CN102112788A - 具有加工的开口线的破裂盘 - Google Patents

Abstract

提供一种反向作用破裂盘和形成该破裂盘的方法。通常，破裂盘包括隆起部和围绕该隆起部的周向凸缘区域。该隆起部分包括机械形成的开口线凹槽，该凹槽包括单个通道。在某些实施例中，形成开口线的机械工艺利用高速铣刀，该高速铣刀从盘的隆起部分去除金属的一部分而不扰乱与通道相邻的金属的大致均匀的金属颗粒结构。

Description

具有加工的开口线的破裂盘

发明背景

技术领域

本发明总体涉及破裂盘，尤其是其上形成有加工的开口线的反向作用盘。开口线呈现为凹槽并通过机械铣削操作形成，由此从盘的隆起部分去除金属而不改变或扰乱与凹槽相邻的金属的大致均匀的金属颗粒结构。

背景技术

长久以来已知提供在盘隆起的一面上具有弱化线凹槽或刻痕线的隆起反向作用破裂盘。弱化线或刻痕线通常是在盘的凹面内的十字形刻痕，或圆周弱化线凹槽，其中弱化线凹槽或刻痕线形成破裂盘的反向时打开的区域。如果弱化线凹槽没有形成穿过盘的开口，盘沿弱化线凹槽断裂时，隆起盘将反向但不一定完全打开。在圆周延伸的弱化线凹槽的情况下，弱化线通常不是连续的线，因此具有铰接区域，该铰接区域防止反向和打开时盘的中心区域破碎。十字形刻痕线形成盘反向时向外弯曲的四个瓣片，同样防止瓣片破碎。圆周刻痕线或弱化线在低压应用中是较佳的，因为与十字形刻痕盘相比，在盘沿弧形刻痕线断裂时呈现较大开口。

因此弱化线使用在盘上蚀刻沟槽的激光通过金属刻划模形成在反向作用破裂盘上，或通过化学蚀刻或电抛光来沿所要求的线从盘去除金属。所有这些现有反向作用盘都具有尚未解决的制造困难，或在各种应用中具有运行问题。

金属刻划模使金属材料加工硬化，因此改变刻痕线处金属的颗粒结构和密度。用金属刻划模形成的刻痕线周围的材料在刻痕过程期间被加工硬化，因此增加金属的脆性并形成应力区域。金属的脆性和增加的应力区域由于疲劳裂化和应力侵蚀而限制破裂盘的使用寿命。满意运行所需的金属刻划深度显著改变初始隆起穹顶强度，使得难以预计在刻划之前盘的初始隆起操作期间破裂盘反向最终所需的压力。因此，很难产生具有用刻划模形成的可靠地打开并承受多个连续压力循环的刻划线的反向作用隆起破裂盘。

业已提出使用激光束在反向作用破裂盘内形成刻划线。这些提议已经证实出于多种原因在商业上不是令人满意的。金属的反射性使得难以控制激光束穿入金属的厚度，且由此难以沿预期弱化线凹槽形成均匀深度的光滑沟槽。此外，激光显著加热和灼烧该盘，使材料氧化并改变金属的冶金学性质。已发现具有通过激光灼烧的弱化线的盘在使用时是不令人满意的，不仅在要求的卸压值下不能可靠打开，而且具有不理想的循环寿命。

在例如美国专利第4,122,595、4,597,505、4,669,626、和4,803,136中所示和描述的现有技术中，还建议了具有限定弱化线的节段保护层的破裂盘的化学蚀刻。’595专利的专利权人建议在平坦破裂盘上丝网印刷保护材料，其中丝网具有呈现所要求弱化线图案的开口。在盘隆起后，将酸溶液喷射到盘上以蚀刻盘的与未被保护材料保护的区域一致的弱化线。盘材料的金属表面稍微不规则且并非完全光滑，因为并排的颗粒具有峰部，在颗粒之间具有谷结构。因此，当将酸性蚀刻剂施加到金属表面时，该蚀刻剂并不横跨金属表面均匀作用。而是，蚀刻剂在颗粒之间的谷部处比金属颗粒的较高表面峰部的蚀刻更有侵蚀性。相信包含在谷部区域内的蚀刻剂不仅与颗粒的周围峰部区域相比在谷区域内更快速地蚀刻金属，而且还更高效地进行蚀刻。蚀刻工艺的伴随结果是增大金属表面的粗糙度，表面不规则程度随着金属暴露于蚀刻剂的时间而增加。破裂盘由诸如不锈钢、因科镍合金(inconel)、哈氏合金-C(Hastalloy-C)和蒙乃尔铜-镍合金的固有抗腐蚀材料制成。于是，这些固有抗腐蚀材料的经受酸性蚀刻剂要求蚀刻剂与金属表面保持接触延长的时间段，从而蚀刻出通常为金属厚度的70-90％的沟槽。例如，如果材料为0.004英寸厚，在蚀刻过程中必须蚀刻0.0036英寸。

此外，为了合理地完成这些抗腐蚀材料的高效蚀刻，所选的蚀刻剂必须是专用于特定类型金属的蚀刻剂。因此，对于各种金属中的每一种需要不同的酸性剂。用于制造特定破裂盘的特定材料必须选择成符合该应用的规格。不同的盘应用需要使用不同类型的金属。因此，当使用蚀刻工艺来在抗腐蚀盘材料上形成弱化线时，制造商应当具有可利用的在蚀刻特定耐腐蚀金属时最高效的蚀刻剂。

