具有激光限定的打开线的泄压装置的制造方法
【专利说明】具有激光限定的打开线的泄压装置
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2012年10月31日提交的美国临时专利申请号61/720，800的权益，并将其全部内容以参见的方式纳入本文。
技术领域
[0003]本发明通常涉及泄压装置。特别是，本发明涉及具有通过激光的选择性操作形成以产生散布有多个间隙段的多个共线凹槽的的打开线的泄压装置。
【背景技术】
[0004]划线已经在破裂盘中存在一段时间，以限定在暴露到预定的过压条件时打开的盘的区域。在打开过程中，破裂盘在划线处破损，以产生一个或多个瓣，这一个或多个瓣在过压条件的力的作用下绕一个或多个各自铰链区枢转以允许加压流体流过所打开的盘。
[0005]划线通常通过使用金属刻划模具来产生。当使用金属刻划模具来形成划线时，该模具对盘金属进行压缩和加工硬化，从而改变金属的颗粒结构。这种加工硬化可以增加金属的脆性并产生应力区。由于疲劳裂纹和应力腐蚀，所述脆性和应力区会限制泄压装置的使用寿命。此外，考虑到模具本身在刻划过程中会磨损且必须定期更换，很难在盘的制造中通过划痕的深度来实现高程度的控制。这种控制的缺乏对盘打开特性造成一定程度的不可预测性。
[0006]为了避免有关模具刻划的问题，已经设计出替代工艺，来形成破裂盘绕其打开的线。这样的一个工艺在美国专利号7，600, 527中进行描述，其公开通过电解抛光方法来形成弱线(line of weakness)。在此工艺中，破裂盘设置有一层抗蚀剂材料。然后，使用激光来移除与所需的弱线相对应的一部分抗蚀剂材料。接着，所述盘经受电解抛光操作，以从所述盘的表面移除金属，由此形成具有所需深度的弱线。但是，对电解抛光后的弱线的宽度进行控制是困难的，特别是如果盘材料比较厚且需要增加电解抛光次数来实现所需的线深度。
[0007]也有提议直接使用激光将弱线加工到破裂盘中。美国专利申请公开2010/0140264和2010/0224603就这一点进行了示例。但是，在弱线包括形成在盘的一个面中的相对长且连续的凹槽的情况下，这些文献采用常规的弱线构造，其中，所述相对长且连续的凹槽可以限制对于特定厚度的盘而产生的破裂压力的范围。
【发明内容】
[0008]在本发明的一个实施例中，提供了一种包括过压释放区和外切凸缘部分的泄压装置。该过压释放区包括一对相向的面和形成在其至少一个面中的打开线。该打开线包括多个共线间隔开的激光辐射凹槽，并且至少部分限定在所述释放区打开时形成的释放区瓣。
[0009]在本发明的另一个实施例中，提供了一种在泄压装置中形成打开线的方法。提供了包括过压释放区和外切凸缘部分的泄压装置。该过压释放区包括相向的面。通过使用激光选择性地从所述面中的至少一个面移除材料并形成多个共线间隔开的激光辐射凹槽，以在过压释放区中形成所述打开线，所述打开线至少部分限定在所述释放区打开时形成的释放区瓣。
【附图说明】
[0010]图1是具有在其凹形面中形成的根据本发明制造的打开线的凸起的破裂盘的透视图；
[0011]图2是图1的破裂盘的凹形面的透视图，该凹形面具有在其上包括多个间隔开的凹槽的打开线；
[0012]图3是图1的破裂盘的凹形面的局部视图；
[0013]图4是图1的破裂盘的凸形面的闭合剖视图；
[0014]图5是图1的破裂盘的凹形面的闭合剖视图；
[0015]图6是示出在相邻的凹槽之间具有相对长的间隙段的打开线的另一个破裂盘实施例的凹形面的透视图；
[0016]图7是图6的破裂盘的凹形面的局部视图；
[0017]图8是示出在相邻的凹槽之间具有相对短的间隙段的打开线的根据本发明的另一个破裂盘实施例的凹形面的透视图；
[0018]图9是示出包括不规则隔开的打开线的根据本发明的另一个破裂盘实施例的凹形面的透视图；
[0019]图10是示出包括厚度减小的间隙段的交替打开线的根据本发明的另一个破裂盘实施例的凹形面的局部视图；
[0020]图11是图10的破裂盘的闭合局部视图；
[0021]图12是图10的破裂盘的凹形面的剖视图；
[0022]图13是示出包括具有变化形状的凹槽的打开线的根据本发明的另一个破裂盘实施例的凹形面的局部透视图；
[0023]图14是图13的破裂盘的凹形面的闭合局部视图；以及
[0024]图15是图13的破裂盘的凹形面的闭合剖视图。
【具体实施方式】
[0025]本发明的下列详细描述参考各种实施例。所述实施例意在足够详细地描述本发明的各个方面，以使本领域的技术人员能够实践本发明。可以使用其它实施例，并且在不背离本发明的范围的情况下可以作出变化。因此，下列详细描述不应在限制的意义上作出。本发明的范围仅由所附权利要求书连同其中此类权利要求书授权的等同物的全部范围限定。
[0026]图1示出反作用破裂盘10。应该理解的是，图1所示的破裂盘10仅是本发明所能实施的泄压装置的一个示例。本发明也设想了其它泄压装置，例如没有凸起的或平的破裂盘、向前作用的凸起的破裂盘和各种泄压口。本发明可应用在各种各样的泄压装置中，其中适于提供增加的操作控制和可预测性。
