一种氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法技术

本发明专利技术提供一种氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，焊接方法包括以下步骤：a、将金属双极板中的阴极板与阳极板用精密工装进行定位，通过压合的方式使阴极板与阳极板紧密贴合；b、将贴合后的极板划分为若干待焊区域，使得激光光束延着设定的极板的焊接轨迹与极板进行相对位移，将阴极板与阳极板焊接。本发明专利技术的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，能够实现金属双极板流道区域的焊接，使薄至0.075mm的金属双极板的机械强度得到提升。0.075mm的金属双极板的机械强度得到提升。0.075mm的金属双极板的机械强度得到提升。

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法


[0001]本专利技术涉及氢燃料电池
，具体涉及一种氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法。

技术介绍

[0002]金属双极板是氢能源燃料电池的核心部件，它承担着分配气体、导电、导热、排水等重要作用。而金属双极板的流道设计是最为关键的一环，它对燃料电池的性能、运行效率和制造成本会有很大的影响。市场上为了追求更高的功率，会使用更薄的金属板材制作双极板。
[0003]金属双极板越薄，其机械强度越差，通过焊接工艺将金属双极板的阴极板和阳极板连接一起可以改善机械强度。目前较多的焊接工艺是选择只焊接阴极板与阳极板的边缘轮廓区域，少焊甚至不焊中间的流道区域，主要是担心在流道区域焊接，会造成极板穿孔漏气造成报废。而流道区域如果不焊接，则双极板的机械强度大打折扣。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，能够实现金属双极板流道区域的焊接，有效地避免焊接穿孔漏气的风险，并具备一定的抗拉强度。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，其中：所述焊接方法包括以下步骤：
[0007]a、将金属双极板中的阴极板与阳极板用工装进行定位，通过压合的方式使阴极板与阳极板紧密贴合；
[0008]b、将贴合后的极板划分为若干待焊区域，使得激光光束延着设定的极板的焊接轨迹与极板进行相对位移，将阴极板与阳极板焊接。
[0009]优选的是，所述的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，其中：将阴极板与阳极板进行焊接，具体包括：
[0010]采用单模光纤连续激光的方法，通过高速振镜扫描系统实现动态焊接工艺，激光光束按照设定的焊接轨迹在极板表面完成动态焊接。
[0011]优选的是，所述的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，其中：所述动态焊接具体包括：
[0012]b1、激光光束由焊接起点开始照射极板并相对于极板匀速移动，在第一段波形时间内，功率渐进递增至第一段波形的功率；
[0013]b2、激光光束沿着焊接路径继续移动，在第二段波形时间内，功率由第一段波形的功率渐进递减至第二段波形的功率；
[0014]b3、激光光束沿着焊接路径继续移动，在第三段波形时间内，功率由第二段波形的功率渐进递减至第三段波形的功率；
[0015]b4、激光光束沿着焊接路径继续移动，在第四段波形时间内，功率由第三段波形的功率渐进递减至第四段波形的功率；
[0016]b5、激光光束沿着焊接路径继续移动，在第五段波形时间内，功率由第四段波形的功率渐进递减至第五段波形的功率；
[0017]b6、激光光束沿着焊接路径继续移动，在第六段波形时间内，功率由第五段波形的功率渐进递减至第六段波形的功率；
[0018]b7、激光光束沿着焊接路径继续移动，在第七段波形时间内，功率由第六段波形的功率渐进递减至第七段波形的功率；
[0019]b8、激光光束移动至焊接路径的终点，停止出光，结束焊接动作。
[0020]优选的是，所述的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，其中：所述步骤b1
‑
b8中激光光束的平均输出功率均为150
‑
250W。
[0021]优选的是，所述的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，其中：所述步骤b1
‑
b8中激光光束的移动速度均为200
‑
350mm/s
[0022]优选的是，所述的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，其中：所述步骤b1
‑
b8中激光光束是通过高速振镜偏摆，沿着设定好的焊接轨迹做定向移动，所述焊缝宽度为0.08
‑
0.15mm。
[0023]优选的是，所述的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，其中：所述阴极板与阳极板的厚度均为0.05mm
