專利名稱：鋼管用螺紋接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于連接如石油工業(yè)用管材(OCTG)等 鋼管、立管、干線用管等的螺紋接頭，該石油工業(yè)用管材包括 用于開采油井和天然氣井以及生產(chǎn)原油和天然氣的油管 (tubing)和套管(casing)。特別地，本發(fā)明涉及一種能夠使 銷(pin)在傾斜狀態(tài)下容易地插入并且在螺紋部具有優(yōu)異的耐 擦傷性(galling resistance )的鋼管用螺紋接頭。
背景技術(shù)：
鋼管用螺紋接頭由銷和箱(box)構(gòu)成，該銷是具有設(shè)置在 第一管狀構(gòu)件的端部的陽螺紋(外螺紋)的部件，該箱是具有 設(shè)置在第二管狀構(gòu)件的端部的陰螺紋(內(nèi)螺紋)的部件。通過 均是典型的錐形螺紋的陽螺紋和陰螺紋的螺紋接合來實(shí)現(xiàn)接頭 的連接。典型地，第一管狀構(gòu)件是如石油工業(yè)用管材等管，第 二管狀構(gòu)件是管接頭(coupling)形式的單獨(dú)構(gòu)件。(這種類型 的鋼管用螺紋接頭被稱為管接頭型)。在該配置中，銷形成在管 的兩端，箱形成在管接頭的兩側(cè)。
另一種類型的鋼管用接頭是不使用管接頭的整體型，這種 類型的鋼管用接頭的銷形成在管的 一端的外表面上，箱形成在 管的另一端的內(nèi)表面上。在這種類型的螺紋接頭中，第一管狀 構(gòu)件是第一管，第二管狀構(gòu)件是第二管。
過去，主要4吏用由API (美國(guó)石油協(xié)、會(huì)，the American Petroleum Institute)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)螺紋4妄頭來連接石油工業(yè)用管 材。然而，近年來，由于原油和天然氣的開采和生產(chǎn)環(huán)境惡化， 因此，越來越多地使用被稱為高級(jí)接頭(premium joint)的特
4殊的高性能螺紋接頭。
在高級(jí)接頭中，銷和箱中的每一方除了具有能夠擰緊接頭 的錐形螺紋之外，還具有設(shè)置在螺紋附近的周面上的密封面和 在接頭的組裝期間用作抵接止動(dòng)件的臺(tái)肩面。該接頭被設(shè)計(jì)成 允許銷的密封面和箱的密封面之間的徑向干涉。如果擰緊接頭 直到銷的臺(tái)肩面和箱的臺(tái)肩面彼此抵接為止，則這些構(gòu)件的密 封面在接頭的整個(gè)外周彼此緊密接觸，并且由金屬與金屬直接 接觸來形成密封。臺(tái)肩面不僅在組裝期間起到抵接止動(dòng)件的作 用，還起到承擔(dān)作用在接頭上的壓縮載荷的作用。
圖l是典型的高級(jí)接頭型的管接頭型鋼管用螺紋接頭的示 意性說明圖。(A)是整體圖，(B)是其中一部分的放大圖。如
圖1(B)所示，鋼管用螺紋接頭具有銷1和箱2，該銷l是具有 設(shè)置在管的端部的陽螺紋的部件，該箱2是具有設(shè)置在管接頭的 兩側(cè)的陰螺紋的對(duì)應(yīng)部件。在銷l的外表面上，銷l具有錐形陽 螺紋ll和設(shè)置在銷頂部且與陽螺紋ll相鄰的被稱為唇的無螺紋 柱狀抵接部(下面被稱為唇狀部)12。唇狀部12在其外周面上 具有密封面13,在其端面上具有(扭矩)臺(tái)肩面14。
與銷1相對(duì)的箱2具有可以分別與銷1的錐形陽螺紋11 、金屬 密封面13和臺(tái)肩面14接合或抵接的錐形陰螺紋21 、密封面23和 臺(tái)肩面24。箱的頂端的 一些陰螺紋(在所示出的例子中是4個(gè)螺 紋)是不與銷的螺紋完全接合的非接合螺紋。在這種情況下， 銷的內(nèi)端的對(duì)應(yīng)一些陽螺紋是不具有與陰螺紋完全接合所需的 期望陽螺紋形狀的不完整螺紋。在銷或箱或二者的該位置存在 不完整螺紋對(duì)于在接頭的組裝時(shí)銷的平滑插入是必須的。在一 些接頭中，靠近銷的密封面的頂側(cè)的陽螺紋是不與箱的陰螺紋 接合的不完整螺紋。
如圖中所示，具有臺(tái)肩面作為端面的唇狀部被典型地設(shè)置
5在銷的頂端，但是也可以將唇狀部設(shè)置在箱的頂端或者將唇狀 部設(shè)置在銷和箱二者的頂端。
圖2是用于說明以API偏梯形螺紋為代表的梯形螺紋的形 狀和尺寸的示意圖。如在圖l中那樣，ll是陽螺紋，21是陰螺紋。
在高級(jí)接頭中使用的螺紋通常是仿效該A PI偏梯形螺紋的梯形
螺紋。對(duì)于很多螺紋，螺紋的縱橫比(高度與寬度之比)，牙側(cè)
角(flank angle)(螺紋側(cè)面或牙側(cè)的傾斜角度)等幾乎都完全 復(fù)制API偏梯形螺紋的尺寸。