[0027]破裂盘10包括中心过压释放部分12(参照附图在此也称作“凸起部分”)以及将凸起部分12外切的环形的凸缘部分14。过渡区16将凸缘部分14的内周与凸起部分12的外边缘连结。图1的破裂盘10还包括周向对准元件18，以辅助正确安装盘10。
[0028]破裂盘10和其它泄压装置的部件可以由各种材料制成。在某些实施例中，破裂盘10和其它泄压装置可包括抗腐蚀材料。在特定实施例中，破裂盘10和其它泄压装置可以包括任何数量的常规抗腐蚀金属，例如不锈钢合金、哈氏合金、蒙乃尔合金、因康镍合金和镍。
[0029]如图1中所示，凸起部分12可包括反转启动特征19，其用于控制凸起部分12开始反转和随后打开的压力。在某些实施例中，特征19可包括具有比凸起部分12的周围区域更高的拉伸强度的、改变后的金属颗粒结构区域。在包括更高的拉伸强度区域的实施例中，这种区域可位于凸起部分12的顶部或任何其它部分处。这种反转启动特征在美国专利号6，945，420中进行描述，将其全部内容以参见的方式纳入本文。在其它实施例中，反转启动特征19可包括具有激光辐射表面的凸起部分12的离散区域，在所述激光辐射表面中，已将盘材料移除以便减小离散区域相对于凸起部分12的紧邻部分的厚度。这种激光辐射后的反转启动特征在美国专利申请号13/552，165中进行描述，将其全部内容以参见的方式纳入本文。
[0030]破裂盘10的凸起部分12包括凹形面12a和凸形面12b。如图2所示，打开线12形成在凸起部分12的凹形面12a中。在本实施例中，虽然打开线20以大致“C形状”绕凸起部分12的周边延伸，但是本发明也设想了形成打开线的其它图案。例如，在某些实施例中，打开线可延伸穿过破裂盘的凸起部分和/或与至少一个其它打开线交叉，来形成十字形图案。
[0031 ] 返回到图2和图3，打开线20包括一对间隔开的相向端部区域21、23，这一对相向端部区域21、23协作地限定铰链区域25。在盘10打开时，由于盘材料沿打开线20破损并且绕铰链区25枢转，因此，从凸起部分12形成瓣，从而能在不使瓣成为碎片的情况下减轻过压状况。
[0032]打开线20包括多个共线凹槽22和间隙段24。间隙段24与凹槽22穿插，其本质上定位在邻近的凹槽之间。如本文所用，术语“共线”可以指曲线构造和直线构造。凹槽22通常包括经受激光加工后的面12a和12b之一的一些部分，在这些部分中，盘材料的部分已被移除。如图所示，凹槽22朝远离面12a并向着反向的面12b延伸，且没有穿过相对的面12b。因而，凹槽22不同于完全延伸穿过盘材料的切口。间隙段24通常具有比凹槽22的深度小的深度，并且在一些实施例中基本上与其中形成打开线20的面齐平。
[0033]在某些实施例中，形成有凹槽22的盘材料是一体式的或是不分层的材料。例如，形成有打开线20和凹槽22的凸起部分12包括单个层片或片。不论破裂盘10是否包括附加的层片或层压的片，凹槽22仅包含在单个层内并且始终不会延伸穿过其中。
[0034]在其它实施例中，盘10可能包括多个层片或层，由此形成层压结构。各个层可包括金属材料、金属间化合材料、复合材料、陶瓷、玻璃、聚合材料或它们的组合。在此类实施例中，凹槽22可完全延伸穿过一个或多个层，但仅部分延伸穿过所述层中的一层。因此，像前面描述的实施例，存在所述层压盘结构的至少一层，其中凹槽22仅部分穿过其中。这与先前的盘结构(参见例如美国专利号5，080，124)进行对比，在先前的盘结构中，狭缝或凹槽完全延伸穿过所述盘层中的一层，而不至少部分地延伸到所述盘的一个其它层中。
[0035]如上所述，凹槽22可以通过激光加工形成。可以使用适合移除过压释放区材料的一部分的任何类型的激光。然而，优选的是，所选择的激光基本上不改变释放区材料的金属颗粒结构，如通过热影响区的产生。然而，对于诸如高速机械研磨(参见例如美国专利申请公开号2009/0302035，将其全部内容以参见的方式纳入本文)和电解抛光等用来形成凹槽22的其它技术，也落入本发明的范围内。
[0036]图4和图5更详细示出了凹槽22如何离开凹形面12a朝向凸形面12b延伸，并且示出了间隙段24基本上与面12a齐平。此外，凹槽22具有基本直线边缘26a_d，尽管此类边缘可包括的某种微小的曲率，特别是在打开线20具有曲线构造时。
[0037]与传统的划线等相比，根据本发明制作的打开线提供过压释放区的刚性和完整性的增加。此使得在打开时能更紧密地控制盘的破损质量，并且在一些实施例中延长由某种材料厚度制成的盘的爆破压力的范围。通过改变凹槽和间隙段的相对形状、宽度、长度和深度，可以优化所述盘的打开特性，以适合特定应用。此外，由于在不改变邻近凹槽的压力释放区材料的金属颗粒结构的情况下形成所述凹槽，因此，如果不完全消除，金属疲劳有关问题减少。
[0038]凹槽22的深度可以根据特定泄压装置所要求的规格进行变化。在某些实施例中，至少一个凹槽22的深度是在与其紧邻的凸起部分12的厚度的约50%至约90%、约60%至约85%或是约65%至约80%之间。在一些实施例中，凹槽22的深度在整个打开线20中是均匀的。在其它实施例中，凹