美国专利申请公开2006/0237457揭示在反向作用破裂盘上形成激光形成的、电抛光弱化线。将破裂盘坯件首先预隆起、最终隆起并然后设有一层保护材料。使用激光来去除一层保护材料的对应于隆起破裂盘的凹面内所要求弱化线凹槽的至少一部分。然后使该盘经受电抛光操作以从破裂盘的激光区域去除金属，由此在盘上形成有光泽的抛光的弱化线凹槽。该技术在用于相对薄、小直径盘时产生可接受结果。但是，随着盘的厚度和直径增加，电抛光技术会变成形成弱化线凹槽的较没有吸引力的方法。由较厚材料形成的盘大致需要更长的电抛光时间来实现具有所要求深度的凹槽。较长的电抛光时间还导致凹槽宽度的增加。如果凹槽变得太宽，则凹槽可开始影响盘的破裂压力，由此致使盘的开口特征失控。

发明内容在本发明的一实施例中，提供一种金属的、反向作用破裂盘，其包括隆起部分，该隆起部分具有相反的凹面和凸面以及围绕隆起部分的周向凸缘区域。该隆起部分大致包括至少一个机械形成的开口线凹槽。开口线凹槽包括单个通道并具有从凹面和凸面中的一个向内朝向凹面和凸面的另一个延伸的深度。破裂盘的与通道相邻的隆起部分具有大致均匀的金属颗粒结构。

在本发明的另一实施例中，提供一种金属的、反向作用破裂盘，其包括隆起部分，该隆起部分具有相反的凹面和凸面以及围绕隆起部分的周向凸缘区域。该隆起部分还包括开口区域，该开口区域具有至少一个机械形成的开口线凹槽。该开口区域大致具有整体大致均匀的金属颗粒结构。开口线凹槽包括细长通道，该细长通道由与凹面和凸面之一相交的一对间隔开的边缘和远离边缘朝向通道的单个、最深点连续倾斜的侧边界限定。开口线凹槽通过从开口区域机械去除金属而形成，而不扰乱开口区域的其余部分的大致均匀的金属颗粒结构。

在本发明的又一实施例中，提供一种在金属卸压装置内形成开口线凹槽的方法。该方法大致包括：提供卸压前体，该卸压前体具有构造成在暴露于预定过压条件时破裂并打开的卸压部分和围绕卸压部分的周向凸缘区域。该卸压部分具有开口区域，在开口区域内形成开口线凹槽。开口区域具有整体大致均匀的金属颗粒结构。接着，该方法包括从开口区域机械去除金属的一部分以形成开口线凹槽。去除金属的一部分而不扰乱开口区域的其余金属的大致均匀的金属颗粒结构。

附图说明

图1是用于生产根据本发明的反向作用破裂盘的一段长度的金属板材料的示意图；

图2是图1的金属板的局部平面图并以虚线示出所要从图1的金属板材料形成的破裂盘坯件的轮廓；

图3是从图2的板材料形成的盘坯件的示意平面图；

图4是用于将破裂盘坯件预隆起的装置的示意性剖视示意图，该装置包括用于在坯件的一表面上形成凹痕的偏移柱；

图5是沿箭头方向向下看基本上在图4的线5-5上截取的水平剖视图；

图6是使用图4所示固定件的预隆起步骤的示意性横截面表示图，其产生破裂盘坯件的从坯件主体偏移的节段区域；

图7是在盘坯件的由偏移柱产生的部分隆起凸出表面上具有凹痕节段区域的预隆起盘的放大局部示意图，凹痕节段区域由偏移柱形成；

图8是沿箭头方向向下看在图6的线8-8上截取的水平剖视图；

图9是图4所示固定件的示意剖视图，并示出压力施加到预隆起破裂盘的凹面以实现破裂盘的最终隆起的方式；

图10是移除了柱的图6所示固定件的示意剖视图，并示出盘的中心部分预隆起期间施加足够压力到预隆起破裂盘的凹面以实现破裂盘的最终隆起并实现隆起部分的先前有凹痕节段区域在其中形成凹痕之前返回到其初始位置的方式；

