CN111566392B - 金属垫片的焊接部位确定方法 - Google Patents

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Abstract

针对一对金属垫片，发现能够防止密封焊道的表面压力受损的焊接部位。通过焊接将具有包围开口(12)周围的密封焊道(31)和从接合面(13)突出的多个构造物(S)的一对金属垫片(11)的接合面(13)接合。使压敏介质(101)介于密封焊道(31)与对方部件之间，并将接合的一对金属垫片(11)和对方部件一起层叠并紧固。根据解开紧固而取出的压敏介质(101)上残留的痕迹，检测密封焊道(31)的表面压力受损部位(C)。在多个构造物(S)中的、使四边与最接近表面压力受损部位(C)的第一构造物(S1)和最接近第一构造物(S1)的第二构造物(S2)接触而包围的矩形区域(R)内，确定追加的焊接部位(W2)。

Description

金属垫片的焊接部位确定方法
技术领域
本发明涉及金属垫片的焊接部位确定方法。金属垫片例如用于燃料电池等。金属垫片焊接部位确定方法用于确定将一对金属垫片通过焊接进行接合的焊接部位的方法。
背景技术
燃料电池具有层叠多个燃料电池单元而成的堆叠结构。燃料电池具有在电解质膜的两面设置有一对电极层的反应电极部(MEA：Membrane Electrode Assembly，膜电极组件)，在反应电极部的厚度方向两侧层叠有隔板。向反应电极部的阴极侧供给氧化气体(空气)，向阳极侧供给燃料气体(氢)。由此，通过作为水电解的逆反应的电化学反应产生电力。
在层叠的燃料电池单元内设置有用于氧化气体(空气)、燃料气体(氢)、冷却水等介质流体的流路。流路例如由隔板形成。隔板例如是使由铁或铝等金属材料构成的一对金属垫片接合而成的。在一对金属垫片之间或与另一部件之间形成用于介质流体的流路。这种金属垫片称为双极板。
如日本特表2006-504872号公报(以下称为“专利文献1”)所示，在金属垫片(双极板3、3')上设有开口(开口4、5a、5b)(参照专利文献1的段落、、图4)。开口的周围被密封焊道(焊道列7、7')包围而密封。一个焊道列7经由孔部8(参照专利文献1的图5a、图5b)而另一个焊道列7'经由隧道(管道28)(参照专利文献1的图6a、图6b)分别与外部连通。由此，金属垫片将氧化气体(空气)、燃料气体(氢)、冷却水等介质流体引导至所期望的路径(参照专利文献1的～)。
发明内容
一对金属垫片例如通过焊接接合(参照专利文献1的段落、)。此时，为了使密封焊道以规定的压力与对方部件紧密接触并确保良好的密封性，重要的是以不产生横向偏移的方式焊接一对金属垫片。若金属垫片之间产生横向偏移，则密封焊道屈曲而发生表面压力的降低或受损(以下，在本说明书的整体中称为“表面压力受损”)，从而密封性受损。因此，需要慎重地确定焊接部位和焊接部位的数量。
但是，金属垫片为微细且复杂的形状，在与反应电极部等一起层叠并紧固时，不容易分析对各部施加了怎样的应力。因此，有时会在密封焊道上局部地发生表面压力受损。表面压力受损的发生引起不同种类流体的混合，因此要求防止。
如果不通过某种实验进行验证，则既无法查明发生了表面压力受损的情况本身，也无法查明其发生场所。另外，即使能够发现表面压力受损的发生，也不确定在何处实施用于其对策的追加焊接。当然，可以容易地想象只要在发生表面压力受损的场所附近进行追加焊接即可。但是，具体应进行追加焊接的位置未必明确，由于空间上的问题，有时无法在发生表面压力受损的场所附近进行追加焊接。
本发明的目的在于发现能够防止密封焊道的表面压力受损的焊接部位。
用于解决问题的手段
本发明的金属垫片的焊接部位确定方法中，
通过焊接接合一对金属垫片的接合面，所述一对金属垫片具有包围开口周围的密封焊道和从接合面突出的多个构造物，
