带具有盘打开和防碎裂控制结构的激光形成的弱化线的破裂盘的制作方法
【专利说明】带具有盘打开和防碎裂控制结构的激光形成的弱化线的破裂舟
JHL
[0001]发明背景发明领域
[0002]本发明总体涉及具有激光形成的打开线的破裂盘，激光形成的打开线包括一个或多个盘打开控制结构。各盘打开控制结构可包括防碎裂特征或打开启动特征。这些结构提供对盘的打开特性的更大控制。具体来说，打开启动特征提供对破裂盘的发生初始破裂的部分增加的控制，并可利用防碎裂特征来降低盘打开时所形成的瓣片分离的可能性。
[0003]现有技术的描述
[0004]有时也称为刻痕线的打开线已经被用于破裂盘一段时期，以限定盘在暴露于预定过压条件时打开的区域。打开期间，破裂盘在打开线处撕裂，以形成在过压条件的力下绕一个或多个相应的铰链区域枢转的一个或多个瓣片，从而允许受压流体流过打开的盘。
[0005]刻划线通常通过使用金属刻划模具形成。当使用金属刻划模具形成刻划线时，模具挤压并加工硬化盘金属，因此改变金属的晶粒结构。该加工硬化可增加金属的脆性并形成应力区域。脆性和应力区域由于疲劳裂纹和应力腐蚀而限制压力释放装置的寿命。此外，如果在刻痕过程期间盘本身磨损且必须定期更换，则难以在盘制造时对刻痕深度实现高度控制。缺少控制给予盘打开性能一定程度的不可预测性。
[0006]为了避免模具刻划的问题，已经设计了替代工艺来形成破裂盘绕其打开的线。美国专利第7，600，527号中描述了一种这样的工艺，其公开了通过电解抛光法形成弱化线。在该工艺中，破裂盘设有一层抗蚀材料。然后使用激光去除抗蚀材料的对应于所需弱化线的部分。接着，盘经受电解抛光操作以从盘的表面去除金属，由此形成具有所需深度的弱化线。但是，控制电解抛光弱化线的宽度会有困难，尤其是如果盘材料相对厚且需要延长的电解抛光时间以实现所需的线深度时。该特性会限制使用该方法形成更复杂结构的能力，更复杂结构包括彼此靠近的多条沟道。
[0007]还已提出直接使用激光来在破裂盘内加工弱化线。美国专利申请公开2010/0140264和2010/0224603是这方面的示例。但这些文献采用常规的弱化线构造，只要弱化线包括可限制对于特定厚度的盘可形成的破裂压力范围的、形成在盘的一面内的相对长、连续的沟道即可。
【发明内容】
[0008]本发明克服多个上述缺点并提供打开线的形成，该打开线包括盘打开控制特征，该盘打开控制特征旨在增强对诸如破裂盘的压力释放装置的打开特性的控制。根据本发明的一实施例，提供一种包括破裂盘的过压释放装置。该破裂盘包括具有相对表面的中央部分以及与中央部分为围绕关系的外部凸缘部分。激光形成的打开线形成在破裂盘内、特别是在某些实施例中在中央部分中，该激光形成的打开线至少部分地限定过压释放区域。激光形成的打开线包括一个或多个打开线部段和一个或多个激光形成的打开控制特征。一个或多个打开线部段包括从两表面中的一个朝向另一个表面穿入盘的沟槽。一个或多个打开控制特征至少部分地由一对激光形成的侧边缘限定。这些激光形成的侧边缘沿打开线部段中至少一个的方向朝向彼此会聚。
[0009]根据本发明的另一实施例，提供一种在压力释放装置内形成打开线的方法。提供压力释放装置，该压力释放装置包括包括具有相对表面的中央部分以及与中央部分为围绕关系的外部凸缘部分。通过将激光束在多次激光穿过时在中央部分上经过而在中央部分内形成打开线。每次经过遵循预定激光路径，且每次经过可操作成通过激光消融从中央部分选择性地移除材料，由此形成沟道。所形成的打开线包括一个或多个打开线部段和一个或多个打开控制特征。多个激光路径中的每个的至少一部分与至少一个另一激光路径的至少一部分间隔开，以使得通过激光消融在每个路径上形成的沟道至少部分地或完全重叠在通过激光消融在另一激光路径上形成的沟道上。多个激光路径保持大致恒定间隔和沟道重叠程度的各部分对应于一个或多个打开线部段。至少一个激光路径的至少一部分从一个或多个其它激光路径发散。各激光路径的发散部分对应于一个或多个打开控制特征。