图11是其中盘的中心部分内的初始凹痕已在盘坯件的最终隆起期间烫平的最终隆起盘的示意性剖视图；

图12是图11所示隆起盘的平面图，盘的烫平的、起初有凹痕的节段以圆形虚线示出；

图13是破裂盘的隆起部部分的放大剖视图，其示意性地示出已返回到其初始位置的盘的隆起部的起初凹痕节段区域与隆起部的其余部分金属相比改变的颗粒结构；

图14是使用现有刻痕技术在卸压装置上形成的弱化线凹槽的剖视图；

图15是使用现有电抛光技术在卸压装置上形成的弱化线凹槽的剖视图；

图16是根据本发明的形成在卸压装置上的开口线凹槽的剖视图；

图17是根据本发明的在反向作用破裂盘的隆起部分上形成开口线凹槽期间机械铣削的第一过程的局部剖视图；

图18是根据本发明的在反向作用破裂盘的隆起部分上形成开口线凹槽期间机械铣削的第二过程的局部剖视图；

图19是根据本发明的在反向作用破裂盘的隆起部分上形成开口线凹槽期间机械铣削的第三过程的局部剖视图；

图20是具有形成在盘的隆起部分的凹面内的开口线凹槽的反向作用破裂盘的局部剖视图，开口线凹槽大致为U形截面；

图21是具有形成在盘的隆起部分的凹面内的开口线凹槽的反向作用破裂盘的局部剖视图，开口线凹槽大致为V形截面；

图22是根据本发明的破裂盘的另一实施例的平面图，在其隆起部分具有加工的开口线凹槽，其中开口线凹槽呈大致C形构造；

图23是根据本发明的破裂盘的另一实施例的平面图，在其隆起部分具有加工的十字形开口线凹槽；

图24是根据本发明的破裂盘的一实施例的局部剖视图，在盘的隆起部分的凸面上具有加工的开口线凹槽；

图25是根据本发明的反扣破裂盘组件的立体图；

图26是组成反扣破裂盘组件的各部件的分解图；

图27是组成图26的反扣破裂盘组件的各部件的分解仰视立体图，开口线清楚可见；

图28是根据本发明的破裂盘的另一实施例的平面图，在其隆起部分具有加工的开口线凹槽，其中开口线凹槽构造成使得盘具有一对铰接部分且在破裂时形成两个瓣片部；

图29是根据本发明的破裂盘的又一实施例的平面图，在其隆起部分具有加工的十字形开口线凹槽，其中凹槽不相交；以及

图30是示出弱化线的最大抛光宽度的示意图，弱化线可用现有技术电抛光技术形成而不会不利地影响反向作用破裂盘相对于盘的穹顶或隆起部分的直径的爆裂特性。

具体实施方式

在附图的图25中示出体现本发明较佳概念的反扣破裂盘组件10。盘组件10包括破裂盘12和固定到破裂盘12的支承环14。破裂盘组件10的各部件较佳地由诸如多种常规耐腐蚀金属中的任一种制成，常规耐腐蚀金属诸如不锈钢合金、哈氏合金-C、蒙乃尔铜-镍合金和因科镍合金。破裂盘12具有中心隆起部分16，以及围绕隆起部分16的环形凸缘部分18。过渡区域20将凸缘部分18的内周界连结到隆起部分16的外部圆形边缘。

破裂盘12的隆起部16具有中心地定位在隆起部16上并尤其对中在隆起部16的顶点处的相对小的区域22。但是，区域22从隆起部16的中心轴线偏移，如图23所示也在本发明的范围内。区域22的金属具有改变的颗粒结构并呈现比隆起部16的其余部分高的抗拉强度，并已通过凹压凸面16a，并然后将凹痕返回其初始位置而形成，从而隆起部16的凸面16a光滑而没有任何显著中断。应当理解，根据盘设计用于的特定应用，设置隆起部16而该区域没有改变的颗粒结构也在本发明的范围内。

破裂盘12的隆起部16设有半圆形开口线凹槽24，半圆形开口线凹槽24在盘的隆起部16内，并大致与过渡区域20互补，如图27所示。

支承环14具有主环形体30，该主环形体30构造成位于破裂盘12的凸缘部分18下方。从图26可以看出环形体30的内部边缘具有齿32，各齿32向内并朝向隆起部16稍微向上突出。舌部36与本体30一体形成，并朝向隆起部16向内和向上延伸。

在其组装状态下，支承环30的环形体通过固定件40固定到盘12的凸缘18，固定件40可包括螺钉、间断焊、粘合剂或其它等同固定装置。支承环14的舌部36较佳地定位在开口线凹槽24的终端26与28之间，并用作由开口线凹槽24形成的破裂盘12的隆起部16的铰接区域42的支承件。各齿32的梢部构造成直接位于开口线凹槽24下方并与凹槽24接触，由此有助于盘12反向时打开隆起部16。可与盘组件的凸缘部分和支承环关联地设置环形垫圈(未示出)。

破裂盘12由先前所述的耐腐蚀材料板13(图1)制成，该材料板13可能是从一大卷选择的金属展开或作为板料供给。从板13冲切、激光切割或使用放电加工(EDM)切割盘坯件15。较佳的是，盘坯件15具有外周一体对准柄脚17。破裂盘12的制造较佳地分成两个阶段完成。第一阶段包括以在盘坯件15的凸面内形成凹痕的方式使盘预隆起。第二阶段包括在一定条件下使盘最终隆起，使得通过使隆起部的凹痕节段区域返回到其初始位置而除去盘的隆起部的凸面内的凹痕。

图4中示意性地示出用于在金属破裂盘坯件内形成预定构造的凹痕的固定件46。应当理解，在该方面，固定件46的示意性图示仅是用于说明目的而不意图代表实现所想要结果的固定件的特定类型。固定件46的下部底环48具有中心开口50，下部底环48的较佳形式是圆筒形构造。固定件46的圆筒形夹持环52具有与开口50对准并与其具有相同的形状和横截面积的中心通道54。盖构件56关闭夹持环52的通道54的开口上端。穿过夹持环52的侧壁的开口58用于使诸如空气之类的气体从夹持环52内部逸出。尽管未示出，但应当理解，底环48和/或夹持环52具有互补地接纳相应盘坯件15的柄脚17的沟槽，从而各坯件15都重复地位于固定件46内相同位置。

细长偏移柱60定位在通道54内并较佳地联接到抵靠盖56的下表面布置的支承件62。在将金属盘坯件15放置在支承底环48上之后，通过如图所示关闭通道54定位的环52和底环48将盘15夹持就位。尽管在较佳实施例中，柱60的最外末端如图5所示为半球形，但柱60的末端可以是方形、横截面为星形、或任何其它所要求的构造。柱60的长度使得末端64抵靠盘坯件15的表面66搁置。

将预隆起压力下的空气通过中心开口50引入固定件46，从而实现盘15的预隆起，这使得盘15的节段区域68沿如图6所示的向下方向从预隆起部16b的主体偏移。凹痕节段区域68的深度，以及这种凹痕的构造和宽度是柱60的直径、柱60的半球形端部64的形状和半径以及施加到盘坯件15的表面70的压力的函数。在具有半球形端部64的柱60的情况下，凹痕节段区域68具有大致半球形部分68a和通向隆起部16的主体部分16b并终止于该主体部分16b的稍微呈锥形的圆锥形表面68b。参见图7，可以看出该中心大致半球形凹痕节段区域68a由大致圆形或卵形凹痕部分68b围绕，该凹痕部分68b从凹痕节段区域68a向外辐射。在对盘坯件15施加压力以使盘坯件预隆起期间，由通道54和盖56形成的凹腔内的空气可通过夹持环52内的开口58从通道54逸出。

