高爾夫桿頭的焊接結合方法
2023-06-03 23:37:11 2
專利名稱：高爾夫桿頭的焊接結合方法
技術領域：
本發明關於一種高爾夫桿頭的焊接結合方法，特別是關於利用電磁脈衝焊接方法焊接結合二桿頭構件，以增加異種材質焊接的兼容性及結合強度的方法。
背景技術：
現今高爾夫桿頭的設計趨向形成複合材質，特別是桿頭本體及打擊面板通常是由不同金屬材料製成，例如由17-4PH不鏽鋼製造桿頭本體及由6鋁-4釩的鈦合金製造打擊面板，藉此能使高爾夫桿頭同時具備高結構強度的桿頭本體及高彈性變形能力的打擊面板。
雖然上述複合材質的設計能提升高爾夫桿頭的擊球性能，但是在異種材質之間形成良好接合程度卻顯得相對困難。一般業界常用的打擊面板結合方式包括機械嵌入、膠合、硬焊〔brazing〕及傳統焊接〔welding，如氬焊〕。
就採用機械嵌入方式而言，打擊面板及桿頭本體之間在結合後仍存在一交界間隙，該交界間隙常形成打擊時的擊球應力的傳遞阻礙，因而導致打擊面板的彈性變形能力受到限制，且打擊面板及桿頭本體之間也容易因相互敲擊而產生異音；就採用膠合方式而言，由於該膠合方式僅能形成低落的接合強度，因而無法擴大其適用的桿頭種類範圍；就採用硬焊方式而言，其如同上述膠合方式僅能形成低落的接合強度，因而無法擴大其適用的桿頭種類範圍；就採用氬焊方式而言，由於異種材質的焊接兼容性通常低落，因而在焊接後容易產生凝固裂紋、焊道熱裂及焊後機械性質下降等問題，以致無法有效提升焊接良率。
為了改善上述缺點，業界發展利用固態焊接〔solid-state welding〕方式提升結合品質，其中最常用者即為旋轉摩擦焊接〔friction stirwelding〕。
習用高爾夫桿頭的摩擦焊接方法，如中國臺灣第452520號「高爾夫球頭擊球面摩擦熔接製法」發明專利及美國公開第2002/0187851號「高爾夫球頭擊球面摩擦熔接製法〔Manufacturing Method for a Golf Club Head〕」發明專利，公開了一高爾夫球桿包含一桿頭本體及一打擊面板。該桿頭本體由第一金屬材質製成〔例如不鏽鋼〕。該打擊面板由第二金屬材質製成〔例如鈦合金〕，該打擊面板的外周緣形成正圓形。在組裝時，其利用摩擦焊接〔friction welding〕方式結合該桿頭本體及打擊面板。首先，施加一壓力P在該打擊面板上，使該打擊面板抵接在該桿頭本體正面的甜蜜區〔sweetspot〕，並使該打擊面板相對該桿頭本體進行3,000rpm至20,000rpm的高速轉動。接著，該打擊面板及桿頭本體即因摩擦而發生固態結合。藉此，該打擊面板即可快速的結合於該桿頭本體上。最後，將該打擊面板的凸出餘料及毛邊刨除，並經適當表面加工，即可製成高爾夫桿頭成品。
雖然，高爾夫桿頭使用摩擦焊接方式相較上述其它結合方式可簡化製程及提升結合品質，然而該摩擦焊接方式實際上仍存在下列問題由於該打擊面板必需相對該桿頭本體轉動，因此該打擊面板僅能形成正圓形的外形，其無法適用於結合非正圓的打擊面板，也無法適用於結合非正圓造形的其它桿頭構件；再者，若該打擊面板及桿頭本體的兼容性不佳，以致在摩擦焊接結合時由兩者之間產生一脆性的介金屬層〔intermetallic layer，或稱硬化層〕。特別是，當該打擊面板及桿頭本體的金屬材質的焊接兼容性不足時，該介金屬層的特性不利於提升結合強度，且容易造成結構碎裂或降低彈性變形能力。基於上述缺點，確實仍有必要進一步改良上述各種高爾夫桿頭的焊接方法。
