CN213163629U - 一种金属双极板激光焊接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种金属双极板激光焊接装置，包括焊机台板、机罩、运动机构、负载平台和夹持结构，机罩与焊机台板密封紧固连接，机罩上开设抽真空口；负载平台经运动机构安装于焊机台板上；夹持结构包括永磁吸盘、工装底座和工装压板，永磁吸盘安装于负载平台上，工装底座固定于永磁吸盘上，金属双极板定位放置于工装底座上，工装压板定位放置于金属双极板上，工装底座、工装压板分别与下、上极板相配合，工装压板为导磁材料，以在通磁时向下施加均匀压力，使金属双极板与工装压板、工装底座紧密贴合；机罩上安装焊接激光头，机罩上部开设通孔并装设透光板。该装置不仅有利于提高金属双极板激光焊接质量，而且结构简单，易于操作，使用效果好。

Description

一种金属双极板激光焊接装置

技术领域

本实用新型属于激光焊接技术领域，具体涉及一种金属双极板激光焊接装置。

背景技术

现在，燃料电池的金属双极板大多采用激光焊接的方法，焊接的方法有脉冲焊，连续焊和振镜焊等。金属双极板（结构如图1所示）大多采用不锈钢和钛合金压制成型，然后将阴、阳两块极板采用激光焊接的方式制作而成。现在的金属极板多数选用厚0.1mm的超薄板，有的甚至采用0.075mm超薄板。厚度薄也就意味着燃料电池堆重量轻、成本低，但金属板厚度的减薄会给极板的成型、焊接带来更大的难度和挑战。

传统的金属双极板大多在伺服运动平台上，通过夹持工装进行定位和夹紧，在大气环境中进行焊接。对于焊接幅面大，焊缝非常窄的金属双极板的焊接，由于能量密度非常高，容易造成虚焊、过烧、点穿、焊渣飞溅等不良现象；焊接过程中焊缝温度很高，冷却容易导致双极板变形，从而在阴、阳两极板之间产生间隙（如图2所示）或发生错位的现象（如图3所示），导致双极板变形严重、气密性差、外观缺陷，变形严重会影响后续密封的加工工序，过烧和焊渣飞溅更会对极板的涂层质量造成很大的影响。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种金属双极板激光焊接装置，该装置不仅有利于提高金属双极板激光焊接质量，而且结构简单，易于操作，使用效果好。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种金属双极板激光焊接装置，包括焊机台板、机罩、运动机构、负载平台和夹持结构，所述机罩与焊机台板密封紧固连接，以将机罩内外的空气隔绝，所述机罩上开设有连接真空泵的抽真空口，以对机罩内抽真空；所述负载平台经运动机构安装于焊机台板上，以在其驱动下进行X方向和Y方向的运动；所述夹持结构包括永磁吸盘、工装底座和工装压板，所述永磁吸盘固定安装于负载平台上，所述工装底座固定连接于永磁吸盘上，金属双极板通过定位销定位放置于工装底座上，所述工装压板通过定位销定位放置于金属双极板上，所述工装底座上部具有与下极板流场相配合的第一凹凸面，所述工装压板下部具有与上极板流场相配合的第二凹凸面，以在受力时使工装底座、工装压板与金属双极板无缝配合，所述工装底座和金属双极板为非导磁材料，所述工装压板为导磁材料，以在通磁时使工装压板向下施加均匀的压力，使金属双极板与工装压板、工装底座紧密贴合；所述机罩上经机台龙门架安装有焊接激光头，所述焊接激光头的激光发射方向向下朝向金属双极板，所述机罩上部对应开设有用于透过激光束的通孔，并密封安装有透光板。

进一步地，所述机罩为透明的亚克力机罩。

进一步地，所述透光板为高纯度二氧化硅玻璃。

进一步地，所述机罩与焊机台板的连接处之间设有密封圈，以隔绝机罩内外的空气。

进一步地，所述机罩上设有可关闭密封的舱门，以便于操作。

进一步地，所述机罩上设有实时显示机罩内真空度的真空表。

进一步地，所述运动机构包括X轴直线电机、X方向运动平台、Y轴直线电机和Y方向运动平台，所述X轴直线电机安装于焊机台板上并驱动X方向运动平台沿X方向运动，所述Y轴直线电机安装于X方向运动平台上并驱动Y方向运动平台沿Y方向运动，所述负载平台安装于Y方向运动平台上。