一旦完成预隆起步骤，则盖56和相关的偏移柱60就从夹持环52移走。对盘坯件15的凹面16c施加足以完成破裂盘12的隆起部16的最终隆起的压力，如图9所示。破裂盘12的最终隆起期间施加的压力的量应当足以不仅完全隆起盘12而形成隆起部16，而且足以使凹痕节段区域68返回其初始位置，如图10所示。因此，如图11和12所示，隆起部16的凸面16a在其整个区域上是光滑且无中断的，其整个区域包括形成区域22的节段区域68。在节段区域68形成凹痕然后将该凹痕返回到其初始位置使得区域22的金属具有改变的颗粒结构，如图13示意性地所示。

业已发现，通过在其中金属沿一方向发生塑性变形的盘的预隆起期间在盘坯件15内形成凹痕68，然后在盘坯件15的最终隆起期间沿相反方向发生金属的塑性变形，由此使金属返回其初始位置，区域68的相反的凹面和凸面与隆起部16的相反的凹面和凸面的曲率互补，隆起部在预定和预选压力下的反向在区域68内开始。在区域68的关键位置处开始反向可归因于区域68的双预压情况，而不因为隆起部16的几何形状。因为区域68内金属的颗粒结构已经由于该区域沿一方向的偏移而改变，且然后该相同区域沿相反方向偏移，产生的金属的颗粒结构的改变使区域68在隆起部16的表面区域的其余部分之前开始反向。通过区域68内金属沿两个方向的应力来实现隆起部16沿开口线凹槽24的更可靠反向和完全打开。

支承环14使用适当的固定件粘附于隆起破裂盘12的凸缘18，并支承隆起部16。舌部36与隆起部16的铰接区域42和破裂盘12的柄脚17大致对准。

破裂盘组件10适于安装在美国专利第6,318,576号的图6-9中所示类型的凸缘联接件之间，破裂盘12的凸面16a面向所要保护的设备的处理侧。环30的臂44为盘组件10的安装件提供信息以在安装期间将组件适当定向在凸缘联接件之间，从而确保破裂盘12的凸面16a面向设备的处理侧。臂44也是安装的盘处于其适当定向的持续视觉指示件。

在由破裂盘组件10保护的处理容器或管道内发生足以实现隆起部16的反向的过压条件的情况下，隆起部16沿开口线凹槽24打开，同时由铰接部分42保持。在形成由于更高地受应力而改变节段区域68的颗粒结构的区域22的节段68处开始反向破裂。由于在隆起部16内存在较高应力区域22，所以相信施加在隆起部16的凸面16a上的过压启动隆起部16的反向，并最终实现隆起部16沿开口线凹槽24长度的打开。

已出乎意料地发现通过使将成为盘的隆起部16的节段如上详细所述那样偏移，并然后使该节段返回到其初始位置以呈现光滑、未中断的凸面，盘的反向随节段区域68的颗粒结构的不连续性而改变。这与美国专利第6,494,074号中示出和描述的简单地在盘内提供凹部相反，在该美国专利中，由于更改的凸面的改变的负载几何形状和因此形成的应力分布而开始破裂。

图10中所示根据本发明的较佳工艺制备的示例性盘12较佳地由16密耳的316不锈钢制成并具有约6英寸的总直径。如图6示意性示出的盘12的预隆起在约80磅/平方英寸的压力下实现，以形成如图6所示盘坯件44内的凹部68。如图9和10示意性示出的盘的最终预隆起在约550磅/平方英寸的压力下进行，形成穹顶高度约为1.125英寸的隆起盘。然后最终隆起盘在约600°F的温度下经受热处理十分钟，以进一步释放盘内的任何残余应力。已经受比隆起部16的其余金属更大应力的盘的隆起部的金属节段区域68的外边界91(图12)具有约1.07平方英寸的标称面积。图12的示例性盘内的节段区域68中心地定位在隆起部16内。该盘具有约150磅/平方英寸的标称爆裂压力。

出乎意料地发现，通过改变施加到固定件46内的盘坯件15的压力来实现盘抵靠柱60的预隆起，其中隆起部16的区域68已沿一方向被压出凹痕并然后沿相反方向烫平的最终隆起盘的反向压力、盘反向的压力可类似地改变。通过增加预隆起压力以加深盘的隆起部内的初始凹痕，接着在盘的最终隆起期间烫平该凹痕，业已发现该破裂盘将以较低压力反向。因而，由于与材料的单向偏移相比的金属的双向两阶段加工硬化，使用特定材料厚度可实现的反向压力的范围比具有随后未烫平的单向凹痕的盘宽。认为可预计反向压力的增加的范围大部分可归因于金属的附加的反向应力硬化和伴随的颗粒结构的实质改变。在金属的永久单向凹痕的情况下，相信盘的反向主要取决于力矢量几何形状。因此，通过在不同的压力下使盘预隆起来获得盘坯件的隆起部内初始凹痕的不同深度，接着通过盘的最终隆起到烫平凹痕的程度，可经验地建立形成的盘的反向压力和用于随后复制记录的结果。这些经验分析根据用于制造破裂盘的材料的类型、材料的厚度以及盘的直径的。

如前所述，长久以来已知在反向作用破裂盘的隆起部的一面上提供弱化线凹槽或刻痕线来形成盘的反向时打开的区域。最通用的先前采用的用于形成弱化线的技术之一采用金属刻划模。图14是具有使用刻划模形成的弱化线的破裂盘的横截面图。在刻划过程中，组成盘的隆起部的金属颗粒的一部分被压缩、扰乱或移位，由此形成细长通道或槽。于是，其中隆起部的刻划线所位于的部分的曾经均匀的颗粒结构已被扰乱。图14中明白地可见该扰乱的金属颗粒结构。