發明內容
有鑑於此，本發明為改良上述缺點，其中二桿頭構件分別形成一焊接面，在該二桿頭構件的焊接面初步對應組裝定位之後，利用電磁脈衝方法進行焊接結合。藉此，本發明確實能相對增加異種材質焊接兼容性、提升焊接結合強度及避免影響基材結構。
本發明主要目的是提供一種高爾夫桿頭的焊接結合方法，其中利用電磁脈衝焊接方法焊接結合二桿頭構件，以組裝成高爾夫桿頭，使本發明具有增加桿頭組裝便利性的功效。
本發明次要目的是提供一種高爾夫桿頭的焊接結合方法，其中利用電磁脈衝焊接方法焊接結合同種或異種材質的二桿頭構件，以組裝成高爾夫桿頭，使本發明具有增加焊接兼容性及提升焊接結合強度的功效。
根據本發明的高爾夫桿頭的焊接結合方法，其包含下列步驟預先製造一第一桿頭構件及一第二桿頭構件，其分別設有一第一焊接面及一第二焊接面；將該第一桿頭構件的第一焊接面抵靠於該第二桿頭構件的第二焊接面上；在該第一及第二焊接面上進行電磁脈衝焊接，以形成一焊接部；及在該第一桿頭構件、第二桿頭構件及焊接部上進行表面加工處理，以製成一高爾夫桿頭的成品。
如上所述，相較於習用高爾夫桿頭的機械嵌入、膠合、硬焊、傳統焊接及摩擦焊接等各種結合方法無法兼顧結合強度、異種焊接兼容性等缺點，本發明藉由在二桿頭構件分別形成一焊接面，並利用電磁脈衝裝置進行電磁脈衝的焊接，以形成該焊接部，其確實可相對增加異種焊接兼容性、提升焊接結合強度及維持基材原結構性質。
圖1為本發明高爾夫桿頭的焊接及製造方法的流程方塊圖。
圖2為本發明第一實施例的高爾夫桿頭在焊接前的分解剖視圖。
圖2A為本發明圖2的電磁脈衝焊接位置的局部放大圖。
圖3為本發明第一實施例的高爾夫桿頭在焊接後的組合剖視圖。
圖3A為本發明圖3的電磁脈衝焊接位置的電子顯微切片照相圖。
圖4為本發明第一實施例的高爾夫桿頭的組合立體圖。
圖5為本發明第二實施例的高爾夫桿頭在焊接前的分解剖視圖。
圖6為本發明第三實施例的高爾夫桿頭在焊接前的分解剖視圖。
圖6A為本發明圖6的電磁脈衝焊接位置的局部放大圖。
圖7為本發明第三實施例的高爾夫桿頭在焊接後的組合剖視圖。
圖8為本發明第四實施例的高爾夫桿頭在焊接前的分解剖視圖。
圖9為本發明第五實施例的高爾夫桿頭在焊接前的分解剖視圖。
圖10為本發明第五實施例的高爾夫桿頭在焊接後的組合剖視圖。
圖11為本發明第五實施例的高爾夫桿頭的組合立體圖。
圖12為本發明第六實施例的高爾夫桿頭在焊接前的分解剖視圖。
主要元件符號說明1………桿頭本體 10 ……內部空間101……缺口 11 ……第一焊接面12 ……階梯部 13 ……背板14 ……凹穴 141……開口2………打擊面板 2a ……環牆部2b ……平板部 20 ……缺口21 ……第二焊接面 22 ……環牆31 ……電磁脈衝裝置 32 ……電磁脈衝裝置41 ……焊接部 42 ……焊接部43 ……焊接部
具體實施例方式
為了讓本發明的上述及其它目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
