激光限定結(jié)構(gòu)通過拼接方法在卸壓裝置上的形成的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明總體上涉及在卸壓裝置上形成各種激光限定結(jié)構(gòu)的方法，所述激光限定結(jié)構(gòu)即為包括可破裂構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。尤其是，該方法利用具有小視場(chǎng)的激光器，該視場(chǎng)小于有待銑削成卸壓裝置的激光限定結(jié)構(gòu)的總體尺寸。其結(jié)果，該結(jié)構(gòu)必須是通過拼接(tiling，平鋪)工藝逐個(gè)地銑削。卸壓裝置的工作表面被分為多個(gè)小塊(tile)，通過激光和/或卸壓裝置在不同小塊的銑削之間變換，來個(gè)體地銑削每個(gè)小塊。因此，本發(fā)明的方法允許使用具有較小視場(chǎng)的激光器在卸壓裝置表面上形成通常大的銑削結(jié)構(gòu)。
[0002]通過各種機(jī)加工技術(shù)形成了用來控制破裂盤各種操作特性的結(jié)構(gòu)，操作特性諸如開口壓力、盤反向壓力以及盤花瓣幾何形狀。傳統(tǒng)上，通過盤表面與模具的接觸，導(dǎo)致在與模具接觸的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生金屬的位移并形成“刻痕”線，來形成諸如盤開口線的控制結(jié)構(gòu)。模具刻痕方法通常不導(dǎo)致從盤中除去金屬，相反，在接觸區(qū)域內(nèi)金屬顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。一般地，該變化涉及金屬受壓縮和冷作硬化。該冷作硬化可提高金屬脆性并形成應(yīng)力區(qū)域。脆性和應(yīng)力區(qū)域限制了卸壓裝置的壽命，這是疲勞開裂和應(yīng)力腐蝕造成的。此外，在盤的制造過程中難于在刻痕深度上達(dá)到高的控制程度，考慮到模具本身在刻痕過程中變得磨損并必須定期地進(jìn)行更換。這種對(duì)控制的缺乏對(duì)盤開口特性帶來一定程度的不可預(yù)見性。
[0003]為了避免模具刻痕的問題，已經(jīng)設(shè)計(jì)了替代的工藝過程來形成破裂盤打開的線。一個(gè)如此的工藝過程可見美國專利第7，600，527號(hào)中的描述，該專利披露了通過電解拋光法來形成減弱線。在該工藝過程中，破裂盤設(shè)置有一層阻抗材料。然后使用激光來除去對(duì)應(yīng)于要求的減弱線的一部分阻抗材料。接下來，盤經(jīng)受電解拋光操作以從盤表面除去金屬，由此，形成具有要求深度的減弱線。然而，控制電解拋光的減弱線的寬度會(huì)是困難的，特別是在盤材料相對(duì)較厚，且需要延長(zhǎng)電解拋光時(shí)間以達(dá)到要求的線深度的情況下更是如此。該特征限制了使用該方法來形成更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力，該復(fù)雜結(jié)構(gòu)包括多個(gè)彼此緊密靠近的溝槽。
[0004]也已經(jīng)提出直接使用激光來對(duì)破裂盤加工減弱線(弱化線)。這方面，美國專利申請(qǐng)公開2010/0140264和2010/0224603可作示例。還有以下的專利文獻(xiàn)是使用激光來形成卸壓裝置內(nèi)各種控制結(jié)構(gòu)的示例:2012年10月13日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/720,800號(hào)，其名稱為“Pressure Relief Device Having Laser-Defined Line of Opening(具有激光限定開口線的卸壓裝置)” ;2012年7月18日提交的美國專利申請(qǐng)第13/552，165號(hào)，其名稱為“Rupture Disc Having Laser-Defined Reversal Initiat1n and Deformat1nControl Features(具有激光限定反向啟動(dòng)和變形控制特征的破裂盤)” ；2013年2月28日提交的美國專利申請(qǐng)第13/780，729號(hào)，其名稱為“Rupture Disc Having Laser-DefinedLine of Weakness with Disc Opening and Ant1-Fragmentat1n Control Structures(具有帶盤開口和抗碎裂控制結(jié)構(gòu)的激光限定減弱線的破裂盤)”；本文以參見方式引入所有這些專利的全部?jī)?nèi)容。然而，根據(jù)用于機(jī)加工過程中激光的視場(chǎng)，迄今為止，盤控制結(jié)構(gòu)的激光加工的實(shí)踐在實(shí)際上限于一定尺寸的破裂盤。
[0005]所有掃描激光器包括光學(xué)器具(孔、透鏡等)，它們建立起可操作的視場(chǎng)?？刹僮鞯囊晥?chǎng)主要是橫越任何給定基體的激光的工作范圍，特別是當(dāng)激光器和工作表面相對(duì)于彼此固定就位時(shí)，可被加工的區(qū)域之間的最大空間，其以度數(shù)或距離單位來測(cè)定。在激光銑削操作過程中，在激光器和/或破裂盤之間實(shí)現(xiàn)任何相對(duì)的變換通常是認(rèn)為不理想的。因?yàn)檫@些激光銑削操作涉及在破裂盤任何特殊部位上除去某些但不是全部的盤材料，所以，精密控制除去材料深度是銑削操作的一個(gè)重要方面。除去材料的深度一般地取決于撞擊在工作表面的任何特殊點(diǎn)上的激光所供應(yīng)的總能量。激光供應(yīng)的燒蝕能量越多，則可形成的控制結(jié)構(gòu)深度越深。
