金属双极板是质子交换膜燃料电池中的重要组件，在燃料电池中起到骨架支撑作用。两块具有复杂表面流道结构的单极板通过连接工艺进行连接密封，为燃料电池燃料和冷却水提供流场空间，因此金属双极板的连接接头质量和形貌特征对燃料电池堆性能有着重要意义。金属双极板通常通过激光焊接工艺进行连接，激光焊接具有速度快、焊缝窄等有优点，同时激光焊接是非接触式焊接，适用于焊接区域狭长的金属双极板组件。但由于金属极板厚度很小，对热输入非常敏感，在激光焊接过程中出现了焊穿、虚焊以及焊后变形严重等问题，影响极板性能。　　针对激光焊接热输入导致的金属双极板变形、焊接装夹参数对焊接变形规律不明确等问题，本文基于金属双极板的激光焊接工作平台，通过引入光束更为集中的单模激光器，开展单模激光的金属双极板焊接工艺研究。首先针对0.1mm厚316L不锈钢金属薄板，探究单模激光焊接与多模激光在工艺特性上的区别和优势，研究了激光模式对焊缝特征尺寸、焊后变形程度、工艺窗口大小的影响规律；根据实验结果总结了单模激光的高速焊接特性，探究了单模激光高速焊接金属超薄板的工艺窗口；建立了单模激光焊接金属双极板的焊接夹具仿真模型，探究了夹脚尺寸、夹紧压力对焊接前夹持变形和焊接后变形的影响规律，提出了适用于单模激光焊接金属双极板的夹具参数设计方法，开发了金属双极板气浮平台夹具系统，减小了金属双极板的焊接变形。本文开展的研究内容及结论如下：　　(1)激光模式对316L不锈钢超薄板焊接工艺的影响规律研究　　基于激光焊接不锈钢超薄板试验台，对单模和多模激光焊接316L不锈钢超薄板工艺开展对比研究，从焊缝特征、焊接模式转变、焊接工艺窗口、焊接变形程度、焊接接头强度等方面对两种模式的激光焊接工艺特性进行对比研究。结果发现，与多模激光相比，采用单模激光焊接，其焊缝熔宽更窄，一般在200μm以内，熔宽降低了33％以上，同时焊缝熔深更大，在功率为60W时便可以熔透两层薄板。单模激光焊接接头在剪切强度方面与多模激光焊接接头相差不大，焊后变形程度明显减轻。在功率达到100W时，单模激光可行焊接速度可以达到160mm/s以上，这将使金属双极板焊接效率大大提升。　　(2)单模激光高速焊接316L不锈钢薄板工艺参数分析　　针对单模激光高速焊接过程中出现的收焊点虚焊、转弯处焊穿问题，通过设计弯道组合路径，研究了焊接功率、焊接速度、激光提前关闭时间、转弯路径过渡圆弧半径等参数对单模激光高速焊接质量的影响规律，结果发现提前20ms关闭激光可以有效改善收焊点焊缝质量，同时增大转弯路径过渡圆弧半径可以有效避免转弯路径处焊缝焊穿问题，较为合适的焊接功率范围为80W~100W,焊接速度为80mm/s~120mm/s。　　(3)金属双极板焊接夹具装夹建模与分析　　建立单模激光焊接金属双极板焊接夹具有限元仿真模型，探究夹具夹脚尺寸参数和夹紧压力对夹具夹持金属薄板夹持变形的影响规律以及对夹具夹持薄板焊后变形的影响规律，提出夹具设计的优化参数设计方法，并将优化参数应用到实际的气浮平台夹具开发中，制备了自适应气浮平台夹具。实验研究表明，基于优化设计的自适应气浮平台焊接夹具并结合单模激光器，金属双极板焊接效率提高2倍，连接接头合格率在99%以上，单块金属双极板整体变形降低60%。　　通过上述研究，探索了单模激光焊接金属双极板的工艺，获得了单模激光应用于金属双极板焊接过程的优化参数，结合开发出自适应气浮平台焊接夹具，提升了金属双极板焊接效率和合格率，并明显降低了金属双极板焊后变形程度。这些研究结果对金属双极板实际生产具有很好的理论指导意义。