參照圖1、2所示，本發明第一實施例的高爾夫桿頭的焊接方法的第一步驟是預先製造一第一桿頭構件1及一第二桿頭構件2，其分別設有一第一焊接面11及一第二焊接面21。首先，本發明選擇利用精密鑄造、鍛造、機械加工等方式預先製造該第一桿頭構件1及第二桿頭構件2。該第一桿頭構件1及第二桿頭構件2屬木桿型高爾夫桿頭的構件，其選擇由同種或異種的金屬、合金材質製成，例如不鏽鋼〔如17-4PH不鏽鋼〕、碳鋼、低碳鋼、合金鋼、低合金鋼、鐵錳鋁合金、鑄鐵、鎳基合金、結構用鋼、超合金鋼、鎢合金或鈦合金〔如6鋁-4釩的鈦合金〕等材質。該第一桿頭構件1至少設有一內部空間10，該第一焊接面11形成在該內部空間10正面的開口周緣上。該第一焊接面11較佳是選擇徑向向外形成傾斜。該第二桿頭構件2屬一打擊面板，其由相同金屬材質的一環牆部2a及一平板部2b所組成。該環牆部2a設有一缺口20及該第二焊接面21。該平板部2b可利用適當焊接方式結合在該環牆2a的缺口20，例如雷射等高能量焊接方式。該第二焊接面21形成在該環牆部2a的端面上，其較佳對應該第一焊接面11徑向向內形成傾斜。
請再參照圖1、2、2A所示，本發明第一實施例的高爾夫桿頭的焊接方法的第二步驟是將該第一桿頭構件1的第一焊接面11抵靠於該第二桿頭構件2的第二焊接面21上。此時，僅先由該環牆部2a的第二焊接面21對應抵靠在該第一桿頭構件1的第一焊接面11上。該平板部2b暫不結合於該環牆部2a的缺口20，以便預留操作空間，供後續進行電磁脈衝焊接步驟。
請參照圖1、2、2A、3、3A所示，本發明第一實施例的高爾夫桿頭的焊接方法的第三步驟是在該第一及第二焊接面11、21上進行電磁脈衝焊接〔magnetic pulse welding，MPW〕，以形成一焊接部41。本發明使用的電磁脈衝焊接方法屬一種固態焊接〔solid-state welding〕方法，其具有極佳的異種金屬材質結合性，且熱影響區極小。本發明使用一對電磁脈衝裝置31、32，其主要是屬一激磁線圈，其可利用電容放電方式周期性脈衝釋放高能電流，藉以在該第一及第二桿頭構件1、2上分別形成一渦電流〔eddycurrent〕，以分別產生一磁場。由於該二磁場之間存在反向的磁斥力，因此造成該二桿頭構件1、2朝遠離該電磁脈衝裝置31、32的方向高速移動。換言之，該二焊接面11、21之間將產生極大的一電磁壓力，因而該二焊接面11、21相互緊密抵接，直至造成兩者的金屬基材強度軟化至小於其降伏強度〔yield strength〕，因而使金屬基材產生可塑性。上述磁斥力是與脈衝放電電流的平方值成正比關係。當選用不同金屬基材種類時，可藉由調整脈衝放電電流，以控制磁斥力強度，進而得到適當可塑性，以便進行電磁脈衝焊接。
如圖3所示，在進行電磁脈衝焊接步驟後，該第一及第二焊接面11、21結合形成該焊接部41。如圖3A所示，其揭示電磁脈衝的焊接部41的連接圖，該焊接部41呈現一波浪塑性變形〔wavy plastic deformation〕使二者之間相互接合。該焊接部41具有極佳的異種材質焊接兼容性，因而可增加該第一及第二桿頭構件1、2的焊接結合強度。接著，將該電磁脈衝裝置32由該環牆部2a的缺口20取出後，該平板部2b利用適當焊接方式結合在該環牆部2a的缺口20，以形成一焊接部42。