位于所要形成的开口区域内的金属颗粒已被压缩和拉长。因此，该开口区域内的金属颗粒不再整体均匀。金属颗粒结构的扰乱致使金属的加工硬化，并导致金属的脆性增加并形成应力区域。金属的增加的脆性和应力区域由于疲劳裂化和应力侵蚀而限制破裂盘的使用寿命。用模刻划弱化线形成的盘大致具有增加的循环寿命，这是盘在暴露于多次连续压力循环时避免失效的能力。很多这种盘仅能承受500或更少的循环(一个循环定义为连续暴露于真空之后暴露于额定运行比的90％)。

另一技术设计成在不改变或扰乱开口区域内金属颗粒结构的反向作用破裂盘的隆起部分内形成弱化线凹槽以避免伴随模刻划发生的不合要求的特性。美国专利申请公开第2006/0237457(申请号第11/096,466号)中描述了一种技术，该专利全文以参见的方式纳入本文。’457公开描述了其中将一层保护材料敷加到最终隆起破裂盘的方法。使用激光去除保护材料的对应于所要求开口线凹槽的一部分。然后使该盘经受电抛光操作以从破裂盘的以激光照射的区域去除金属。图15是根据该方法制造的盘的剖视图。

如图15所示，形成开口线凹槽，该开口线凹槽包括由中心突起冠状部分分开的两个间隔开的通道部分，由此呈大致W形横截面。如图所示，开口区域内的金属颗粒结构并未如图14的模刻划盘那样被扰乱。于是，避免由于金属的加工硬化而形成应力区域，且电抛光盘与图14的模刻划盘相比具有长得多的循环寿命。

但是，业已发现，’457公开中描述的电抛光技术在尤其用于较大盘直径和厚度时具有某些限制。为了有效地且可靠地完成其反向时盘的打开，业已发现，开口线凹槽的深度应当为盘的穹顶厚度的至少40％，在某些实施例中，为盘的穹顶厚度的约40％至约75％之间，且在其它实施例中，在盘的穹顶厚度的约45％至约60％之间。本文所使用的术语“盘的穹顶厚度”定义为在其中形成开口线凹槽的区域内盘穹顶的测得的材料厚度。

由例如至少0.008英寸的较厚坯件形成的盘需要长得多的电抛光时间来达到所要求的开口线凹槽深度。因此，开口线凹槽的宽度也增加。以下表1对于由厚度为0.016英寸且穹顶直径为4英寸的316不锈钢坯件制成的盘示出该现象。

表1

业已发现，随着凹槽宽度增加，盘的性能受到不利影响。随着凹槽宽度增加，开口线凹槽开始控制盘的爆裂压力，而不是例如节段区域68的爆裂压力。因此，盘的反向将往往永远在开口线凹槽处开始。这致使盘的较不可预计的打开特性，诸如盘在显著低于额定爆裂压力的压力下反向和不合要求的爆裂压力波动。

图30是示出使用电抛光技术在各种盘上形成开口线凹槽的某些实际限制的图表。在该图中，示出盘的穹顶直径与开口线凹槽的最大宽度(表达为穹顶直径的百分比)之间的关系。符合线性趋势线的数据标识当使用电抛光技术形成开口线凹槽时失去对盘爆裂压力保持满意控制的能力的点。当具有开口线凹槽的盘在比仅包括节段68而没有开口线凹槽的盘小5％的压力下爆裂时，标识对爆裂压力失去控制。可用为与具有较大穹顶直径的盘相比盘的穹顶直径的较高百分比的凹槽宽度保持对具有较小穹顶直径的盘的爆裂压力的控制。但是，通常情况是随着穹顶直径增加，盘材料的厚度也增加。因此，这种较大盘需要较长的电抛光时间来达到所要求的凹槽深度，这往往也增加凹槽的宽度。因此，电抛光技术对于用在较厚、较大直径盘上是不可接受的。

因为不改变颗粒结构，所以本发明克服与本文所述模刻划相关的问题。应当注意，根据本发明形成的凹槽称为“开口线”凹槽，与“弱化线”凹槽不同。本发明允许如本文所述增加循环寿命，对于具有通过模刻划形成的弱化线凹槽的盘通常不是这种情况。

图17-19示出根据本发明实施例在反向作用破裂盘上形成开口线凹槽的方法。首先参照图17，在局部剖视图中示出破裂盘12。示出具有铣削端74的铣刀72首先横穿凹面16c，并形成开口线凹槽24。如图所示，铣削端74呈半球形，但是铣削端74根据开口线凹槽所要求的几何形状具有诸如圆锥形、圆柱形或球形(珠形)的替代构造也在本发明的范围内。在根据本发明的某些实施例中，较佳的是，球形铣刀或示出的半球形铣刀用于使开口线凹槽24呈现光滑、弧形构造而没有尖锐边缘或角。铣削端74可由足以切削制成盘12的金属的任何材料制成。在某些实施例中，铣削端74可包括金刚石、碳化物或比盘金属硬的金属合金。

用于形成开口线凹槽24的特定铣刀运行参数取决于几个变量：铣削端的直径、铣刀速度、以及铣刀进给速率。铣刀速度定义为铣刀的转速，且铣刀进给速度为铣刀沿正在切割的表面移动的速度。在本发明的某些实施例中，采用的铣刀具有约0.020至约0.060英寸之间的直径。此外，在本发明的某些实施例中，铣刀以至少10,000RPM的铣刀速度运行，且在某些实施例中以约10,000至约40,000RPM范围的铣刀速度运行。在本发明的又一些实施例中，铣刀以至少10英寸/分钟的进给速度运行，且在又一些实施例中以约10至约60英寸/分钟的进给速度运行。

