一种焊接夹具的制作方法

本实用新型涉及燃料电池技术领域具体涉及一种应用于金属双极板生产作业的焊接夹具。

背景技术：

燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的发电装置。燃料电池具有无污染、低噪声、高可靠性等优点，在交通运输、分布式发电和便携式发电等领域具有十分广阔的市场前景。

双极板是燃料电池堆中的核心组成部分，由阴极板和阳极板两片单极板组成，双极板的密封性决定了燃料电池是否能正常工作。现有双极板密封技术中，金属双极板的密封通常采用激光焊接，在激光焊接过程中，夹具都根据双极板的需求特定设计，现有技术中夹具存在以下两方面的问题，第一是夹具与极板之间的夹紧力不足，导致双极板成品虚焊、漏焊；第二方面一些夹具夹紧力过大，导致双极板成品发生形变；另外厚度在0.15mm以内的金属极板的焊接难度更大，为此特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种应用于金属双极板生产作业的焊接夹具，以解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供的一种焊接夹具，用于将金属单极板焊接成金属双极板，该焊接夹具包括自下而上层叠布置的定位基座和与其相配合的压紧组件，被焊单极板置于两者之间被压紧密合；所述定位基座的顶面具有用于与所述压紧组件相配合的作业表面；定位基座设有若干凸起的第一定位销、第二定位销及与压紧组件相配合的第一磁感应部；

所述压紧组件包括：

边缘压板，该边缘压板具有与所述作业表面面接触并且与所述第一磁感应部相互配合的本体部，该本体部中央具有第一开口部；所述本体部还具有环绕该第一开口部设置且与所述第一定位销相互配合的第一凹陷部；

中央压板，其位于所述第一开口部内，并且与所述定位基座相接触，所述中央压板在其长度方向两侧分别具有定位部，该定位部具有与所述第二定位销相配合的第二凹陷部；

所述定位基座具有与该第一开口部位置相对应的第一作业区域，以及与所述本体部位置相对应的第二作业区域。

进一步地，所述定位基座在其长度方向两侧布置的第三定位销与第四定位销，该第三定位销与第四定位销位于所述第一作业区域内，每侧所述第二定位销、第三定位销、第四定位销沿所述定位基座宽度方向相互间隔布置，所述第三定位销与第四定位销分别位于所述第二定位销的两侧；所述压紧组件还包括第一四周压块、第二四周压块，该第一四周压块、第二四周压块分别具有与所述第三定位销、第四定位销相配合的第三凹陷部、第四凹陷部，且所述第一四周压块、第二四周压块分别与所述中央压板、边缘压板具有间隙。

进一步地，所述第二定位销、第三定位销和第四定位销与所述定位基座分体设置。

进一步地，所述定位基座具有与其分体设置的第一垫块、第二垫块和第三垫块，该第一垫块、第二垫块和第三垫块分别与所述定位基座、第一四周压块和第二四周压块相配合，该第一垫块、第二垫块和第三垫块的顶面与所述定位基座的顶面一起构造成所述作业表面，所述第二定位销、第三定位销和第四定位销分别位于所述第一垫块、第二垫块和第三垫块的顶面。

优选地，所述第二定位销、第三定位销和第四定位销的其中一种或多种为圆锥体型定位销。

优选地，所述中央压板、第一四周压块、第二四周压块的其中一种或多种的顶面具有提把。

优选地，所述边缘压板的底面还具有第二磁感应部，该第二磁感应部位置与第一磁感应部相互对应。

优选地，所述第一定位销数量为四个，该四个所述第一定位销设置在所述定位基座的四角。

优选地，所述第一磁感应部在所述定位基座四周设置。

本实用新型提供的一种把两片金属单极板焊接成金属双极板的焊接夹具，包括自下而上层叠布置的定位基座和与其相配合的压紧组件，被焊单极板置于两者之间被压紧密合；所述压紧组件上有与焊接路径相同、让激光通过用于焊接的狭缝；定位基座上设有若干凸起的第一定位销、第二定位销及与压紧组件相配合的第一磁感应部。

本实用新型提供的焊接夹具，具有如下有益效果：

通过压紧组件的自重及压紧组件与定位基座间磁铁的磁力，可保证单极板贴合紧密，且有定位基座的支撑，单极板不会发生应力形变；通过夹具定位销的使用，保证了单极板的定位精度，避免了错位情况的出现，进一步的保证了焊接质量及双极板的气密性。

通过此技术方案，双极板的气密性得到了充分保障，通过试验测试，双极板的合格率100％，加速了金属双极板电堆的工业化、自动化生产。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种焊接夹具的用于显示其各部件位置配合关系的分解示意图。

