CN109249131A - 一种316l不锈钢双极板激光焊接工艺 - Google Patents

一种316l不锈钢双极板激光焊接工艺 Download PDF

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马文涛
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Abstract

本发明公开了一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，是将316L不锈钢双极板配合压紧后，采用高纯惰性气体对焊缝进行保护，然后用准连续激光器对316L不锈钢双极板进行焊接，工作模式设定为连续模式。本发明采用QCW连续激光器对316L不锈钢双极板进行焊接，其热量输入稳定、热量影响范围较小、焊接速度可以达到120mm/s，焊接过程不会对工件施加外力，焊接速度快、功效高、相比传统方式焊接残余应力和变形量小。

Description

一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺
技术领域
本发明涉及双极板焊接领域，具体是一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺。
背景技术
双极板是燃料电池组的主要部件，其作用是分隔反应气体、收集电流、将各个单电池串联起来和通过流场为反应气体进入电极以及为反应后生成的水的排出提供通道。一个合格的双极板应当具备以下特点：
①、厚度薄、质量轻；
②、尺寸精度高；
③、抗腐蚀性要强，以保证电池组的寿命；
④、双极板流场里有冷却水道和燃料气体的通道，各通道有利于输送以及最后反应生成的水的排出；
⑤、双极板有低的气体渗透率和电阻率，同时有良好的热传导性和足够的强度及硬度，以防止极板在承受一定的压力下发生变形。
现有的双极板在焊接工艺仍存在一定的缺陷，现有的焊接速度慢，且变形量大，气密性差，合格率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，焊接速度快，焊接后的双极板变形量小、抗拉强度大、气密性好、合格率高，大大提高了双极板焊接的工作效率。
本发明的技术方案为：
一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，具体包括有以下步骤：将316L不锈钢双极板配合压紧后，采用高纯惰性气体对焊缝进行保护，然后用准连续激光器对316L不锈钢双极板进行焊接，工作模式设定为连续模式，连续模式的平均功率为250W，焊接功率为120W，加速度为1200mm/s², 速度为120mm/s，激光波长为1070nm，保护气流量为20L/min。
所述的316L不锈钢双极板是由模具冲压成型，然后清洗并烘干后，再进行焊接操作。
所述的316L不锈钢双极板配合好后，放在双极板的夹具上固定，保证夹具的平行度在±0.03mm以内，然后用仿形压板把316L不锈钢双极板压紧，仿形压板上设置有与316L不锈钢双极板的焊缝重叠的焊接导孔，准连续激光器发射的连续激光穿过焊接导孔并沿着焊接导孔进行激光自熔焊接。
所述的316L不锈钢双极板包含氢极板和氧极板，厚度均为0.45-0.55mm。
所述的仿形压板的厚度为5mm，平行度误差±0.02mm，焊接导孔的侧壁为45°倒角结构。
所述的高纯惰性气体选用高纯氮气或高纯氩气，高纯惰性气体的气体输出头与准连续激光器的焊接头同轴运动，对316L不锈钢双极板的焊接面吹高纯氮气从而对焊缝进行保护。
本发明的优点：
本发明在激光焊接时，采用高纯惰性气体进行保护，从而提高焊缝的耐腐蚀性；本发明采用QCW准连续激光器对316L不锈钢双极板进行焊接，其热量输入稳定、热量影响范围较小，焊接速度可以达到120mm/s，作业过程不会对工件施加外力，焊接速度快、功效高、相比传统方式焊接残余应力和变形量小，拉强度大，气密性好，合格率高；本发明焊接中的各项参数设定保证了焊接后的316L不锈钢双极板符合双极板焊缝指标要求，316L不锈钢双极板紧密焊接、无分离或穿透现象。
附图说明
图1是本发明仿形压板的结构示意图，图中的“—— - ——”部分为焊接导孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，其具体包括有以下步骤：
（1）、316L不锈钢双极板是由模具冲压成型，再清洗并烘干；
