一种氢能源汽车双极板超高速精密焊接工艺及其焊接夹具制造技术

本发明专利技术公开了一种氢能源汽车双极板超高速精密焊接工艺及其焊接夹具，属于氢能源汽车生产领域，包括待焊接的双极板，双极板安装在焊接夹具上，通过高速移动平台将其运动到机械焊接位置，拍照后抓取双极板上预设的特征信息和拍照模板里面的特征进行对比，激光束通过振镜的X、Y轴镜片，振镜二轴带动激光束从焊接轨迹起点移动至焊接轨迹终点，随着振镜的移动，最终形成完整的一条焊缝，使得上单极板和下单级板焊接在一起，实现双极板的焊接。利用该工艺进行双极板焊接时，焊接过程和焊缝宽度极为稳定，无明显波动，不易出现虚焊问题，焊接强度高，焊缝较为平整，保证焊缝的过流能力，大幅提高了氢燃料电池的产品性能。高了氢燃料电池的产品性能。高了氢燃料电池的产品性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氢能源汽车双极板超高速精密焊接工艺及其焊接夹具


[0001]本专利技术属于氢能源汽车生产领域，具体涉及一种氢能源汽车双极板超高速精密焊接工艺方法及其焊接夹具。

技术介绍

[0002]在氢能源汽车生产领域，燃料电池发动机是氢能源汽车的动力源，燃料电池发动机是一种将氢气和氧气通过电化学反应直接转化为电能的发电装置。其过程不涉及燃烧，无机械损耗，能量转化率高，产物仅为电、热和水，运行平稳，噪音低，被称为“终极环保发动机”。
[0003]燃料电池电堆是若干燃料电池单电池串联叠加而来的。一个燃料电池单体由膜电极(MEA)、气体渗透膜(GDL)、阳极板和阴极板构成。在燃料电池电堆中，阳极板和阴极板均可以看成是双极板，通常相邻两个燃料电池的双极板由一个阳极板和一个阴极板合并。
[0004]双极板是电池的重要组成部件，双极板焊接是必不可少的一道工序，其作用为将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极，最后给汽车提供动力。作为燃料电池重要核心部件的双极板又称集流板，要求其具有下述功能与性质：(1)分隔燃料与氧化剂，阻止气体透过；(2)收集、传导电流，电导率高；(3)设计与加工的流道，可将气体均匀分配到电极的反应层进行电极反应；(4)能排出热量，保持电池温场均匀；(5)耐蚀、抗冲击和震动；(6)厚度薄、重量轻，同时成本低，容易机械加工，适合批量制造等。
[0005]通常金属双极板由以下五个部件构成：阳极侧密封圈、阳极金属板、阴极金属板、焊缝、阴极侧密封圈。双极板通过将阳极金属板和阴极金属板焊接在一起而成，其阴极侧和阳极侧板的边缘会有槽来布置密封圈，防止反应气和冷却液互窜，同时也防止反应气和冷却液外漏。阳极侧密封圈和阴极侧密封圈的材质相同，因此在工程中统称双极板密封圈。
[0006]目前的激光焊接技术进行焊接时效率低，焊接热量变形大，也容易因为离焦量的轻微改变出现虚焊、强度不够，焊接暴孔，焊接效率低的问题。焊接完成后做气密性测试会发现各个区域存在相互流通，焊漏等情况，这样会导致零件报废，不但浪费财力、人力、物力，而且最终会导致生产成本的增加。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的问题是提供一种能够有效降低焊接变形的程度及焊接缺陷，保证焊接质量，提高双极板成品率的氢能源汽车双极板超高速精密焊接工艺及其焊接夹具。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种氢能源汽车双极板超高速精密焊接工艺，包括待焊接的双极板，所述双极板包括上极板和下极板，将所述上极板和下极板整理后叠放在一起，并安装在焊接夹具上，双极板的孔位对准焊接夹具上的定位销进行安装定位压紧，通过高速移动平台将安装在焊接夹具上的两片极板运动到机械焊接位
置，通过同轴视觉装置进行高精度拍照定位，拍照后抓取双极板上预设的特征信息和拍照模板里面的特征进行对比，对比正常后启动激光器输出激光束至振镜，不正常则重复拍照对比，并且显示对比不正常的信息提示，直到拍照定位正常后才能启动焊接。
[0009]激光束经过振镜透过场镜到上单极板表面，使得上极板达到熔点后穿透，并和下极板形成钥匙孔，接着通过振镜的X、Y轴按照预设的焊接轨迹进行摆动形成焊接轨迹，激光束通过振镜的X、Y轴镜片，振镜二轴带动激光束从焊接轨迹起点移动至焊接轨迹终点，随着振镜的移动，运动方向前方的材料开始熔化，后方的熔池开始冷却凝固，最终形成完整的一条焊缝，使得上单极板和下单级板焊接在一起，实现双极板的焊接。
[0010]其中，所述双极板分为三个区域，即为反应区、过渡区以及进出口区域其反应区焊接方式为上单极板焊穿，下单极板不焊穿，过渡区和进出口区域上下极板均焊穿。
[0011]超高速同轴视觉振镜焊接系统还包括焊接控制系统、QBH光纤插口、准直装置、双层风刀和振镜冷水装置，所述准直装置位于45度反射镜上方，该准直装置上方设置有QBH光纤插口，所述双层风刀和振镜冷水装置实现辅助式冷却。