‑
0.15mm。
[0024]本专利技术的优点：
[0025](1)本专利技术的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，能够实现金属双极板流道区域的焊接，使薄至0.075mm的金属双极板的机械强度得到提升。
[0026](2)本专利技术的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，通过高频连续激光模式，可以保持焊缝的均匀性以及焊接的质量，同时也保证金属双极板的气密性。
[0027](3)本专利技术的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，采用的单模光纤激光器光斑小，能量集中，对于金属双极板因焊接产生的热变形量几乎可以忽略不计。
[0028](4)本专利技术的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，通过工装夹具上的定位销，可以保证两片极板的相对位置精度；通过工装夹具的上下压合，可保证阴极板与阳极板贴合紧密。
[0029](5)本专利技术的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，通过高速振镜扫描系统搭配激光连续出光模式，可最大实现500mm/s的相对位移速度，极大提升了焊接工艺的效率，并可避免类似脉冲点焊因焊点重叠率不够而产生的气密性问题。
[0030](6)通过本专利技术的技术方案，金属双极板的气密性得到了充分保障，且经过批量验证，该金属双极板的流道区域的焊缝能满足在“50Kpa压强环境下，泄漏量<0.02cc/min”条件下的测试。
附图说明
[0031]图1为现有技术焊接过程中产生的弧坑图。
[0032]图2为现有技术焊接过程中产生的弧坑剖切图。
[0033]图3为本专利技术的渐变式收弧的示意图。
[0034]图4为本专利技术实施例1的渐变式波形功率和时间的设置数据图。
[0035]图5为本专利技术实施例1的渐变式波形图。
具体实施方式
[0036]下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0037]焊接过程中，收弧位置会因为激光能量的骤减形成弧坑(见图1)，通过剖切金相，弧坑是局部材料蒸发而形成的凹陷(见图2)，当凹陷足够大时，材料会局部变薄直至穿孔，从而导致漏气。
[0038]本专利技术的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，是在焊接动作结束前采用渐变式收弧(见图3)，减少激光对板材的热量输出，熔池状态由“双层材料熔透
→
上层穿透，下层不透
→
上层不透”逐步过渡，以减少弧坑带来的影响。
[0039]实施例1
[0040]一种氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，其中：焊接方法包括以下步骤：
[0041]a、将金属双极板中的阴极板与阳极板用精密工装进行定位，通过压合的方式使阴极板与阳极板紧密贴合；
[0042]b、将贴合后的极板划分为若干待焊区域，使得激光光束延着设定的极板的焊接轨迹与极板进行相对位移，将阴极板与阳极板焊接。
[0043]将阴极板与阳极板进行焊接，具体包括：
[0044]采用单模光纤连续激光的方法，通过高速振镜扫描系统实现动态焊接工艺，激光光束按本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，其特征在于：所述焊接方法包括以下步骤：a、将金属双极板中的阴极板与阳极板用工装进行定位，通过压合的方式使阴极板与阳极板紧密贴合；b、将贴合后的极板划分为若干待焊区域，使得激光光束延着设定的极板的焊接轨迹与极板进行相对位移，将阴极板与阳极板焊接。2.根据权利要求1所述的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，其特征在于：将阴极板与阳极板进行焊接，具体包括：采用单模光纤连续激光的方法，通过高速振镜扫描系统实现动态焊接工艺，激光光束按照设定的焊接轨迹在极板表面完成动态焊接。3.根据权利要求2所述的氢燃料电池金属双极板的激光焊接方法，其特征在于：所述动态焊接具体包括：b1、激光光束由焊接起点开始照射极板并相对于极板匀速移动，在第一段波形时间内，功率渐进递增至第一段波形的功率；b2、激光光束沿着焊接路径继续移动，在第二段波形时间内，功率由第一段波形的功率渐进递减至第二段波形的功率；b3、激光光束沿着焊接路径继续移动，在第三段波形时间内，功率由第二段波形的功率渐进递减至第三段波形的功率；b4、激光光束沿着焊接路径继续移动，在第四段波形时间内，功率由第三段波形的功率渐进递减至第四段波形的功率；b5、激光光束沿着焊接路径继续移动，在第五段波形时间内，功率由第四段波形...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅煜，朱永明，袁斐，朱斌，
申请(专利权)人：适新科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：