在完成第一过程之后，铣刀72可进行多次附加过程，每个用于进一步增加开口线凹槽24的深度。图18示出铣削端74跨越其中凹槽24的深度和宽度已增加的凸面16c的第二过程。图19示出铣削端74的又一过程，其中凹槽24的深度和宽度已再增加。铣刀72进行的过程的次数将取决于几个因素，包括制成盘的材料的硬度、铣削端材料和开口线凹槽的所要求深度。如下文所解释的那样，进行每个相应过程而不扰乱留下的金属的大致均匀的金属颗粒结构。

图16是其中形成有开口线凹槽的破裂盘的剖横截面图。显然，在形成凹槽后剩余的盘金属的金属颗粒结构保持大致均匀。剩余的金属没有图14中包含模刻划弱化线凹槽的盘的情况中的加工硬化的迹象。具体来说，盘的包含开口线凹槽的部分(此后描述为开口区域76(参见图20))呈现大致均匀的金属颗粒结构。此外，开口区域的金属颗粒结构大致保持在其固有状态，即进行任何磨削操作之前的颗粒结构。缺少加工硬化使得根据本发明制成的盘呈现大于10,000次循环而不失效的优良循环寿命。

此外，上述方法并不限于仅在反向作用破裂盘上实施。在制造任何卸压装置或前体期间都可采用该方法。例如，可在盘坯件15(图2和3)、诸如图6和8所示的预隆起盘15以及向前作用破裂盘内形成开口线凹槽。但是，在每种情况下，在卸压装置或前体的迄今描述的开口区域76内形成开口线凹槽。

现转向图20，示出金属反向作用破裂盘12包括隆起部16，该隆起部具有相反的凸面16a和凹面16c。在隆起部16的凹面16c内，且具体在隆起部16的称为开口区域76的部分内形成开口线凹槽24。通过从开口线凹槽的相反边缘82、84延伸穿过盘材料到达凸面16a的一对边界78、80形成开口区域76。因此，边界78、80大致垂直地与面16a、16c相交。通过凹面16c与凹槽24相交形成边缘82、84，并大致限定凹槽24的最大宽度。

如图24所示所要形成在隆起部16的凸面16a内的开口线凹槽24也在本发明的范围内。在该特定实施例中，开口区域76以与上述大致相同的方法形成。但是，通过凸面16a与凹槽24的相交形成边缘82、84。

开口线凹槽24包括单个通道，该单个通道具有从凹面16c或凸面16a向内朝向所述两面中的另一面延伸的深度。本文所使用的术语“单个通道”定义为由侧边界界定的盘上形成的通道或槽，侧边界光滑地且连续地远离盘的外表面朝向通道的中心最深点倾斜。术语“单个通道”用于清楚地排除图15所示且在’457公开中所述的W形凹槽。再转向图20，凹槽24包括由边缘82、84和侧边界88、90限定的细长通道86，边缘82、84与凹面16c(或在图24的实施例中与凸面16a)相交，侧边界88、90远离边缘82、84朝向通道的单个的、最深点92连续倾斜。在根据本发明的某些实施例中，通道86呈如图20所示的大致U形横截面，或如图21所示的大致V形横截面。但是，在某些实施例中，要求避免存在尖锐点或边缘，因为这倾向于在隆起部16内形成应力区域，这可能影响盘的爆裂特性和循环寿命。

在图20所示的实施例中，通道86呈从边缘82至边缘84延伸的连续的、弧形的、凹槽形状。在通道86中没有根据在’547公开中揭示的电抛光技术形成的开口线凹槽内出现的突起的、管状部分。

表2示出本发明在达到所要求深度的同时控制开口线凹槽宽度时的功效。通过在使用直径为0.031英寸的铣刀在由0.016英寸厚不锈钢316形成的6英寸盘上铣削开口线凹槽可得到这些尺寸。

表2

该数据表明通过机械铣削可实现具有穹顶厚度的70％或以上深度的凹槽，凹槽宽度是通过电抛光技术产生的凹槽宽度的1/3。

本发明尤其适用于制造标称厚度为至少0.008英寸的金属的、反向作用破裂盘。在某些实施例中，根据本发明制成的破裂盘具有至少0.010英寸，或至少0.016英寸的标称厚度。术语“标称厚度”是指形成破裂盘的金属板或坯件的厚度。本领域的技术人员会理解，盘的隆起会使金属在一定区域变薄，尤其是朝向穹顶的顶点区域。但是，构成凸缘区域和穹顶的邻近凸缘区域的那些部分的金属具有大致与金属板或盘坯件相同的厚度。

在本发明的某些实施例中，通道86具有小于0.060英寸的宽度和至少0.004英寸的深度。在其它实施例中，通道86具有小于0.045英寸的宽度和至少0.006英寸的深度。在又一些实施例中，通道86具有小于0.035英寸的宽度和至少0.008英寸的深度。电抛光技术不能产生这种宽度和深度的通道。如上所述，为了达到所要求的深度，开口线凹槽的宽度将延伸超过所述宽度界限。

在根据本发明的又一些实施例中，破裂盘的隆起部16具有直径D且通道86具有最大宽度W。当D为1.5英寸时，W不大于0.020英寸。当D为12英寸时，W不大于0.060英寸。对于1.5至12英寸之间的D的所有值，W在0.020至0.060英寸之间大致线性变化。至少部分从图29得到的D和W的特性确保如果符合上述标准，则保持对盘爆裂压力的控制。