[0012]本专利技术采用大理石作为平台基座，保证运动过程的稳定性，大理石平台基座上安装直线电机驱动的高速移动平台，高速移动平台可以满足1500mm/s≥V≥500mm/s；可在X、Y方向进行移动，大理石平台基座上承载着龙门架，超高速同轴视觉振镜焊接系统通过转接板固定在龙门架上，可在龙门架上进行X、Z方向移动。
[0013]通过CAD编制双极板的焊接轨迹导入焊接控制系统中，控制所述超高速同轴视觉振镜焊接系统中的X、Y轴电机模块进行摆动，使所述激光按预设轨迹进行运行，在激光器开始触发出激光，同时焊接控制系统开始对振镜进行触发使得X、Y轴电机模块进行摆动，激光经光纤和光学部件传输聚焦至双极板表面已形成的液态熔池，激光按CAD导入的轨迹进行焊接，完成双极板的焊接加工。
[0014]所述超高速同轴视觉振镜焊接系统为小口径振镜焊接系统，振镜摆动方式通过控制卡控制振镜X、Y轴电机进行摆动，振镜焊接头中的两个电机分别带着两块反射镜片旋转，从而实现激光束在场镜幅面内可以进行预设轨迹的摆动。
[0015]所述焊接夹具包括安装底座、活动气缸支撑体、夹具上定位盖板、压紧装置、吹气装置和定位装置，所述安装底座安装于高速移动平台上，所述夹具上定位盖板通过活动气缸支撑体与安装底座相连，该夹具上定位盖板上设置有极板放置工位，所述极板放置工位周围设置有定位装置，所述压紧装置围绕极板放置工位设置，所述吹气装置安装于夹具上定位盖板边缘位置；所述定位装置通过定位销定位。
[0016]所述激光器为单模光纤激光器，输出类型为QBH，功率为500w～1500w，光纤芯径为10～20um，光纤激光的波长为1030～1090nm。
[0017]所述超高速同轴视觉振镜焊接系统采用具有兼容同轴视觉光源通透的45度反射镜作为光束转接模块，即可传输焊接光束的光源进行焊接也可以通过视觉光源进行透过45度反射镜进行视觉定位光源。
[0018]所述振镜通过光纤与激光器连接，激光通过振镜后透过场镜聚焦在上单极板表面进行焊接。
[0019]采用焊接工艺可实现焊缝变宽窄为可调，焊接强大变强，光束到达上极板时光斑大小是25um，可根据实际焊缝需求大小进行调整光斑大小来进行焊接，采用该工艺焊接后
焊缝宽度大小可实现250um≥光斑≥40um，可根据实际需求进行设置光斑的大小来决定焊接宽度的大小，本专利技术的光斑为90um。
[0020]本专利技术适用不锈钢、钛材、镍材、复合材料以及铝合金厚度在0.05～0.5mm之间的板材。
[0021]本专利技术具备振镜出光和振镜摆动兼容的焊接方式，使得振镜焊接系统整体利用率较高，利用振镜摆动激光焊接应用，焊接过程稳定，不易出现虚焊问题，焊接外观光亮，焊缝宽度可调节，提高上下极板焊接接触面积，保证焊缝的过流能力，大幅提高了氢燃料电动车燃料电池的产品性能。
[0022]所述焊接工艺方法为单模光纤激光器+高速移动平台运动+本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢能源汽车双极板超高速精密焊接工艺，其特征在于：包括待焊接的双极板，所述双极板包括上极板和下极板，将所述上极板和下极板叠放并安装在焊接夹具上进行安装定位压紧，通过高速移动平台将安装在焊接夹具上的双极板运动到机械焊接位置，通过超高速同轴视觉振镜焊接系统的同轴视觉装置进行高精度拍照定位，拍照后抓取双极板上预设的特征信息和拍照模板里面的特征进行对比，对比正常后启动激光器输出激光束至振镜，不正常则重复拍照对比，并且显示对比不正常的信息提示，直到拍照定位正常后才能启动焊接，激光束经过振镜透过场镜到上极板表面，使得上极板达到熔点后穿透，并与下极板形成钥匙孔，接着通过振镜的X、Y轴按照预设的焊接轨迹进行摆动形成焊接轨迹，激光束通过振镜的X、Y轴镜片，振镜二轴带动激光束从焊接轨迹起点移动至焊接轨迹终点，随着振镜的移动，运动方向前方的材料开始熔化，后方的熔池开始冷却凝固，最终形成完整的一条焊缝，使得上极板和下级板焊接在一起，实现双极板的焊接。2.根据权利要求1所述的氢能源汽车双极板超高速精密焊接工艺，其特征在于：所述双极板分为三个区域，即为反应区、过渡区以及进出口区域，其反应区焊接方式为上单极板焊穿，下单极板不焊穿，过渡区和进出口区域上下极板均焊穿。3.根据权利要求1所述的氢能源汽车双极板超高速精密焊接工艺，其特征在于：超高速同轴视觉振镜焊接系统还包括焊接控制系统、QBH光纤插口、准直装置、双层风刀和振镜冷水装置，所述准直装置位于45度反射镜上方，该准直装置上方设置有QBH光纤插口，所述双层风刀和振镜冷水装置实现辅助式冷却。4.根据权利要求3所述的氢能源汽车双极板超高速精密焊接工艺，其特征在于：采用大理石作为高速移动平台基座，大理石平台基座上安装高速移动平台，采用直线电机驱动，高速移动平台可以满足1500mm/s≥V≥500...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙俊耀，
申请(专利权)人：龙俊耀，
类型：发明
国别省市：