进一步地，所述工装压板包括内上压板和外上压板，所述内上压板和外上压板分别通过定位销定位放置于金属双极板上，所述内上压板与外上压板之间留出焊接轮廓线。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：提供了一种在真空环境下通过磁吸夹持的金属双极板激光焊接装置，通过实现在真空环境下进行焊接，可以减少焊接过程中输入的能量，从而减少金属双极板焊接后的变形量，并且可以明显改善双极板出现过烧、点穿、炸点的现象，焊接背痕也不会被氧化。同时，因为不需要吹保护气，还可以有效降低机台成本和金属双极板的生产成本。此外，通过采用磁力吸盘，易于实现工件的夹持和释放，定位、装夹精准快速，提高了生产效率。采用永磁吸盘，磁力均匀，通过工装的夹持，能使双极板均匀受力，两片极板贴合良好，焊接质量得到大幅提升，且工装的重量轻，体积小。因此，本实用新型具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是现有技术中金属双极板结构示意图。

图2是现有技术中金属双极板焊接贴合不良示意图。

图3是现有技术中金属双极板焊接错位示意图。

图4是本实用新型实施例的结构示意图。

图5是本实用新型实施例中夹持结构的侧向局部示意图。

图6是图5的A向视图。

图中，1-焊机台板，2-机罩，3-负载平台，4-抽真空口，5-永磁吸盘，6-工装底座，7-工装压板，8-金属双极板，9-机台龙门架，10-焊接激光头，11-激光束，12-透光板，13-密封圈，14-舱门，15-真空表，16-通退磁开关，17- X方向运动平台，18- Y方向运动平台，19-焊接轮廓线，20~22-定位销，23-阴极气口镶块，24-阳极气口镶块，71-内上压板，72-外上压板。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图4所示，本实用新型提供了一种金属双极板激光焊接装置，包括焊机台板1、机罩2、运动机构、负载平台3和夹持结构。所述机罩2与焊机台板1密封紧固连接，以将机罩2内外的空气隔绝，所述机罩2上开设有抽真空口4，以对机罩内抽真空。所述负载平台3经运动机构安装于焊机台板1上，以在其驱动下进行X方向和Y方向的运动。如图5、6所示，所述夹持结构包括永磁吸盘5、工装底座6和工装压板7，所述永磁吸盘5固定安装于负载平台3上，所述工装底座6固定连接于永磁吸盘5上，金属双极板8通过定位销定位放置于工装底座6上，所述工装压板7通过定位销定位放置于金属双极板8上，所述工装底座6上部具有与下极板流场相配合的第一凹凸面，所述工装压板7下部具有与上极板流场相配合的第二凹凸面，以在受力时使工装底座6、工装压板7与金属双极板8无缝配合，所述工装底座6和金属双极板8为非导磁材料，所述工装压板7为导磁材料，以在通磁时使工装压板7向下施加均匀的压力，使金属双极板8与工装压板7、工装底座6紧密贴合。所述机罩2上经机台龙门架9安装有焊接激光头10，所述焊接激光头10的激光发射方向向下朝向金属双极板8，所述机罩2上部对应开设有用于透过激光束11的通孔，并密封安装有透光板12。

在本实施例中，所述机罩2为透明的亚克力机罩。所述透光板12为高纯度二氧化硅玻璃。

在本实施例中，所述机罩2与焊机台板1的连接处之间设有密封圈13，以隔绝机罩内外的空气。所述机罩2上设有可关闭密封的舱门14，以便于操作。舱门关闭密封后便可抽真空焊接。所述抽真空口4连接真空泵，能在很短时间内抽真空至100Pa级。为了获得较高的真空度10-100Pa之间，可采用罗茨式真空泵，真空泵能在二十秒钟内完成抽吸。所述机罩2上设有实时显示机罩内真空度的真空表15。焊接时根据工件不同，可以调节真空度大小。当压力低于10Pa时，焊缝的熔深基本不会发生变化。

在本实施例中，所述运动机构包括X轴直线电机、X方向运动平台17、Y轴直线电机和Y方向运动平台18，所述X轴直线电机安装于焊机台板1上并驱动X方向运动平台17沿X方向运动，所述Y轴直线电机安装于X方向运动平台17上并驱动Y方向运动平台18沿Y方向运动，所述负载平台3安装于Y方向运动平台18上。本装置的运动平台采用直线电机驱动，定位精度可以控制在1-10μm，能满足双极板焊接的高精度和高速度的要求。