盘前体，即就在形成开口线凹槽24之前存在的盘具有包括大致均匀金属颗粒结构的开口区域76。通过从开口区域76机械去除金属形成开口线凹槽24时，开口区域的其余金属的大致均匀金属颗粒结构尚未被从其初始盘前体状态扰乱。如图16所示，简单地从开口区域去除其金属颗粒或各部分且其余部分尚未出现加工硬化。

如图22所示，开口线凹槽24呈大致C形构造，并终止于铰接部分42的相反侧上的末端26和28。但是，开口线凹槽呈如图23、28和29所示的替代构造也在本发明的范围内。

转向图23，C形开口线凹槽已经被两个相交的开口线凹槽25和27代替。凹槽25和27从靠近过渡区域20的一部分跨越隆起部16的顶点到达过渡区域的相反部分延伸。凹槽25和27在隆起部16的顶点处或附近的中心接合处相交。因此，在盘12a翻转和破裂时，隆起部16破碎成四瓣，每瓣在过渡区域20的相应部分处铰接。

如图所示，开口线凹槽24、25和27是连续的、无间断的凹槽。但是，这些凹槽不连续或断开成一系列单独的、间隔开的或“虚线的”节段也在本发明的范围内。

在图28所示的实施例中，开口线凹槽具有三个连结的节段：两个弧形节段31和33以及连接节段31和33的一侧向延伸的节段35。侧向延伸的节段35从盘12b的侧视立体图看也呈弧形，因为其必须遵循隆起部16的轮廓。盘12b包括两个相对的铰接部42a和42b，每个构造成在盘打开时保持隆起部16的一部分。因此，该实施例具有“双铰接”构造，其中盘在打开时形成两个瓣状部。

图29示出可对图23的十字线凹槽进行的稍微更改。不是一对连续、相交的凹槽，盘12c设有四个不连续的不相交的开口线凹槽25a、25b、27a和27b。但是，盘12c仍构造成在爆裂时形成四瓣。

在图22所示的实施例中，开口线凹槽24设置在隆起部16上的与靠近隆起部16的顶点相比更靠近凸缘的位置。因此，在靠近主环形支承体30的位置处发生隆起盘16的撕扯，由此提供用于铰接区域42的充分支承并防止盘12的不合要求的碎裂。还注意到，示出具有改变的颗粒结构的区域22在隆起部16的顶点处。但是，区域22还可从顶点偏移，如图23所示。在任何情况下，在区域22首先发生隆起部16的翻转。因此，开口线凹槽24(且因此开口区域76)与区域22径向间隔开并位于区域22与过渡区域20之间。

在根据本发明的某些实施例中，开口线凹槽24的表面光洁度大于平均表面的平均偏差的约4微英寸。在又一些实施例中，表面光洁度大于平均表面的平均偏差的约8微英寸。因此，可用肉眼方便地将机械形成的开口线凹槽24与电抛光的弱化线凹槽区分开。通过电抛光技术形成的弱化线凹槽比通过本发明机械工艺形成的开口线凹槽更有光泽。

上述本发明的各实施例仅用于说明目的，且不应用作对本发明范围的诠释有限制意义。本领域的技术人员可容易地对上述各示例性实施例进行各种更改而不背离本发明的精神。

Claims (41)

1.一种金属的、反向作用破裂盘，包括：

隆起部，所述隆起部具有相反的凹面和凸面；以及

周向凸缘区域，所述周向凸缘区域围绕所述隆起部，

所述隆起部包括至少一个机械形成的开口线凹槽，

所述至少一个开口线凹槽包括单个通道并具有从所述凹面和凸面中的一个向内朝向所述凹面和凸面的另一个延伸的深度，

所述破裂盘的与所述通道相邻的所述隆起部具有大致均匀的金属颗粒结构。

2.如权利要求1所述的破裂盘，其特征在于，所述通道呈大致U形或大致V形横截面。

3.如权利要求1所述的破裂盘，其特征在于，所述破裂盘具有至少0.008英寸的标称厚度。

4.如权利要求3所述的破裂盘，其特征在于，所述通道具有小于0.060英寸的宽度和至少0.004英寸的深度。

5.如权利要求1所述的破裂盘，其特征在于，所述盘的所述隆起部具有直径D，且所述通道具有最大宽度W，

当D为1.5英寸时，W不大于0.020英寸；

当D为12英寸时，W不大于0.060英寸；以及

当D在1.5英寸至12英寸之间时，W在0.020至0.060英寸之间大致线性变化。

6.如权利要求5所述的破裂盘，其特征在于，所述通道的最小深度为所述盘的穹顶厚度的至少40％。

7.如权利要求1所述的破裂盘，其特征在于，所述至少一个开口线凹槽通过从所述隆起部机械去除金属而形成，而不扰乱所述隆起部的邻近所述通道的大致均匀的金属颗粒结构。

8.如权利要求7所述的破裂盘，其特征在于，所述至少一个开口线凹槽通过铣刀以约10,000转/分钟或更大的速度运行而形成，所述铣刀的铣刀直径为约0.020至约0.060英寸之间。

9.如权利要求1所述的破裂盘，其特征在于，所述至少一个开口线凹槽呈大致C形构造。

10.如权利要求9所述的破裂盘，其特征在于，所述隆起部具有顶点，所述开口线凹槽设置在所述隆起部上的与靠近所述顶点相比更靠近所述凸缘的位置。

11.如权利要求1所述的破裂盘，其特征在于，所述隆起部包括多个开口线凹槽。

12.如权利要求11所述的破裂盘，其特征在于，所述隆起部包括至少两个细长开口线凹槽，所述凹槽构造成在所述破裂盘打开时包括多个瓣形部。

13.如权利要求12所述的破裂盘，其特征在于，所述至少两个开口线凹槽在所述隆起部顶点处相交或所述隆起部顶点附近相交。

14.如权利要求12所述的破裂盘，其特征在于，所述至少两个开口线凹槽不相交。

15.如权利要求11所述的破裂盘，其特征在于，所述隆起部包括通过侧向延伸凹槽互连的两个弧形开口线凹槽，所述弧形开口线凹槽形成位于所述两个弧形开口线凹槽之间的一对铰接部。