使压敏介质介于所述密封焊道与对方部件之间，并将接合的所述一对金属垫片和所述对方部件一起层叠并紧固，
根据解开紧固而取出的所述压敏介质上残留的痕迹，检测所述密封焊道的表面压力受损部位，
在所述多个构造物中的、使四边与最接近所述表面压力受损部位的第一构造物和最接近所述第一构造物的第二构造物接触而包围的矩形区域内，确定追加的焊接部位。
发明效果
根据本发明，能够检测出在密封焊道中发生了表面压力受损的情况，并发现用于防止该情况的追加的焊接部位。
附图说明
图1是实施方式的双极板(金属垫片)的俯视图。
图2是放大表示密封焊道及隧道的周边构造的俯视图。
图3是图2中的A-A线剖视图。
图4的(a)是例示残留在压敏介质上的痕迹的俯视图，(b)是放大表示痕迹的一部分的俯视图。
具体实施方式
以下，基于附图对实施方式进行说明。
本实施方式是对于燃料电池中使用的作为金属垫片的双极板11，确定用于接合一对双极板11的焊接部位的焊接部位确定方法。更详细地说，涉及发现防止设置在双极板11上的密封焊道(Seal bead)31的表面压力受损的焊接部位的方法。
双极板(金属垫片)的结构
如图1所示，双极板11具有矩形形状。双极板11具有开口12。开口12具有将两个大小矩形形状组合而成的形状。在将双极板11与反应电极部(未图示)等一起层叠并紧固时，开口12形成用于使各种流体流通的歧管(未图示)。
在开口12的周围并列设置两列密封焊道31。为了便于说明，将靠近开口12的一者标记为密封焊道(第一密封焊道)31a，将位于密封焊道31a的外周侧的一者标记为密封焊道(第二密封焊道)31b。在密封焊道31(31a、31b)上连结有多个隧道51。一对双极板11具有表里完全反转的形状。通过使一对接合面13接合，在密封焊道31的内部形成空腔32，在隧道51的内部形成连通路径52(参照图3)。
如图2及图3所示，两列密封焊道31(31a、31b)沿着开口12从接合面13的背面侧突出。密封焊道31具有脊形的截面形状，在顶部具有平坦的密封面33。
多个隧道51是从接合面13的背面侧突出的构造物S。隧道51与脊形形状的密封焊道31的中间部分连通，在内部形成与空腔32连通的连通路径52。第一隧道51a面对开口12设置，使开口12与第一密封焊道31a内的空腔32连通。第二隧道51b将第一密封焊道31a和第二密封焊道31b连接，使各自的空腔32连通。第一隧道51a和第二隧道51b不排列在直线上，而是在与内部的连通路径52延伸的方向正交的方向上错开排列。
双极板11还具有整流焊道71。整流焊道71是从接合面13的背面侧突出的构造物S。整流焊道71控制在接合面13的背面侧流动的流体的流动，使流速均匀化。
双极板(金属垫片)的焊接部位确定方法
本实施方式的双极板的焊接部位确定方法包括接合工序、检测工序和确定工序。在接合工序中，通过焊接来接合一对双极板11的接合面13。在检测工序中，检测在密封焊道31中发生了表面压力受损的部位。在确定工序中，确定追加的焊接部位。
(1)焊接工序
使一对双极板11的位置对准而使相互的接合面13接合，通过焊接固定一对双极板11。图2中，将焊接的部位表示为一次焊接部位W1。即，一次焊接部位W1位于面向开口12的多个第一隧道51a之间的接合面13上。
通过在一次焊接部位W1进行焊接，如果一对双极板11完全没有横向偏移地接合，则在密封焊道31上不会发生表面压力受损。在这种情况下，不需要追加焊接。另一方面，在接合的一对双极板11产生横向偏移的情况下，根据其位置，有可能发生由密封焊道31的屈曲引起的表面压力受损。在本实施方式中，在后述的检测工序中，检测有无发生表面压力受损及其发生位置。在发生表面压力受损的情况下，通过确定工序进行追加焊接，以防止表面压力受损的发生。
(2)检测工序
检测在密封焊道31上发生表面压力受损的部位(以下也称为“表面压力受损部位C”)。
