预期的情形中（未详细示出），在工具404在最初的位置开始旋转之前，焊头406被降低来接触工件104。例如在图6中，焊头406能够与工具404一起被降低以及通过图7和图8所示的步骤保持向下。

一旦焊头406与最接近的工件104接触，连接至焊头406的超声波发生器激活高频（HF）超声波振动。振动经过焊头406被传递到达最接近的工件104，如在图12中附图标记1200所指出的。

当工件104接收振动1100时，刺激在工件中产生热量，引起工件104开始熔化1202，如在图12中所示。如在一个实施例中所提供的，工件104、106的一个或两者均具有在150℃和300℃之间的熔点。

一旦成型工具404停止旋转，由工具404引起的工件的加热将会自然地停止。如果存在于工具404停止与超声波振动的应用之间的时间的窗口，那么摩擦产生的熔融材料800和周围的工件材料将自然地冷却一些。当此窗口更小时，摩擦引起的熔融材料800和周围的工件材料将冷却更少。

无论如何，即使如果由工具产生的摩擦不被设计来产生任何熔融的材料，对于大多数情形，优选的是窗口是足够小的以确保当超声波被开始时一些热量保留在工件中。此预热具有多个好处。主要的好处在于更少的超声波能量将会被需要来熔化在焊头406下方的工件材料。预热产生此阶段的能量的节约，以及相比较于没有预热存在时，超声波的特征能够被使用于更短的时间周期。

在一个实施例中，焊头406被配置（例如通过重量或弹簧负载）和/或被控制来在焊接期间在工件104上施加向下的力。因此，当由于超声波振动工件熔化时，焊头406下降一些。

图13显示在图12的操作之后的布置，在足够的焊接被实施以引起振动-融化的工件材料1202来开始填充由成型工具404产生的任何空间704。对于其中由成型工具404的旋转产生摩擦来产生熔融材料800的实施例，增长的振动-熔化的材料1202最终和会或与摩擦-熔化的材料800连接，如在图13中所示。

如果振动-熔化的材料1202被给予足够能量（例如加热），材料1202能够加热任何冷却的摩擦-熔化的材料800，再次熔化800中的任何的，如果其已经冷却和/或引起任何邻近先前熔化的材料800的工件材料来熔化。

在一些实施例中，如在图14中所示，单个坚固的焊接1400被形成。也如在图14中所示，当超声波焊接被继续，熔融的工件104材料开始充分地填充由成型工具404的操作（图7）所形成的空间704的大部分。也如在图14中所示，熔融的材料到达位于部件104、106之间的界面1400用于形成焊接接头。

图15显示在焊接和从被连接的工件超声波焊机的收回动作完成时的布置，由箭头1500所指示。

对于其中需要产生完全平坦的表面的实施例，所述的方法最佳地产生处理过的（加热过的和冷却的）材料表面1502，如图15中所示，其与邻近的未处理过的材料1504充分地平齐。对于这个以及每个实施例，达到结果的产品的所需要的表面质量。

焊接方法被配置以形成所需的结果的光洁度。例如，示例的变量包括焊头406的形状和尺寸，所施加的HF振动的水平，焊接能量被施加的量，焊头的向下的力以及在焊接中焊头的结果的向下的位移。

在预期的实施例中，如上述的，其中在焊接期间，焊头406向下移动，变量被配置使得所需的表面光洁度被形成，例如提及的平齐的光洁度。在焊接期间，焊头406能够产生一定空间，当如在图15中的箭头1500所示焊头被收回时，少量的过量的工件104材料会填充进入该空间。

III. 应用的优点

本技术的优点的许多在上面被略述。一些在此概述中被进一步描述。

一种来在连接多个纤维加固聚合体复合材料中实现高质量的混合摩擦与超声波连接的方法。

好处包括减少的循环时间和改良的工艺效率、循环时间以及接头质量。

时间被节省，以及因此工艺效率通过例如避免了移除过多的表面熔融的或融化的以及冷却中的或已冷却的工件材料需要而被改良，例如被熔化的以及不需要地存在于表面1504上的工件材料。

时间也被节省以及工艺效率被提高，是因为由于例如通过成型工具在工件上引起的摩擦热量在工件中被产生。因此需要更少的能量来通过超声波使在通过摩擦预热的邻近的材料处的工件材料熔化，无论摩擦加热的材料是否由于摩擦变得或保持熔融，只要摩擦加热的材料在其中没有摩擦的应用时工件会处于的基底温度（例如室温、大气温度或环境温度）上被暖化。

