CN215824690U - 金属双极板精密高速激光焊接夹具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种金属双极板精密高速激光焊接夹具，属于燃料电池技术领域，其包括了电磁底板，电磁底板上开设有供待焊接的双极板置入的双极板定位槽，双极板定位槽的上方设有被电磁底板吸附的压板，所述压板包括呈封闭环状的仿形外压板，仿形外压板内设有仿形内压板，仿形内压板与所述仿形外压板间形成也呈封闭环状的第一焊接轨道，所述仿形内压板包括一主岛压板和若干孤岛压板，每一所述孤岛压板与主岛压板间形成两端均与第一焊接轨道相连通的第二焊接轨道。该激光焊接夹具具有应力形变小，焊接质量高的特点，整体功能完善，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，更具体地说，它涉及一种金属双极板精密高速激光焊接夹具。
背景技术
燃料电池是一项非常有前景的能源技术，与现有的传统能量转化技术相比，燃料电池具有许多优点，包括更高的能量转化效率、污染物零排放、无运动部件工作安静等。燃料电池有多种类型，本专利聚焦在质子交换膜燃料电池领域。虽然质子交换膜燃料电池具有诸多优点，但也存在一些亟待解决的问题。
在质子交换膜燃料电池中，双极板是核心部件，在整个燃料电池电堆重量和成本中中占了相当大的比重，发挥的主要作用如下：1.为电堆起结构支撑作用；2.为参与反应的氢气、空气及冷却电堆的冷却液三种介质提供流通通道，同时又将三种介质隔离开；3.导电作用，将各个单电池串联成一个整堆。
常见的质子交换膜燃料电池双极板材料有石墨板和金属板，对于金属双极板，常用板料厚度0.1mm左右的不锈钢板或钛板来制作。常用的工艺为：每一块双极板由一片阳极板和一块阴极板通过激光焊接形成金属双极板。
金属双极板生产过程中，两片单板焊接成一块双极板的焊接工艺是关键工艺，做好该项工艺需要选择合适的激光焊接机，同时必须保证两片板所焊部位必须紧密贴合在一起。而要保证两片板的紧密贴合，有两个关键因素：1.两片单板必须平整；2.焊接夹具要能将两片板压紧。单板的平整需要严控冲压工序和单板检测来保证；焊接夹具要压紧两片单板，需要夹具有较大的夹紧力和与单板良好的贴合性。
现有技术中一般采用压板、卡扣等方式对金属双极板进行物理接触式压紧，如此一来，在进行焊接过程中，就会导致压紧机构对激光焊接结构的焊接造成干涉，影响双极板的焊接质量，整体效果不佳。据此，本实用新型提出了一种金属双极板精密高速激光焊接夹具。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种金属双极板精密高速激光焊接夹具，该激光焊接夹具具有应力形变小，焊接质量高的特点。
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是这样实现的：本实用新型所涉及的一种金属双极板精密高速激光焊接夹具，包括电磁底板，电磁底板上开设有供待焊接的双极板置入的双极板定位槽，双极板定位槽的上方设有被电磁底板吸附的压板，所述压板包括呈封闭环状的仿形外压板，仿形外压板内设有仿形内压板，仿形内压板与所述仿形外压板间形成也呈封闭环状的第一焊接轨道，所述仿形内压板包括一主岛压板和若干孤岛压板，每一所述孤岛压板与主岛压板间形成两端均与第一焊接轨道相连通的第二焊接轨道。
本实用新型进一步设置为：所述双极板定位槽的槽底布有若干第一导热筋条，相邻两所述第一导热筋条间形成第一导热通道。
本实用新型进一步设置为：所述仿形内压板朝向电磁底板的端面上布有若干第二导热筋条，相邻两所述第二导热筋条间形成第二导热通道。
本实用新型进一步设置为：所述第一导热筋条和第二导热筋条均呈折弯延伸。
本实用新型进一步设置为：所述仿形内压板上开设有若干内部焊接轨道。
本实用新型进一步设置为：所述仿形外压板上开设有若干边缘焊接轨道。
本实用新型进一步设置为：所述第一焊接轨道、第二焊接轨道以及边缘焊接轨道的底部设有分别沿对应轨道延伸的避空槽轨，避空槽轨开设在所述电磁底板上。
本实用新型进一步设置为：所述压板沿其长度方向的两端设有防形变压边，防形变压边设在所述压板朝向电磁底板的端面上，所述防形变压边设在第一焊接轨道的两侧仅靠近端部位置，所述防形变压边还设在第二焊接轨道的两侧。
本实用新型进一步设置为：所述仿形外压板和仿形内压板上均开设有定位孔，定位孔内插有设在所述电磁底板上的定位导柱。
本实用新型进一步设置为：所述电磁底板上设有四个呈二乘二矩形阵列分布的定位点；所述压板上设有一个校正点。
综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
