文/ 李健，劉祁芳；科盈焊接自動(dòng)化事業(yè)部 

王偉，王文娟；IPG Photonics中國(guó)

隨著高爾夫運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者的不斷增加，高爾夫球具制造商發(fā)現(xiàn)，雖然有些高爾夫運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者球齡有限，但卻希望通過(guò)一套合適的高爾夫球具，獲得更好的擊球體驗(yàn)。比如，

n  想打出高彈道的球友

n  可以流暢揮桿的女性球友

n  想通過(guò)桿身簡(jiǎn)單將球擊遠(yuǎn)的球友

n  會(huì)向右彎，想打出稍微直一點(diǎn)的球友

同時(shí)高爾夫球具制造商還發(fā)現(xiàn)，一批高爾夫球賽競(jìng)技者們對(duì)高性能球具非�？释�，他們更加追求卓越的運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)。比如揮桿更精準(zhǔn)、距離更遠(yuǎn)；揮打更輕松，超爽擊球聲音等。

想要滿足這些球友的需求，除了在制造高爾夫球頭的過(guò)程中采用更好的材料，高爾夫球頭焊接的質(zhì)量也非常重要。如果高爾夫球頭的焊接質(zhì)量不理想，那么無(wú)論裂紋或不規(guī)則有多小，都會(huì)產(chǎn)生以下影響：

n  焊縫一致性和高爾夫球桿的反彈系數(shù)

n  擊球時(shí)會(huì)產(chǎn)生不正常的聲音或振動(dòng)

n  產(chǎn)品無(wú)法在市場(chǎng)上獲得成功

反彈系數(shù)，指的是桿頭的反彈值，這是高爾夫球桿的一項(xiàng)重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際高爾夫賽事對(duì)反彈系數(shù)有標(biāo)準(zhǔn)要求，參賽者的高爾夫球桿的反彈系數(shù)必須在允許的范圍之內(nèi)，系數(shù)大，擊球距離遠(yuǎn)，系數(shù)小，擊球距離近。

球手對(duì)自己打出的球好壞的判斷，很大程度上受到了擊球聲音的影響。好的球桿球頭，擊球時(shí)產(chǎn)生的是一種響亮的、爆炸性的、令人側(cè)目的聲效。球手會(huì)覺(jué)得自己狠狠地把球擊了出去，這絕對(duì)是極好的精神鼓勵(lì)。擊球聲音實(shí)際上與高爾夫球桿球頭使用的材料有關(guān)。同等大小、桿頭壁同樣厚的鋼制桿頭和鈦合金桿頭相比，鋼制桿頭的聲音聽(tīng)起來(lái)要更清脆、更響亮。然而鈦合金強(qiáng)度大、重量輕，使桿頭壁更薄、桿頭更大，聲音也隨之更響。實(shí)際上，擊球聲音與球頭的反彈系數(shù)有很大的相關(guān)性。

各種焊接方案比較

高端高爾夫球具制造商為了保持在行業(yè)中的領(lǐng)先地位，提高知名球手、高爾夫發(fā)燒友等最終消費(fèi)者的忠誠(chéng)度，在不斷改進(jìn)球桿設(shè)計(jì)的同時(shí)，也對(duì)合作伙伴——科盈焊接自動(dòng)化設(shè)備有限公司提出了更高的制造工藝要求。為了給客戶提供最合適的解決方案，科盈對(duì)其常用的TIG、等離子焊接工藝，與新采用的激光焊接工藝進(jìn)行了比較。

傳統(tǒng)的手工TIG焊接工藝。TIG焊接速度較慢，且熱輸入比其他焊接方式大很多，熱影響區(qū)大、易產(chǎn)生變形，一般焊縫寬度在6~8mm，焊接前的裝備間隙不高，有2~3mm甚至是4mm，完全靠手工焊接起來(lái)。這樣的焊接工藝使得球頭的反彈系數(shù)較小，所以球頭打擊的準(zhǔn)確性、聲音清脆程度、打擊的距離都較為一般，而且產(chǎn)品的一致性差，品質(zhì)不穩(wěn)定。

Plasma等離子焊接工藝。等離子焊接工藝與TIG焊接類(lèi)似，但其焊槍內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生壓縮電弧，以提高弧溫和能量密度，它比TIG焊接速度快、熔深大，但與激光焊接相比，其速度慢、熔深小，熱影響區(qū)比TIG焊接小、比激光焊接大。焊縫寬度在5~6mm，焊接前的裝備間隙可以控制在1mm以?xún)?nèi)。使用Plasma等離子焊接工藝制造的球頭的反彈系數(shù)比TIG工藝高，所以球頭打擊的準(zhǔn)確性、聲音清脆程度、打擊的距離屬于中等，而且產(chǎn)品的一致性較好，品質(zhì)穩(wěn)定。