因此，通常地，相比于没有摩擦诱导的预热时会花费的时间，超声波焊接阶段被缩短。能量，例如电能，也被节约，因为当工件被预热时，所需的超声波能量的量被减少。

通过HF-振动和由选择性移除工件材料所引起的热通道，时间也可被节约。相比较于邻近的工件材料没有被移除所需花费的时间，由焊头发出的高频（HF）振动以及产生的热量可以被更快地输送经过主要的材料，在焊头下方至位于被连接的工件之间的界面。

接头质量，包括完整性或坚固性，也被提高。根据本技术，已形成的或正在被形成的连接通过常规的需要移除多余的工件材料不会被损坏。因此不存在扰乱正在冷却的或已冷却的表面部分的风险，以及因此没有表面质量减弱的风险。

产生的焊接接头也比使用相同的焊头和超声波能量在没有预先-摩擦成型被实施的情况下产生的接头更大。

避免需要移除材料也消除了影响在多余的材料附近的冷却中或已冷却的材料的平衡的风险。如所提及的，在常规的系统中，存在这样的可能性，例如通过过量物的粗糙的移除（例如在硬化的材料处削除）而扰乱冷却中或已冷却的材料的表面部分带来的影响能够穿过工件传送，至也扰乱焊接的完整性，并且可能影响产生的产品的表面。

这些优点使得焊接发生在更加具有成本效率的组合的环境中，以及使轻质的部件和产品（例如车辆）的制造更加具有成本效率的以及产生更好的产品。

IV. 结论

本公开的多个实施例在此文中被公开。公开的实施例仅仅是可以多种和可选择的形式以及其结合被实施的示例。如此文所使用的，例如、“示例性的”和相似的术语，广泛地指作为说明、范例、模型或模式起作用的实施例。

这些图并不一定是按比例的，以及一些特征可以是放大或缩小的，例如来显示特定组件的细节。在一些实例中，已知的组件、系统、材料或方法并未详细描述以便于避免使本公开含糊。因此，此文所公开的特定的结构性的和功能性的细节并不被解释为限制性的，而是仅作为重点示例和下列（例如权利要求）的基础以及作为用于教导本领域技术人员以不同地实施本公开的代表性的基础。

法律上不需要并且其为经济学上禁止的来教导本发明重点（例如权利要求）的每个可能的实施例。因此，上述实施例仅仅是执行的示例性的说明，为了本公开的原理的清楚的理解而提出。在上述实施例的变化、更改以及结合可以被产生而不违背本技术重点（例如权利要求）的范围。所有此类变化、更改以及组合在这里被包括在本公开以及下列技术重点（例如权利要求）的范围内。

Claims (10)

1.一种混合成型/能量化的系统，其用于在将多个工件有效地结合在一起，同时抑制焊接材料在不需要的区域中的形成，其包括：

成型工具，其被配置以在被结合的工件的最接近的工件中形成至少一个凹部；以及

焊接能量施加装置，其被连接至成型工具以及被配置来应用焊接能量至最接近的工件；

其中凹部被形成，以及焊接能量被应用，使得熔融的工件材料变得被放置在凹部内，由此抑制在任何不需要的位置处焊接材料的形成。

2.根据上述权利要求1所述的系统，其中该成型工具被配置以通过摩擦形成凹部。

3.根据上述权利要求2所述的系统，其中该成型工具被配置以当与最接近的工件接触时来旋转以产生形成凹部的摩擦，该凹部为环形的凹部。

4.根据上述权利要求1所述的系统，其中该成型工具被放置在焊接能量施加装置周围。

5.根据上述权利要求1所述的系统，其中该成型工具相对于焊接能量施加装置是可展开的和可收回的。

6.根据上述权利要求1所述的系统，其中该能量施加装置相对于成型工具是可展开的和可收回的。

7.根据上述权利要求1所述的系统，其中该能量施加装置大致在形状上为圆柱状的。

8.根据上述权利要求1所述的系统，其中该成型工具具有大致环形的轮廓形状。

9.根据上述权利要求1所述的系统，其中该能量施加装置被配置以应用高频超声波振动至工件用于将工件互相焊接。

10.一种用于将多个工件有效地结合在一起，同时抑制焊接材料在不需要的区域中的形成的方法，其包括：

使用混合成型/能量化的系统的成型工具，在被结合的工件的最接近的工件中形成至少一个凹部；以及

使用混合成型/能量化的系统的焊接能量施加装置，应用焊接能量至最接近的工件；

其中凹部被形成，以及焊接能量被应用，使得熔融的工件材料变得被放置在凹部内，由此抑制焊接材料在任何不需要的位置的形成。