1.采用内外仿形压板，将需要在金属双极板上完成焊接操作的区域暴露在外，焊接区域边缘则被压板压紧，避免焊接过程中发生应力形变，使得焊接质量更高；
2.将孤岛压板与主岛压板间形成的第二焊接轨道与第一焊接轨道实现连通，方便焊接过程中，焊头完成连续行走动作，提高焊接效率；
3.金属双极板的内外端面均承靠在布满导热通道的导热筋条上，使得焊接过程中热量散发速度快，避免应力集中而导致焊接形变，间接提高产品焊接质量；
4.将导热筋条设置为折弯延伸，加长路径，进一步提升散热效果，有效防止产品发生应力形变；
5.通过在对应焊接轨道的底部开设避空槽轨，为了减少焊缝处向夹具的直接散热，从而减小激光器的脉冲峰值功率，进而减小变形量；
6.通过靠近压板两端设置位于焊接轨道两侧的防形变压边，使其承靠在金属双极板待焊接区域的两侧，达到优化焊接应力，减小焊接变形的效果。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的部分结构示意图；
图3是本实用新型用于体现电磁底板的结构示意图；
图4是本实用新型用于体现仿形内压板的结构示意图；
图5是本实用新型用于体现主岛压板的结构示意图；
图6是本实用新型的局部结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型专利要求的限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
下面结合附图和优选实施例对本实用新型进一步说明。
实施例1
参见图1至5所示，本实施例所涉及的一种金属双极板精密高速激光焊接夹具，包括电磁底板1，电磁底板1上开设有供待焊接的双极板置入的双极板定位槽2，双极板定位槽2的上方设有被电磁底板1吸附的压板，所述压板包括呈封闭环状的仿形外压板3，仿形外压板3内设有仿形内压板4，仿形内压板4与所述仿形外压板3间形成也呈封闭环状的第一焊接轨道5，所述仿形内压板4包括一主岛压板41和若干孤岛压板42，每一所述孤岛压板42与主岛压板41间形成两端均与第一焊接轨道5相连通的第二焊接轨道6。
进一步的，所述仿形内压板4上开设有若干内部焊接轨道9。
进一步的，所述仿形外压板3上开设有若干边缘焊接轨道10。
在本实施方案中，先将待焊接的双极板置入的双极板定位槽2，再逐一将各压板压在双极板上，并被电磁底板1吸附住。其中，仿形外压板3与仿形内压板4间形成等宽间隙的第一焊接轨道5、每一孤岛压板42与主岛压板41间形成等宽间隙的第二焊接轨道6，而第二焊接轨道6的两端还均与第一焊接轨道5相连通，致使所有待焊接区域暴露在第一焊接轨道5、第二焊接轨道6、内部焊接轨道9和边缘焊接轨道10处，用作后续焊接导向使用，而焊接轨道(包括了第一焊接轨道5、第二焊接轨道6、内部焊接轨道9和边缘焊接轨道10)的边缘区域则均被压板压紧，避免在焊接过程中发生应力形变。
实施例2
参见图1至5所示，本实施例所涉及的一种金属双极板精密高速激光焊接夹具，其在实施例1的基础上，进一步地设置为，所述双极板定位槽2的槽底布有若干第一导热筋条7，相邻两所述第一导热筋条7间形成第一导热通道。
进一步的，所述仿形内压板4朝向电磁底板1的端面上布有若干第二导热筋条8，相邻两所述第二导热筋条8间形成第二导热通道。
进一步的，所述第一导热筋条7和第二导热筋条8均呈折弯延伸。
在本实施方案中，通过第一导热筋条7和第二导热筋条8的设置，使得金属双极板在焊接过程中，承靠面减小，延缓升温速度；并且配合相邻两第一导热筋条7间形成的第一导热通道、相邻两第二导热筋条8间形成的第二导热通道，使得散热速度提升，避免热量集中而导致焊接形变，间接提高产品焊接质量。
其中，将第一导热筋条7和第二导热筋条8设置为折弯延伸，加长路径，进一步提升散热效果。
实施例3
参见图1至6所示，本实施例所涉及的一种金属双极板精密高速激光焊接夹具，其在实施例2的基础上，进一步地设置为，所述第一焊接轨道5、第二焊接轨道6以及边缘焊接轨道10的底部设有分别沿对应轨道延伸的避空槽轨14，避空槽轨14开设在所述电磁底板1上。
进一步的，所述压板沿其长度方向的两端设有防形变压边15，防形变压边15设在所述压板朝向电磁底板1的端面上，所述防形变压边15设在第一焊接轨道5的两侧仅靠近端部位置，所述防形变压边15还设在第二焊接轨道6的两侧。
在本实施方案中，通过在第一焊接轨道5、第二焊接轨道6以及边缘焊接轨道10的底部开设设置在电磁底板1上的避空槽轨14，为了减少焊缝处向夹具的直接散热，从而减小激光器的脉冲峰值功率，进而减小变形量。
其中，还通过在靠近压板(包括主岛压板41和孤岛压板42)两端设置位于焊接轨道(包括第一焊接轨道5和第二焊接轨道6)两侧的防形变压边15，使其承靠在金属双极板待焊接区域的两侧，达到优化焊接应力，减小焊接变形的效果。
实施例4