图2是本实用新型提供的一种焊接夹具的定位基座的立体示意图。

图3是本实用新型提供的一种焊接夹具中用于显示定位销位置关系的局部示意图。

图4是本实用新型提供的一种焊接夹具的边缘压板第一种实施例的立体示意图。

图5是本实用新型提供的一种焊接夹具的边缘压板第二种实施例的立体示意图。

图6是本实用新型提供的一种焊接夹具的中央压板的立体示意图。

图7是本实用新型提供的一种焊接夹具的中央压板另一视角的立体示意图。

图8是本实用新型提供的一种焊接夹具的第一定位销的立体示意图。

图9是本实用新型提供的一种焊接夹具的磁体的立体示意图。

图10是本实用新型提供的一种焊接夹具的第一四周压板的立体示意图。

图11是本实用新型提供的一种焊接夹具的第一四周压板另一视角的立体示意图。

图12是本实用新型提供的一种焊接夹具的第二四周压板的立体示意图。

图13是本实用新型提供的一种焊接夹具的第二四周压板另一视角的立体示意图。

图14是本实用新型提供的一种焊接夹具的第二垫块另一视角的立体示意图。

图15是本实用新型提供的一种焊接夹具的第二垫块的立体示意图。

图16是本实用新型提供的一种焊接夹具的第三垫块的立体示意图。

图17是本实用新型提供的一种焊接夹具的第一垫块的立体示意图。

图18是利用本实用新型提供的一种焊接夹具生产的双极板的主视图。

图19是利用本实用新型提供的一种焊接夹具生产的双极板的焊线分布示意图。

图20是本实用新型提供的一种焊接夹具用于显示狭缝位置的压紧组件组合状态局部放大图。

图中：

1.定位基座11.作业表面12.第一作业区域13.第一定位销14.第二作业区域15.第一磁感应部16.第一垫块17.第二垫块18.第三垫块19.第二定位销；

2.边缘压板21.本体部22.第一开口部23.第一凹陷部24.巡检接口焊接用狭缝25.第二磁感应部；

3.中央压板31.定位部32.第二凹陷部；

4.第一四周压块41.第三凹陷部5.第二四周压块51.第四凹陷部6.第三定位销7.第四定位销8.提把110.流体共用腔室1101.氧化剂区1102.还原剂区1103.冷却剂区122.焊线29.单极板30.狭缝。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1-20，本实用型提供的一种应用于金属双极板生产作业的焊接夹具，包括自下而上层叠布置的定位基座1和压紧组件，如图1所示，定位基座1用于装载并固定单极板29，其中一片是阴极板、另一片是阳极板，压紧组件压在定位基座1上与定位基座1一起夹持住单极板29，其中，定位基座1的构型是根据单极板29的形状设置的，例如在本实用新型提供的实施例中，其采用近似矩形体的构型；在该定位基座1的一侧表面用于装载固定单极板29并且与压紧组件相配合夹持住单极板29，该侧表面即为用于单极板29的焊接作业的作业表面11，在本实施例中以定位基座1的顶面作为作业表面11；

在本实用新型提供的实施例中，所述压紧组件包括：

边缘压板2，该边缘压板2具有与所述作业表面11面接触并且与所述第一磁感应部15相互配合的本体部21，该本体部21设有第一开口部22，如图4所示，在本实施例中，第一开口部22位于本体部21的中央位置，使本体部21的边缘作为压紧单极板29的部分；

中央压板3，如图6和7所示，在压紧组件组合使用时，该中央压板3位于第一开口部22的空间内，与边缘压板2一起夹持住单极板29；

与边缘压板2和中央压板3相对应的，定位基座1具有与该第一开口部22位置相对应的第一作业区域12，以及与所述本体部21位置相对应的第二作业区域14；定位基座1在该第一作业区域12与第二作业区域14上设有相应的用于单极板29定位的定位结构；

在本实施例中，压紧组件在作业状态时具有与预设焊接路径相重合的狭缝30，中央压板3的外边缘与边缘压板2的内边缘具有间隙，与焊接路径相重合的狭缝30包括该间隙；

另外应当注意的是，对作业表面11划分出两个作业区域是为了便于本领域技术人员理解下文中定位结构各部件的相对位置，其本身并不构成对本实用新型的具体限制。

在本实施例中，定位结构包括：在作业表面11的所述第二作业区域14内设有若干相对于作业表面11凸起的第一定位销13，该第一定位销13与单极板29上的定位孔相配合，其位置可以是如图2所示的，布置在邻近第二作业区域14的四角；在第一作业区域12内具有：分别位于该第一作业区域12的长度方向两侧布置的多个第二定位销19、第三定位销6和第四定位销7。

在本实用新型提供的实施例中，定位基座1在所述第二作业区域14内还设有若干个第一磁感应部15，该第一磁感应部15用于与所述压紧组件相配合，利用第一磁感应部15的吸合力与压紧组件自身的重力，使两片单极板29之间紧密贴合；第一磁感应部15可以通过在定位基座1上开孔将其嵌入到定位基座1内，其数量与排布根据需求而定。如在图2中，第一磁感应部15环绕第二作业区域14的内边缘(与第一作业区域12相邻的边缘)设置，第二作业区域14长边每侧均匀对称地各设有4个第一磁感应部15，第二作业区域14宽边每侧对称地设置1个第一磁感应部15，并且其沿第二作业区域14的中线分布；如此设置使两片单极板29各处受力均匀，充分密合。