为了检测表面压力受损部位C，将通过焊接接合的一对双极板11与反应电极部(未图示)一起层叠多组并紧固。此时，在密封焊道31和对象部件之间夹入压敏纸等压敏介质101(参照图4(a)、(b))而使其介于其间。通过紧固施加于双极板11的压力与使用双极板11的实际产品、即燃料电池的制造时施加的压力相等。由此，密封焊道31挠曲，与对方部件紧密接触而产生密封作用。
将包含双极板11的层叠物层叠并紧固后，解开紧固，取出压敏介质101。在密封焊道31以规定的压力与对方部件紧密接触的情况下，在压敏介质101上遍及密封焊道31与对方部件之间的紧密接触区域整体留下痕迹102。如果痕迹102有模糊或受损(统称为“受损103”)，则能够判断为在该处发生了表面压力受损。痕迹102的受损103例如可以通过图像检查装置来检测。这样，检测密封焊道31的表面压力受损部位C(参照图2和图4(b))。
(3)确定工序
在检测出密封焊道31发生了表面压力受损的情况下，确定能够消除表面压力受损的追加的焊接部位。
追加的焊接部位是使四边与最接近密封焊道31的表面压力受损部位C的构造物(第一构造物)S和最接近第一构造物S的构造物(第二构造物)S接触而包围的矩形区域R内的位置。追加的焊接部位只要在矩形区域R内即可，可以考虑焊接的容易程度等来确定位置。图2示出了第一构造物S1、第二构造物S2、作为进行了追加焊接的部位的追加焊接部位W2，用阴影线表示矩形区域R。
第二构造物S2除了是最接近第一构造物S1的构造物S以外，没有特别的条件。另一方面，在本实施方式中，在第一构造物S1是靠近开口12侧的第一隧道51a的情况下，由于一次焊接部位W1位于第一隧道51a之间的关系，若将第一隧道51a设为第二构造物S2，则追加焊接部位W2与原本存在的一次焊接部位W1重叠的可能性高。因此，在第一构造物S1为第一隧道51a的情况下，优选将隔着第一密封焊道31a位于与第一构造物S1相反侧的构造物S设为第二构造物S2。
为了便于说明，将一次焊接部位W1和追加焊接部位W2合称为焊接部位W。
根据本实施方式，在检查对一次焊接部位W1实施焊接而接合的一对双极板11并检测出密封焊道31的表面压力受损的情况下，基于检测出的表面压力受损部位C，能够发现防止表面压力受损的追加焊接部位W2。
在通过焊接接合一对双极板11的实际作业时，将一次焊接部位W1和追加焊接部位W2合起来的部位作为焊接部位W，并在此实施焊接。由此，能够防止密封焊道31的表面压力受损，确保密封性。其理由如下所述。
密封焊道31容易向与在其内部流动的流体的流动方向正交的方向(左右方向)屈曲。因此，如果在左右方向的两侧存在多个一次焊接部位W1，则能够抑制密封焊道31的屈曲。但是，一次焊接部位W1的数量越增加，双极板11的接合作业越费事，并且由于空间上的问题，也有难以设置一次焊接部位W1的部位。因此，不能过度地设定一次焊接部位W1。
已经判明，若将接合后的一对双极板11与反应电极部(未图示)一起层叠多组并紧固，则在意想不到的部位，在密封焊道31中发生表面压力受损。推测其原因是在双极板11彼此之间产生横向偏移。具有隧道51、整流焊道71等构造物S的区域与其他区域相比刚性相对较高。因此，可以想象，尽管施加了垂直载荷，但由于局部的刚性差，以构造物S为中心扭转的力施加在其周围，从而产生横向偏移。
在本实施方式中，检测表面压力受损部位C(检测工序)，在矩形区域R内确定追加焊接部位W2(确定工序)。由此，防止在一对双极板11之间产生横向偏移。通过追加焊接防止横向偏移的原因在于，矩形区域R是使四边与最接近密封焊道31的表面压力受损部位C的第一构造物S1和最接近第一构造物S1的第二构造物S2接触而包围的区域。即，通过将接近表面压力受损部位C的两个构造物S1、S2之间的位置作为追加焊接部位W2，能够防止以构造物S1、S2为中心的双极板11之间的横向偏移。