光纖激光焊接工藝。光纖激光具有極好的光束質(zhì)量，在全功率范圍內(nèi)光束質(zhì)量一致，而且具有極高的電光轉(zhuǎn)換率，能夠滿足焊縫全熔透和焊縫表面保護(hù)良好這兩大條件。相比于其他激光焊接，光纖激光焊接工藝光束集中，焊接熱影響區(qū)非常小，所以變形最小、熔深好、焊接速度快。對(duì)于不同的球頭，所用材料不同，焊接要求也不同，光纖激光焊接能完全滿足對(duì)球頭焊接質(zhì)量和焊接效率的要求。

圖1：使用光纖激光焊接，不容易燒到輪廓邊緣，焊縫更窄。

圖2：使用光纖激光焊接鈦合金高爾夫球桿球頭。

光纖激光焊接方案優(yōu)勢(shì)

光纖激光焊接的速度比Plasma等離子焊接工藝快2-3倍，能焊接0.2mm以上的薄板，焊縫寬度在2~3mm。此外，光纖激光焊接工藝的前道制程工序也非常嚴(yán)格，裝備間隙更�。�0.5mm以?xún)?nèi)）。這樣使得球頭的品質(zhì)更高、一致性更好，而且使用光纖激光焊接，可以將整個(gè)球頭的制造工藝發(fā)揮到極致。例如，球頭的鑄造或鍛造毛坯本體局部可以使用 0.5~0.6mm的材料，使球頭更輕，從而提高高爾夫球桿的性能。

通過(guò)測(cè)試比較，光纖激光焊接的球頭的反彈系數(shù)，不僅能保證符合國(guó)際高爾夫球賽事對(duì)反彈系數(shù)范圍的要求，而且在幾種焊接工藝中是最高的，因此可以獲得更好的準(zhǔn)確性、擊球聲音和距離。雖然光纖激光的光斑在0.4~0.6mm之間，相對(duì)應(yīng)的焊縫裝配要求更高，但是增加了送絲補(bǔ)償功能。同時(shí)，光纖激光可以更好地滿足多種材料焊接需求，特別適合高爾夫球桿球頭上這種需要將鈦合金和其他材料焊接在一起的情況。

另外在高爾夫球桿桿面的處理上，采用光纖激光焊接具有如下優(yōu)勢(shì)：

n  與上一代產(chǎn)品相比，桿面的反彈區(qū)域擴(kuò)大了25%。這就可以將高爾夫球桿的桿面設(shè)計(jì)為C杯形結(jié)構(gòu)，通過(guò)去除桿面的焊接部分，擴(kuò)大了桿面的面積，提高了桿面整體的反彈性能，進(jìn)而提高了球距性能，且提高了誤擊時(shí)的容錯(cuò)性。

n  因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的變化，使桿頭尺寸擴(kuò)大，更進(jìn)一步地提高了高爾夫球桿的易打性。高爾夫球桿面的高度和寬度都增加了1mm，正是這1mm成為給予球友安全感的關(guān)鍵。

采用光纖激光焊接高爾夫球頭，還具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)，例如：

n  對(duì)于氣體使用成本，由于光纖激光焊接效率與Plasma等離子焊接相比提升了3倍，因此單支球頭的保護(hù)氣成本降低了約1/2；

n  對(duì)于研磨成本，由于采用了光纖激光焊接，焊縫寬度更窄，焊道余高比Plasma等離子焊接減低了1/2，大大減少了焊后打磨的需要，減少了人工工時(shí)的同時(shí)，所使用的磨料也大大減少。

圖3：應(yīng)用于高爾夫球制造中的光纖激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)。

通過(guò)與IPG Photonics的多次交流，科盈開(kāi)發(fā)出了這套用于高爾夫球桿焊接的光纖激光器機(jī)器人焊接系統(tǒng)。這套系統(tǒng)采用了IPG Photonics的YLS-3000激光器，整套光纖激光機(jī)器人焊接系統(tǒng)，采用一分二的光路，可以自動(dòng)切換雙工位的激光提供，提高激光器的使用率，大幅提高效率；整個(gè)系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)采用西門(mén)子、倍福的先進(jìn)總線協(xié)議技術(shù)，高度集成控制，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

“光纖激光器通過(guò)一根柔性集成的光纖傳輸能量，其全固態(tài)、全光纖的緊湊設(shè)計(jì)，不需要通過(guò)任何鏡片或光學(xué)器件進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)和調(diào)整，在以激光為基礎(chǔ)的系統(tǒng)中更易于集成和操作。與傳統(tǒng)的激光器相比，光纖激光器小巧輕便，節(jié)省占地面積。此外，由于傳統(tǒng)激光器是通過(guò)鏡片實(shí)現(xiàn)精密準(zhǔn)直的，因此應(yīng)用時(shí)必須非常小心；而光纖激光器的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，完全不需要擔(dān)心這些問(wèn)題。”IPG Photonics中國(guó)區(qū)大客戶銷(xiāo)售經(jīng)理王偉表示。“在使用中，我們發(fā)現(xiàn)光纖激光器的效率確實(shí)非常高，能節(jié)約很多電力成本，這也是我們?yōu)榭蛻暨x擇合適方案時(shí)必須考慮的問(wèn)題。” 科盈焊接自動(dòng)化事業(yè)部經(jīng)理李健表示。