16.如权利要求1所述的破裂盘，其特征在于，所述隆起部具有弱化区域，所述盘一旦暴露于预定过压条件则在所述弱化区域处开始反向，所述弱化区域与所述至少一个开口线凹槽间隔开。

17.如权利要求1所述的破裂盘，其特征在于，所述至少一个开口线凹槽形成在所述隆起部的所述凹面内。

18.一种金属的、反向作用破裂盘，包括：

隆起部，所述隆起部具有相反的凹面和凸面以及开口区域，所述开口区域具有至少一个机械形成的开口线凹槽；以及

周向凸缘区域，所述周向凸缘区域围绕所述隆起部，

所述开口区域具有整体大致均匀的金属颗粒结构，

所述至少一个开口线凹槽包括细长通道，所述细长通道由与所述凹面和凸面中的一个相交的一对间隔开的边缘和远离所述边缘朝向所述通道的单个、最深点连续倾斜的侧边界限定，

所述至少一个开口线凹槽通过从所述开口区域机械去除金属而形成，而不扰乱所述开口区域的其余部分的大致均匀的金属颗粒结构。

19.如权利要求18所述的破裂盘，其特征在于，所述通道呈大致U形或大致V形横截面。

20.如权利要求18所述的破裂盘，其特征在于，所述破裂盘具有至少0.008英寸的标称厚度。

21.如权利要求20所述的破裂盘，其特征在于，所述通道具有小于0.060英寸的宽度和至少0.004英寸的深度。

22.如权利要求18所述的破裂盘，其特征在于，所述盘的所述隆起部具有直径D，且所述通道具有最大宽度W，

当D为1.5英寸时，W不大于0.020英寸；

当D为12英寸时，W不大于0.060英寸；以及

当D在1.5英寸至12英寸之间时，W在0.020至0.060英寸之间大致线性变化。

23.如权利要求22所述的破裂盘，其特征在于，所述通道的最小深度为所述盘的穹顶厚度的至少40％。

24.如权利要求18所述的破裂盘，其特征在于，所述至少一个开口线凹槽通过铣刀以约10,000转/分钟或更大的速度运行而形成，所述铣刀的铣刀直径为约0.020至约0.060英寸之间。

25.如权利要求18所述的破裂盘，其特征在于，所述至少一个开口线凹槽呈大致C形构造。

26.如权利要求25所述的破裂盘，其特征在于，所述隆起部具有顶点，所述至少一个开口线凹槽设置在所述隆起部上的与靠近所述顶点相比更靠近所述凸缘的位置。

27.如权利要求18所述的破裂盘，其特征在于，隆起部包括多个开口线凹槽。

28.如权利要求27所述的破裂盘，其特征在于，所述隆起部包括至少两个细长开口线凹槽，所述凹槽构造成在所述破裂盘打开时包括多个瓣形部。

29.如权利要求28所述的破裂盘，其特征在于，所述至少两个开口线凹槽在所述隆起部顶点处相交或所述隆起部顶点附近相交。

30.如权利要求28所述的破裂盘，其特征在于，所述至少两个开口线凹槽不相交。

31.如权利要求18所述的破裂盘，其特征在于，所述隆起部包括通过侧向延伸凹槽互连的两个弧形开口线凹槽，所述弧形开口线凹槽形成位于所述两个弧形开口线凹槽之间的一对铰接部。

32.如权利要求18所述的破裂盘，其特征在于，所述隆起部具有弱化区域，所述盘一旦暴露于预定过压条件则在所述弱化区域处开始反向，所述弱化区域与所述开口区域和所述至少一个开口线凹槽间隔开。

33.如权利要求18所述的破裂盘，其特征在于，所述至少一个开口线凹槽形成在所述隆起部的所述凹面内。

34.一种在金属的、卸压装置内形成开口线凹槽的方法，所述方法包括以下步骤：

提供卸压前体，所述卸压前体具有构造成在暴露于预定过压条件时破裂并打开的卸压部分和围绕所述卸压部分的周向凸缘区域，所述卸压部分具有开口区域，在所述开口区域内形成所述开口线凹槽，所述开口区域具有整体大致均匀的金属颗粒结构；以及

从所述开口区域机械去除金属的一部分而形成所述开口线凹槽，金属的所述部分被去除而不扰乱所述开口区域的其余金属的大致均匀的金属颗粒结构。

35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述卸压前体包括隆起破裂盘，所述隆起破裂盘包括隆起部和周向凸缘区域，所述隆起部具有相反的凹面和凸面。

36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述开口区域位于所述隆起部上。

37.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述开口线凹槽形成在所述凹面上的所述开口区域内。

38.如权利要求34所述的方法，其特征在于，从所述开口区域机械去除金属的一部分的所述步骤通过以约10,000转/分钟或更大的速度运行的铣刀进行，所述铣刀的铣刀直径为约0.020至约0.060英寸之间。

39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，通过所述铣刀穿过所述开口区域的多个过程来形成所述开口线凹槽，每个连续过程增加所述开口线凹槽的深度。

40.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述开口线凹槽包括呈大致U形或大致V形横截面的单个通道。

41.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述卸压部分内形成弱化区域的步骤，所述弱化区域与所述开口区域和所述开口线凹槽都间隔开。

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