在本实施例中，所述工装压板7包括内上压板71和外上压板72，所述内上压板71和外上压板72分别通过定位销定位放置于金属双极板8上，所述内上压板71与外上压板72之间留出焊接轮廓线19。

传统的双极板焊接时，需要通过夹持机构对双极板施加一定的压力，以减小双极板焊接后的变形，但如果夹持力过大又会使双极板的流场发生变形，影响产品的性能。本装置的双极板的夹持结构如图5、6所示。工装底座固定在永磁吸盘之上。

在退磁状态下，将金属双极板通过定位销定位放置在工装底座上，工装底座具有与极板流场相配合的第一凹凸面，在受力的情况下能使极板与工装底座无缝贴合。通过定位销定位，放置工装压板，压板上同样有与流场相适应的凹凸面，使工装压板在受力的情况下能与极板无缝贴合。拧动通退磁旋钮，因为底座和双极板都是非导磁材料，在通磁的情况下，工装压板会对极板施加一个均匀的正向压力，使极板与工装压板、工装底座紧密贴合。通过改变压板和底座的材料厚度可以调整极板夹紧力的大小，避免了传统机械夹持方式对极板的损伤，同时，永磁吸盘能保证极板的均匀受力，防止了因传统夹持方式的极板受力不均所产生变形，不会出现焊接后两块极板贴合不佳的现象，能有效的提高成品率。焊接完成后，将旋钮拧到退磁档，工装压板不受磁力吸附，即可轻松取走压板和工件，在装夹和拆卸过程中避免了繁琐的拧螺丝过程，不仅提升了焊接品质，还大大提高了生产效率。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种金属双极板激光焊接装置，其特征在于，包括焊机台板、机罩、运动机构、负载平台和夹持结构，所述机罩与焊机台板密封紧固连接，以将机罩内外的空气隔绝，所述机罩上开设有连接真空泵的抽真空口，以对机罩内抽真空；所述负载平台经运动机构安装于焊机台板上，以在其驱动下进行X方向和Y方向的运动；所述夹持结构包括永磁吸盘、工装底座和工装压板，所述永磁吸盘固定安装于负载平台上，所述工装底座固定连接于永磁吸盘上，金属双极板通过定位销定位放置于工装底座上，所述工装压板通过定位销定位放置于金属双极板上，所述工装底座上部具有与下极板流场相配合的第一凹凸面，所述工装压板下部具有与上极板流场相配合的第二凹凸面，以在受力时使工装底座、工装压板与金属双极板无缝配合，所述工装底座和金属双极板为非导磁材料，所述工装压板为导磁材料，以在通磁时使工装压板向下施加均匀的压力，使金属双极板与工装压板、工装底座紧密贴合；所述机罩上经机台龙门架安装有焊接激光头，所述焊接激光头的激光发射方向向下朝向金属双极板，所述机罩上部对应开设有用于透过激光束的通孔，并密封安装有透光板。

2.根据权利要求1所述的一种金属双极板激光焊接装置，其特征在于，所述机罩为透明的亚克力机罩。

3.根据权利要求1所述的一种金属双极板激光焊接装置，其特征在于，所述透光板为高纯度二氧化硅玻璃。

4.根据权利要求1所述的一种金属双极板激光焊接装置，其特征在于，所述机罩与焊机台板的连接处之间设有密封圈，以隔绝机罩内外的空气。

5.根据权利要求1所述的一种金属双极板激光焊接装置，其特征在于，所述机罩上设有可关闭密封的舱门，以便于操作。

6.根据权利要求1所述的一种金属双极板激光焊接装置，其特征在于，所述机罩上设有实时显示机罩内真空度的真空表。

7.根据权利要求1所述的一种金属双极板激光焊接装置，其特征在于，所述运动机构包括X轴直线电机、X方向运动平台、Y轴直线电机和Y方向运动平台，所述X轴直线电机安装于焊机台板上并驱动X方向运动平台沿X方向运动，所述Y轴直线电机安装于X方向运动平台上并驱动Y方向运动平台沿Y方向运动，所述负载平台安装于Y方向运动平台上。

8.根据权利要求1所述的一种金属双极板激光焊接装置，其特征在于，所述工装压板包括内上压板和外上压板，所述内上压板和外上压板分别通过定位销定位放置于金属双极板上，所述内上压板与外上压板之间留出焊接轮廓线。

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