在压紧组件中，所述本体部21还具有环绕该第一开口部22设置且与所述第一定位销13位置相互对应配合的第一凹陷部23；另外，本体部21可以整体采用与第一磁感应部15相互作用的材料；也可以采用非磁性材料，此时可以设置如图5所示的，在本体部21底面设置与第一磁感应部15位置相互对应的第二磁感应部25，该第一磁感应部15与第二磁感应部25均可采用磁性材料相互吸引，也可以仅在其一设置磁性材料，另一个磁感应部设置与磁性材料相互作用的材料；第一磁感应部15与第二磁感应部25可以是分体设置的，如图9中以第一磁感应部15为示例的样式；

中央压板3在其长度方向两侧分别具有定位部31，该定位部31具有与所述第二定位销19相配合的第二凹陷部32，通过该定位部31固定中央压板3并使其进一步地压紧单极板29。

在本实用新型提供的实施例中，如图18所示，双极板是由矩形的单极板29具体为阴极板和阳极板叠合而成，该阴极板和阳极板具有相互对应设置的流体共用腔室110，每侧流体共用腔室110沿单极板29的宽度方向设置，包括冷却液区1103以及位于其两侧的氧化剂区1101和还原剂区1102。在电堆中，冷却液通过冷却剂区1103进入被焊接在一起的阴极板和阳极板之间的腔室从单极板长度方向的一边流向另一边；还原剂(如氢气)通过还原剂区1102进入阳极板的反应气流道中；氧化剂(如空气)通过氧化剂区1101进入阴极板的反应气流道中。即，通过如图19所示的焊线122，实现三种流体之间的充分隔离，每种流体只能在各自的腔室中流动，从双极板的一侧流入，从双极板的另一侧流出。

为了保证这些焊线122的焊接质量，同时更加全面地利用第一作业区域12内的空间，在一些改进的实施例中，作业表面11还具有在所述第一作业区域12内且分别位于该第一作业区域12的长度方向两侧布置的多个第三定位销6与第四定位销7，所述第一作业区域12每侧的所述第二定位销19、第三定位销6、第四定位销7沿所述第一作业区域12宽度方向间隔布置，所述第三定位销6与第四定位销7分别位于所述第二定位销19的两侧，如上设置使第二定位销19、第三定位销6与第四定位销7分别对应流体共用腔室110的各个分区。

所述压紧组件还包括第一四周压块4、第二四周压块5，该第一四周压块4、第二四周压块5分别具有分别与所述第三定位销6和第四定位销7相配合的第三凹陷部41和第四凹陷部51，且所述第一四周压块4、第二四周压块5分别与所述中央压板3外边缘及边缘压板2的内边缘具有间隙，该间隙与中央压板3(定位部31)、边缘压板2之间的间隙一起构成用于焊接的狭缝30(如图20所示)，并与焊接路径相重合匹配；

在本实用新型提供的实施例中，第二定位销19、第三定位销6与第四定位销7可以与定位基座1一体成型设置，也可以如一些实施例中的与其分体设置。具体的，可以是单独设置定位销(如图8所示)并通过定位基座1的开孔嵌入或插入其内；也可以为定位基座1具有与其分体设置的第一垫块16、第二垫块17和第三垫块18，该第一垫块16、第二垫块17和第三垫块18分别与所述定位部31、第一四周压块4和第二四周压块5相配合，该第一垫块16、第二垫块17和第三垫块18的顶面与所述定位基座1的顶面一起构造成所述作业表面11，所述第二定位销19、第三定位销6和第四定位销7分别位于所述第一垫块16、第二垫块17和第三垫块18的顶面。该第一垫块16、第二垫块17和第三垫块18可以嵌入到定位基座1内，也可以是类似图3、14、17中所示的那样，分别在定位基座1与垫块上开设沉孔，通过螺接的方式固定定位基座1与各个垫块；

应当理解的是，第一垫块16、第二垫块17和第三垫块18具有与单极板29上流体共用腔室区11中各分区相适应的形状，图10-17可做示例性的参考，可防止单极板29在压紧作业中发生形变。

在本实用新型提供的实施例中，(第二、第三、第四)定位销的数量不构成对本实用新型的具体限制，其可以是在每块相应的区域内设置一个定位销，也可以是更多数量。如图3所示的那样，定位销成对设置，由此增加中央压板3和垫块的稳固度。

在一些优选的实施例中，第二定位销19、第三定位销6和第四定位销7的其中一种或多种为圆锥体型定位销，与之相对应的，定位部31、第一四周压块4和第二四周压块5相应具有圆锥体型的第二凹陷部32、第三凹陷部41和第四凹陷部51；采用上述设置，可以减少生产过程中，反复拆装压紧组件造成的定位销与凹陷部之间的磨损。

为了方便中央压板3与四周压块的拆装移动，在一些优选的实施例中，如图6、10、11、12、13所示的，定位部31、第一四周压块4、第二四周压块5的其中一种或多种的顶面具有提把8；与之类似的，边缘压板2的本体部21在其顶面也可以设置提把8。

在另一些优选的实施例中，边缘压板2具有巡检接口焊接用狭缝24。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。