請參照圖1、2、3、4所示，本發明第一實施例的高爾夫桿頭的焊接方法的第四步驟是在該第一桿頭構件、第二桿頭構件及焊接部41上進行表面加工處理，以製成一高爾夫桿頭的成品。在上述焊接步驟後，該第一桿頭構件1〔桿頭本體〕及第二桿頭構件2的環牆部2a、平板部2b相互結合成高爾夫桿頭的半成品。此時，該環牆部2a及平板部2b共同組成U形或L形剖面的打擊面板。最後，該高爾夫桿頭的半成品依產品需求選擇進行去毛邊〔deburring〕、去餘料、去鏽、調角、電鍍、離子蒸鍍、塗漆、鏡面處理、霧面處理、機械或雷射鵰刻、噴砂〔shot peening〕、印刷圖案標章、上保護漆、貼保護膜等表面加工。藉此，本發明可使該高爾夫桿頭的成品具有較佳外觀及一致規格。
請參照圖5所示，其揭示本發明第二實施例的高爾夫桿頭的焊接結合方法。相較於第一實施例，第二實施例的第一焊接面11是選擇徑向向內形成傾斜，該第二焊接面21則對應徑向向外形成傾斜。藉此，該第一及第二焊接面11、21也能與該二電磁脈衝裝置31、32的作用方向保持不平行，以便該二電磁脈衝裝置31、32產生的磁斥力有效用於抵推該二焊接面11、21，進而確保電磁脈衝焊接的結合效率及結合強度。
請參照圖6、6A、7所示，其揭示本發明第三實施例的高用夫桿頭的焊接結合方法。相較於第一實施例，第三實施例的第一桿頭構件1〔桿頭本體〕在該內部空間10的開口處設置一階梯部12。該第一焊接面11形成在階梯部12的外周面上。該內部空間10的背面另形成一缺口101，該缺口101可適當焊接結合一背板13。在進行電磁脈衝焊接前，該缺口101暫不結合該背板13，以便預留操作空間，供置放該電磁脈衝裝置32。再者，該第二桿頭構件2〔打擊面板〕直接一體成型向後彎折形成一環牆22。該第二焊接面21形成在該環牆22的內壁面上。藉此，該第一及第二焊接面11、21同樣可對應結合，並利用該二電磁脈衝裝置31、32進行電磁脈衝焊接，以形成該焊接部41。在電磁脈衝焊接製程完成後，取出該電磁脈衝裝置32，並適當焊接結合該背板13，以形成一焊接部43，該焊接可為高能量焊接或氬焊。
請參照圖8所示，其揭示本發明第四實施例的高爾夫桿頭的焊接結合方法。相較於第三實施例，第四實施例的第一桿頭構件1〔桿頭本體〕的第一焊接面11及第二桿頭構件2〔打擊面板〕的第二焊接面21對應形成適當的徑向傾斜。藉此，該第一及第一焊接面11、21同樣能與該二電磁脈衝裝置31、32的作用方向保持不平行，以確保電磁脈衝焊接的結合效率及結合強度。
請參照圖9、10、11所示，其揭示本發明第五實施例的高爾夫桿頭的焊接結合方法。相較於第一實施例的木桿型高爾夫桿頭，第五實施例是屬鐵桿型高爾夫桿頭，該第一桿頭構件1設有一凹穴14。該第一焊接面11形成在該凹穴14正面的開口周緣。該凹穴14另於後方形成一開口141，以預留操作空間，供置放該電磁脈衝裝置32。該第二桿頭構件2〔打擊面板〕直接一體成型向後彎折形成一環牆22。該第二焊接面21形成在該環牆22的端面上。該第一及第二焊接面11及21對應形成適當的徑向傾斜。藉此，該二焊接面11、21同樣可利用該二電磁脈衝裝置31、32進行電磁脈衝焊接，以形成該焊接部41，進而組合成鐵桿型的高爾夫桿頭成品。
請參照圖12所示，其揭示本發明第六實施例的高爾夫桿頭的焊接結合方法。相較於第一實施例，第六實施例的第一及第二焊接面11、21是呈徑向水平的切面。在進行電磁脈衝焊接時，將該二電磁脈衝裝置31、32適當配置在該第一及第二焊接面11、21的非平行方向上，例如配置在概呈垂直的方向上。藉此，該第一及第二焊接面11、21能與該二電磁脈衝裝置31、32的作用方向保持垂直，以確保電磁脈衝焊接的結合效率及結合強度。