参见图1至5所示，本实施例所涉及的一种金属双极板精密高速激光焊接夹具，其在实施例1、2和3的基础上，进一步地设置为，所述仿形外压板3和仿形内压板4上均开设有定位孔11，定位孔11内插有设在所述电磁底板1上的定位导柱(图中未示出)。
在本实施方案中，通过定位孔11配合定位导柱的设置，方便准确安装仿形外压板3和仿形内压板4，使得后续焊接更精准，质量更高。
实施例5
参见图1至5所示，本实施例所涉及的一种金属双极板精密高速激光焊接夹具，其在实施例1、2、3和4的基础上，进一步地设置为，所述电磁底板1上设有四个呈二乘二矩形阵列分布的定位点12。
进一步的，所述压板上设有一个校正点13。
在本实施方案中，通过定位点12的增设，用作装夹定位使用；通过校正点13的增设，用于每段焊接动作完成后的复位及校正使用，提高焊接精度。
本实用新型所涉及的金属双极板精密高速激光焊接夹具，通过采用内外仿形压板，将需要在金属双极板上完成焊接操作的区域暴露在外，焊接区域边缘则被压板压紧，避免焊接过程中发生应力形变，使得焊接质量更高；通过将孤岛压板与主岛压板间形成的第二焊接轨道与第一焊接轨道实现连通，方便焊接过程中，焊头完成连续行走动作，提高焊接效率；通过金属双极板的内外端面均承靠在布满导热通道的导热筋条上，使得焊接过程中热量散发速度快，避免应力集中而导致焊接形变，间接提高产品焊接质量；通过将导热筋条设置为折弯延伸，加长路径，进一步提升散热效果，有效防止产品发生应力形变；通过在对应焊接轨道的底部开设避空槽轨，为了减少焊缝处向夹具的直接散热，从而减小激光器的脉冲峰值功率，进而减小变形量；还通过靠近压板两端设置位于焊接轨道两侧的防形变压边，使其承靠在金属双极板待焊接区域的两侧，达到优化焊接应力，减小焊接变形的效果，整体功能完善，实用性强。
如无特殊说明，本实用新型中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于实际所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本实用新型中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合实施例，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，本实用新型中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.金属双极板精密高速激光焊接夹具，包括电磁底板，电磁底板上开设有供待焊接的双极板置入的双极板定位槽，双极板定位槽的上方设有被电磁底板吸附的压板，其特征在于：所述压板包括呈封闭环状的仿形外压板，仿形外压板内设有仿形内压板，仿形内压板与所述仿形外压板间形成也呈封闭环状的第一焊接轨道，所述仿形内压板包括一主岛压板和若干孤岛压板，每一所述孤岛压板与主岛压板间形成两端均与第一焊接轨道相连通的第二焊接轨道。
2.根据权利要求1所述的金属双极板精密高速激光焊接夹具，其特征在于：所述双极板定位槽的槽底布有若干第一导热筋条，相邻两所述第一导热筋条间形成第一导热通道。
3.根据权利要求2所述的金属双极板精密高速激光焊接夹具，其特征在于：所述仿形内压板朝向电磁底板的端面上布有若干第二导热筋条，相邻两所述第二导热筋条间形成第二导热通道。
4.根据权利要求3所述的金属双极板精密高速激光焊接夹具，其特征在于：所述第一导热筋条和第二导热筋条均呈折弯延伸。
5.根据权利要求1-4任一项所述的金属双极板精密高速激光焊接夹具，其特征在于：所述仿形内压板上开设有若干内部焊接轨道。
6.根据权利要求5所述的金属双极板精密高速激光焊接夹具，其特征在于：所述仿形外压板上开设有若干边缘焊接轨道。
7.根据权利要求6所述的金属双极板精密高速激光焊接夹具，其特征在于：所述第一焊接轨道、第二焊接轨道以及边缘焊接轨道的底部设有分别沿对应轨道延伸的避空槽轨，避空槽轨开设在所述电磁底板上。
8.根据权利要求1所述的金属双极板精密高速激光焊接夹具，其特征在于：所述压板沿其长度方向的两端设有防形变压边，防形变压边设在所述压板朝向电磁底板的端面上，所述防形变压边设在第一焊接轨道的两侧仅靠近端部位置，所述防形变压边还设在第二焊接轨道的两侧。
9.根据权利要求1所述的金属双极板精密高速激光焊接夹具，其特征在于：所述仿形外压板和仿形内压板上均开设有定位孔，定位孔内插有设在所述电磁底板上的定位导柱。
10.根据权利要求1所述的金属双极板精密高速激光焊接夹具，其特征在于：所述电磁底板上设有四个呈二乘二矩形阵列分布的定位点；所述压板上设有一个校正点。
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