图2表示位于靠近开口12的列的第一隧道51a中的一个隧道成为第一构造物S1而隔着第一密封焊道31a位于与第一构造物S1相反侧的第二隧道51b中的一个隧道成为第二构造物S2的一例。与此相对，在第二隧道51b中的一个是第一构造物S1的情况下，另一个第二隧道51b能够成为第二构造物S2。另外，根据表面压力受损部位C，整流焊道71也可以成为第一构造物S1或第二构造物S2。
以上，根据附图对实施方式进行了介绍。在实施时，不限于上述实施方式，可以进行各种变形或变更。
例如，在实施方式的一对双极板11中，面向开口12设置的一组第一隧道51a和比第一隧道51a更远离开口12的一组第二隧道51b相互不同地排列。在确定工序中，将第一隧道51a中的一个设为第一构造物S1，将第二隧道51b中的一个设为第二构造物S2，在使四边与两个构造物S1、S2接触而包围的矩形区域R内设置追加的焊接部位。在此，在确定工序中确定矩形区域R的两个构造物S1、S2并不限定于具有相互不同的交替排列的双极板11。确定工序只要在使四边与所选择的两个构造物S1、S2接触而包围的矩形区域R内设置追加的焊接部位即可。
作为另一变形例，确定工序不限于以图2所例示的具有两列密封焊道31a、31b的双极板11为对象，确定追加的焊接部位的工序。
此外，在实施时，可以进行所有变形或变更。
符号说明
11 双极板
12 开口
13 接合面
31、31a、31b 密封焊道
32 空腔
33 密封面
51、51a、51b 隧道
52 连通路径
71 整流焊道
101 压敏介质
102 痕迹
103 受损
C 表面压力受损部位
R 矩形区域
S、S1、S2 构造物
W 焊接位置
W1 一次焊接部位
W2 追加焊接部位

Claims (8)

1.一种金属垫片的焊接部位确定方法，其中，
通过焊接来接合一对金属垫片的接合面，所述一对金属垫片具有包围开口周围的密封焊道和从接合面突出的多个构造物，
使压敏介质介于所述密封焊道与对方部件之间，并将接合的所述一对金属垫片和所述对方部件一起层叠并紧固，
根据解开紧固而取出的所述压敏介质上残留的痕迹，检测出所述密封焊道的表面压力受损部位，
在所述多个构造物中的、使四边与最接近所述表面压力受损部位的第一构造物和最接近所述第一构造物的第二构造物接触而包围的矩形区域内，确定追加的焊接部位。
2.根据权利要求1所述的金属垫片的焊接部位确定方法，其中，
所述密封焊道具有：
位于内周侧的第一密封焊道；以及
位于所述第一密封焊道外周侧的第二密封焊道。
3.根据权利要求2所述的金属垫片的焊接部位确定方法，其中，
所述多个构造物具有从所述接合面突出的多个隧道。
4.根据权利要求3所述的金属垫片的焊接部位确定方法，其中，
所述多个隧道具有：
使所述开口与所述第一密封焊道连通的第一隧道；以及
使所述第一密封焊道与所述第二密封焊道连通的第二隧道。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的金属垫片的焊接部位确定方法，其中，
所述多个构造物具有整流焊道，所述整流焊道对在所述接合面的背面侧流动的流体的流动进行控制。
6.根据权利要求1所述的金属垫片的焊接部位确定方法，其中，
所述第二构造物隔着所述密封焊道位于所述第一构造物的相反侧。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的金属垫片的焊接部位确定方法，其中，
所述第二构造物隔着所述第一密封焊道或者所述第二密封焊道位于所述第一构造物的相反侧。
8.根据权利要求5所述的金属垫片的焊接部位确定方法，其中，
所述第二构造物隔着所述第一密封焊道或者所述第二密封焊道位于所述第一构造物的相反侧。
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