如上所述，相較於習用高爾夫桿頭的機械嵌入、膠合、硬焊、傳統焊接及摩擦焊接等各種結合方法無法兼顧結合強度、異種焊接兼容性等缺點，圖1的本發明藉由在二桿頭構件1、2分別形成一焊接面11、21，並利用電磁脈衝裝置31、32進行電磁脈衝的焊接，以形成該焊接部41，其確實可相對增加異種焊接兼容性、提升焊接結合強度及維持基材原結構性質。
雖然本發明已利用前述較佳實施例詳細揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與修改，因此本發明的保護範圍當視權利要求書所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種高爾夫桿頭的焊接結合方法，其特徵在於，包含下列步驟預先製造一第一桿頭構件及一第二桿頭構件，其分別設有一第一焊接面及一第二焊接面；將該第一桿頭構件的第一焊接面抵靠於該第二桿頭構件的第二焊接面上；及在該第一及第二焊接面上進行電磁脈衝焊接，以形成一焊接部，藉此共同組裝成一高爾夫桿頭。
2.如權利要求1所述的高爾夫桿頭的焊接結合方法，其特徵在於，該第一桿頭構件是一桿頭本體，其設有一內部空間，該第一焊接面形成在該內部空間正面的開口周緣上。
3.如權利要求1所述的高爾夫桿頭的焊接結合方法，其特徵在於，該第二桿頭構件是一打擊面板，其由一環牆部及一平板部所組成，該環牆部設有一缺口，以結合該平板部，該第二焊接面形成在該環牆部的端面上。
4.如權利要求1所述的高爾夫桿頭的焊接結合方法，其特徵在於，該第一及第二焊接面對應形成徑向傾斜。
5.如權利要求1所述的高爾夫桿頭的焊接結合方法，其特徵在於，該第一桿頭構件是一桿頭本體，其設有一內部空間，該內部空間正面的開口形成一階梯部，該第一焊接面形成在該階梯部的外周面上。
6.如權利要求5所述的高爾夫桿頭的焊接結合方法，其特徵在於，該第一桿頭構件在背面形成一缺口，該缺口可結合一背板。
7.如權利要求1所述的高爾夫桿頭的焊接結合方法，其特徵在於，該第二桿頭構件是一打擊面板，其向後彎折延伸形成一環牆，該第二焊接面形成在該環牆的內壁面上。
8.如權利要求1所述的高爾夫桿頭的焊接結合方法，其特徵在於，該第一桿頭構件是一桿頭本體，其設有一凹穴，該第一焊接面形成在該凹穴正面的開口周緣上。
9.如權利要求1所述的高爾夫桿頭的焊接結合方法，其特徵在於，該第二桿頭構件是一打擊面板，其向後彎折延伸形成一環牆，該第二焊接面形成在該環牆的端面上。
10.如權利要求1所述的高爾夫桿頭的焊接結合方法，其特徵在於，該第一及第二桿頭構件由異種的金屬、合金材質製成。
全文摘要
本發明公開了一種高爾夫桿頭的焊接結合方法，其包含下列步驟預先製造一第一桿頭構件及一第二桿頭構件，其分別設有一第一焊接面及一第二焊接面；將該第一桿頭構件的第一焊接面抵靠於該第二桿頭構件的第二焊接面上；在該第一及第二焊接面上進行電磁脈衝焊接，以形成一焊接部；在該第一桿頭構件、第二桿頭構件及焊接部上進行表面加工處理，以製成一高爾夫桿頭的成品。本發明具有增加桿頭組裝便利性以及增加焊接兼容性及提升焊接結合強度的功效。
文檔編號B23K20/06GK1788908SQ20041009887
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月13日 優先權日2004年12月13日
發明者陳建同 申請人:楠盛股份有限公司