[0006]為了避免在盤材料內(nèi)形成熱影響區(qū)域，并為了達(dá)到除去盤材料要求的深度，盤控制結(jié)構(gòu)的激光銑削操作通常以橫貫(across)盤表面的多個(gè)連續(xù)的激光束道次進(jìn)行。必須小心描繪這些激光束道次通過期間所遵循的激光路徑，使得激光束不會(huì)意外地比達(dá)到要求深度所需的次數(shù)更多次地撞擊在盤表面的一點(diǎn)上。如果允許激光束比要求的能量還多的能量提供給特殊點(diǎn)，諸如提供到橫向受激光照射的溝槽的相交點(diǎn)，則交點(diǎn)處除去材料的深度可比所要求的還深，在某些實(shí)例中，可完全穿透盤材料。為了避免這些問題，禁止激光器和工作表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榧す馄骱凸ぷ鞅砻嫦鄬?duì)的重新定位會(huì)增大除去比要求除去材料還多的盤材料量的風(fēng)險(xiǎn)，可能導(dǎo)致不理想的盤控制特性。在實(shí)用的意義上說，這意味著盤內(nèi)正在銑削的全部控制結(jié)構(gòu)必須駐留在所使用的掃描激光器的視場(chǎng)之內(nèi)。
[0007]—般地說，激光器的視場(chǎng)越大，則激光器就越貴。因此，與激光器獲得相關(guān)的投資成本，一般地將激光銑削控制特征限制在小直徑的破裂盤上。工業(yè)上對(duì)于大直徑的卸壓裝置有許多應(yīng)用，包括大直徑的破裂盤和破裂孔，它們可從諸如以上所列參考文獻(xiàn)描述的結(jié)構(gòu)的控制結(jié)構(gòu)的使用中獲益。然而，大規(guī)?？刂铺卣鞯募す忏娤饕呀?jīng)受到限制，因?yàn)樵诩す馄鞯囊晥?chǎng)之外，不能在如此卸壓裝置內(nèi)執(zhí)行銑削操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明克服了上述問題，并提供用來形成具有較大尺寸的卸壓裝置控制結(jié)構(gòu)的方法，該尺寸大于在銑削操作中所用特定激光的視場(chǎng)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種在卸壓裝置中形成激光限定控制結(jié)構(gòu)的方法，該控制結(jié)構(gòu)包括多個(gè)控制結(jié)構(gòu)段。該方法包括提供卸壓裝置，該卸壓裝置包括一對(duì)相對(duì)的表面、中區(qū)和與所述中區(qū)保持圍繞關(guān)系的外凸緣區(qū)。卸壓裝置的相對(duì)表面中的一個(gè)表面的至少一部分被分隔為多個(gè)小塊，其中至少兩個(gè)對(duì)應(yīng)于該一個(gè)表面的控制結(jié)構(gòu)段待定位在其中的區(qū)域。由掃描激光器產(chǎn)生的激光束穿過該一個(gè)表面的對(duì)應(yīng)于一個(gè)所述小塊的區(qū)域，由此，形成一個(gè)控制結(jié)構(gòu)段。其后，改變激光器和卸壓裝置的相對(duì)位置，激光束穿過該一個(gè)表面的對(duì)應(yīng)于另一個(gè)小塊的區(qū)域，由此，形成另一個(gè)控制結(jié)構(gòu)段。
[0010]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種在卸壓裝置中形成激光限定控制結(jié)構(gòu)的方法，該控制結(jié)構(gòu)包括多個(gè)控制結(jié)構(gòu)段。該方法包括提供卸壓裝置，該卸壓裝置包括一對(duì)相對(duì)的表面、中區(qū)和與所述中區(qū)保持圍繞關(guān)系的外凸緣區(qū)。卸壓裝置的相對(duì)表面中的一個(gè)表面的至少一部分被分隔為多個(gè)小塊，其中至少兩個(gè)小塊對(duì)應(yīng)于該一個(gè)表面的控制結(jié)構(gòu)段待定位在其中的區(qū)域。由掃描激光器產(chǎn)生的激光束穿過該至少兩個(gè)小塊的區(qū)域，由此，形成控制結(jié)構(gòu)段。掃描激光器具有的視場(chǎng)小于該控制結(jié)構(gòu)上兩個(gè)最遠(yuǎn)點(diǎn)之間的距離。該穿過步驟導(dǎo)致在相鄰控制結(jié)構(gòu)段之間形成中間區(qū)域。該中間區(qū)域?qū)?yīng)于相鄰小塊之間的邊界并具有卸壓裝置材料厚度，該厚度大于在相鄰控制結(jié)構(gòu)中任一個(gè)結(jié)構(gòu)的最深點(diǎn)處的卸壓裝置材料厚度。
【附圖說明】
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的卸壓裝置的平面圖，該卸壓裝置具有由拼接銑削操作形成的激光限定開口線；
[0012]圖2是示例性小塊型式的示意圖，該型式可用來在卸壓裝置內(nèi)形成控制結(jié)構(gòu)；
[0013]圖3是小塊和開口線的駐留在該小塊內(nèi)的部分的局部放大圖；
[0014]圖4-7是相鄰小塊和開口線的駐留在這些小塊內(nèi)的部分的局部放大圖，其示出了用來形成圖1中開口線的順序銑削操作；
[0015]圖8是完成的激光限定開口線以及包括各