【附图说明】
[0010]图1是具有激光加工的打开线的反向作用破裂盘的凸面的等轴立体图，激光加工打开线包括激光形成的打开控制特征；
[0011]图2是图1的反向作用破裂盘的凸面的等轴立体图；
[0012]图3是图1的反向作用破裂盘的凸面的平面图；
[0013]图4是图1的破裂盘的激光形成的打开控制特征的放大局部视图；
[0014]图5是沿线5-5截取的图4的破裂盘的隆起部的局部剖视图；
[0015]图6是激光形成的打开控制特征的替代实施例的放大局部视图；
[0016]图7是沿线7-7截取的图6的破裂盘的隆起部的局部剖视图；
[0017]图8是图1的破裂盘和具有盘打开齿的示例破裂盘支承环的放大立体图，盘打开齿构造成与打开线的打开启动特征配合；
[0018]图9是具有大致C形打开线的破裂盘的凹面的等轴立体图，该打开线包括打开启动特征和形成在打开线的端部区域内的一对防碎裂特征；
[0019]图10是图9的破裂盘、且具体是防碎裂特征的放大剖视图；
[0020]图11是具有交叉图案的打开线的破裂盘的另一实施例的立体图，交叉图案的打开线具有设置在靠近凸缘部分的、打开线部段的端部区域处的防碎裂特征；
[0021]图12是反向作用破裂盘的另一实施例的凹面的局部立体图，反向作用破裂盘包括反向启动特征以及类似于图1所示的激光形成的打开线；
[0022]图13是图12的破裂盘、且具体是图12的打开启动特征的放大局部视图；
[0023]图14是穿过剖面线14截取的图13的破裂盘的剖视图；
[0024]图15是沿线15截取的图13的破裂盘的剖视图；
[0025]图16是沿线16截取的图13的破裂盘的剖视图；
[0026]图17是沿线17截取的图13的破裂盘的剖视图；
[0027]图18是根据本发明替代实施例的破裂盘的凸面的平面图；
[0028]图19是图18的破裂盘的打开启动特征的放大局部视图；
[0029]图20是图18的破裂盘的防碎裂特征的放大局部视图；
[0030]图21是具有交叉图案的打开线的另一破裂盘实施例的立体图，交叉图案的打开线具有设置在打开线部段的端部区域处的防碎裂特征；
[0031]图22是位于盘的隆起部分顶点处的多边形凹陷区域的放大局部视图；
[0032]图23是具有5瓣式打开线构造的另一破裂盘实施例的立体图，5瓣式打开线构造具有设置在打开线部段的端部区域处的防碎裂特征；
[0033]图24是位于盘的隆起部分顶点处的多边形凹陷区域的放大局部视图；以及
[0034]图25是根据本发明另一实施例制造的打开启动特征的放大局部视图；
[0035]图26和27是根据本发明形成的替代的防碎裂特征实施例的放大剖视图；
[0036]图28是具有交叉图案的打开线的另一破裂盘实施例的立体图，交叉图案的打开线包括位于盘的中央部分中心处的打开启动特征；以及
[0037]图29是图28的破裂盘的中央部分的沿打开线部段之一的切开图。
【具体实施方式】
[0038]以下详细描述涉及本发明的各示例实施例。各实施例用于足够详细地描述本发明的各方面以使本领域的技术人员能够实践本发明。可利用其它各实施例并可进行更改而不偏离本发明的范围。因此，不应以限定的意义来理解以下详细描述。
[0039]本发明总体涉及压力释放装置、具体是破裂盘，包括激光加工出的打开线，该打开线包括至少一种类型的盘打开控制特征。该盘打开控制特征可用于辅助盘打开启动或防止盘打开时形成的瓣片的碎裂。
[0040]现转向附图，且具体是图1，反向作用的破裂盘10具有由外部凸缘部分14所围绕的中央隆起部分12。但应理解，盘10可以是任何类型的破裂盘，包括隆起的向前作用的破裂盘或平坦或未隆起的破裂盘。