（2）、将烘干后的316L不锈钢双极板配合好后，放在双极板的夹具上固定，保证夹具的放置面平整干净、平行度在±0.03mm以内，然后用仿形压板（见图1，仿形压板的厚度为5mm，平行度误差±0.02mm，焊接导孔的侧壁为45°倒角结构）把316L不锈钢双极板压紧，仿形压板上设置有与316L不锈钢双极板的焊缝重叠的焊接导孔；
（3）、焊接时，采用99.99%的高纯氮气对焊缝进行保护（高纯氮气的气体输出头与准连续激光器的焊接头同轴运动，对316L不锈钢双极板的焊接面吹高纯氮气从而对焊缝进行保护），然后准连续激光器发射的连续激光穿过仿形压板的焊接导孔并沿着焊接导孔对316L不锈钢双极板，准连续激光器的工作模式设定为连续模式，连续模式的平均功率为250W，焊接功率为120W，加速度为1200mm/s², 速度为120mm/s，激光波长为1070nm，保护气流量为20L/min； 焊接后的316L不锈钢双极板符合双极板焊缝指标要求，即双极板焊缝之间紧密连接，无气体泄漏。
其中，316L不锈钢双极板包含氢极板和氧极板，厚度均为0.45-0.55mm。
对比例1
一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，步骤同实施例一致，步骤（3）中的准连续激光器的工作模式设定为连续模式，连续模式的平均功率为250W，焊接功率为100W，加速度为1200mm/s², 速度为120mm/s，激光波长为1070nm，保护气流量为20L/min；焊接后的316L不锈钢双极板不符合双极板焊缝指标要求，焊接后双极板为分离状态。
对比例2
一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，步骤同实施例一致，步骤（3）中的准连续激光器的工作模式设定为连续模式，连续模式的平均功率为250W，焊接功率为150W，加速度为1200mm/s², 速度为120mm/s，激光波长为1070nm，保护气流量为20L/min；焊接后的316L不锈钢双极板不符合双极板焊缝指标要求，焊接后双极板焊缝穿透。
从实施例、对比例1和2得出，本发明采用QCW准连续激光器对316L不锈钢双极板进行焊接，焊接后的双极板变形量小、抗拉强度大、气密性好、合格率高，QCW准连续激光器各项焊接参数的设定，保证了焊接后的316L不锈钢双极板符合双极板焊缝指标要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，其特征在于：具体包括有以下步骤：将316L不锈钢双极板配合压紧后，采用高纯惰性气体对焊缝进行保护，然后用准连续激光器对316L不锈钢双极板进行焊接，工作模式设定为连续模式，连续模式的平均功率为250W，焊接功率为120W，加速度为1200mm/s², 速度为120mm/s，激光波长为1070nm，保护气流量为20L/min。
2.根据权利要求1所述的一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，其特征在于：所述的316L不锈钢双极板是由模具冲压成型，然后清洗并烘干后，再进行焊接操作。
3.根据权利要求1所述的一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，其特征在于：所述的316L不锈钢双极板配合好后，放在双极板的夹具上固定，保证夹具的平行度在±0.03mm以内，然后用仿形压板把316L不锈钢双极板压紧，仿形压板上设置有与316L不锈钢双极板的焊缝重叠的焊接导孔，准连续激光器发射的连续激光穿过焊接导孔并沿着焊接导孔进行激光自熔焊接。
4.根据权利要求1所述的一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，其特征在于：所述的316L不锈钢双极板包含氢极板和氧极板，厚度均为0.45-0.55mm。
5.根据权利要求3所述的一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，其特征在于：所述的仿形压板的厚度为5mm，平行度误差±0.02mm，焊接导孔的侧壁为45°倒角结构。
6.根据权利要求1所述的一种316L不锈钢双极板激光焊接工艺，其特征在于：所述的高纯惰性气体选用高纯氮气或高纯氩气，高纯惰性气体的气体输出头与准连续激光器的焊接头同轴运动，对316L不锈钢双极板的焊接面吹高纯氮气从而对焊缝进行保护。
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