在圖2中，在具有5 TPI (每英寸5個(gè)螺紋)的螺距的API偏 梯形螺紋的情況下，螺紋高度74、即陽螺紋的牙頂?shù)母叨仁?1.575mm, 7 義載牙側(cè)面(loading flank,螺紋的沿銷的插入方向 位于后側(cè)的側(cè)面)的牙側(cè)角71 (承載牙側(cè)角)是3°,插入牙側(cè) 面(stabbing flank,螺紋的沿銷的插入方向4立于前側(cè)的側(cè)面) 的牙側(cè)角72(插入牙側(cè)角)是10°,陽螺紋的插入牙側(cè)面和陰螺 紋的插入牙側(cè)面之間的沿4妻頭的軸向的間隔73(插入牙側(cè)間隙) 的平均值是大約100jim ( 30-180|im)。
當(dāng)直井(vertical well)占主流時(shí)，如果鋼管用螺紋接頭能 夠承受由于連接至該鋼管用螺紋接頭的管的重量而產(chǎn)生的拉伸 載荷并且能夠防止通過該螺紋接頭的內(nèi)部的高壓流體的泄漏， 則該鋼管用螺紋接頭就足夠地發(fā)揮了作用。然而，近年來，由 于井變得越來越深、井眼在地下彎曲的傾斜井或水平井在增加、 并且在如海洋或極地等較惡劣的環(huán)境中的井的開發(fā)在增加，因 此，要求螺紋接頭具有包括耐壓縮性能、耐彎曲性能、抵抗外 壓的密封性能以及現(xiàn)場(chǎng)使用的容易性的多種性能。
關(guān)于鋼管用螺紋接頭的螺紋形狀，下面列出的專利文獻(xiàn)1 說明了一種鋼管用螺紋接頭，在該鋼管用螺紋接頭中，銷和箱 二者的螺紋、即陽螺紋和陰螺紋二者都具有兩段式插入形狀，該兩段式插入形狀具有通過沿直線或曲線移除螺紋的牙頂和插入牙側(cè)面之間的區(qū)域而得到的倒角。倒角部起到作為當(dāng)將銷插入到箱中時(shí)進(jìn)行接觸的第 一 區(qū)域的接觸面的功能。該接觸面的
用途是如果在將銷插入到箱中時(shí)銷和箱沿軸向不對(duì)齊，則通
過銷的接觸面和箱的4妄觸面的接觸來利于插入。
下面列出的專利文獻(xiàn)2說明了 一種類似的管接頭。即，在銷和箱二者的螺紋的插入牙側(cè)面上設(shè)置轉(zhuǎn)角倒角(cornerchamfer )。當(dāng)將銷插入到箱中時(shí)，轉(zhuǎn)角倒角彼此接合而有利于銷的插入。
專利文獻(xiàn)1和2二者都通過銷和箱在插入牙側(cè)面和牙頂之間的倒角部之間產(chǎn)生接觸來防止插入角度的不對(duì)齊并且有利于插入。因此，必須在銷和箱二者上設(shè)置倒角，如果僅在兩個(gè)構(gòu)件中的一個(gè)上設(shè)置倒角，則不能實(shí)現(xiàn)想要的效果。
在下面列出的專利文獻(xiàn)3中，公開了 一種被稱為"圓筒-圓錐管接頭，，的鋼管用螺紋接頭。該螺紋接頭具有位于圓筒狀螺紋區(qū)域的完整螺紋和位于部分圓錐狀(frust-conical)螺紋區(qū)域的不完整螺紋。對(duì)于箱，僅在不完整螺紋的插入牙側(cè)面中形成45°斜切部(bevel)的高度是螺紋高度的大約一半的兩段式插入形狀，由此有利于銷的插入。然而，不對(duì)銷的陽螺紋與箱的陰螺紋接合所在的完整螺紋實(shí)施這種大斜切(倒角)。此外，該文獻(xiàn)中公開的螺紋接頭被設(shè)計(jì)為平行螺紋而不是錐形螺紋。
在下面列出的專利文獻(xiàn)4中，如這里所附的圖3所示，提出了 一種鋼管用螺紋接頭，該鋼管用螺紋接頭在密封面13和銷1的端部的臺(tái)肩面14之間設(shè)置鼻部15。銷1的鼻部15不接觸箱2的相對(duì)部分。另一方面，銷的密封面13和箱的密封面23彼此接觸，銷的臺(tái)肩面14和箱的臺(tái)肩面24彼此接觸。通過延伸銷的唇狀部并且在超過密封面的位置設(shè)置非接觸的鼻部15,能夠增大有限的管壁厚中的唇狀部的壁厚并且相應(yīng)地增大臺(tái)肩面和密封面的厚度，能夠顯著地提高管螺紋接頭的耐壓縮性及抵抗外壓的密封性能。
專利文獻(xiàn)l W092/15815專利文獻(xiàn)2美國(guó)專利第6，322，110號(hào)專利文獻(xiàn)3美國(guó)專利第4,398，756號(hào)(圖5)專利文獻(xiàn)4 WO2004/10917
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鋼管用螺紋接頭，即使當(dāng)銷傾斜時(shí)，該鋼管用螺紋接頭也能夠使銷容易地插入到箱中，利用該鋼管用螺紋接頭，在組裝時(shí)不容易發(fā)生銷和箱的螺紋的插入牙側(cè)面的擦傷。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過為銷和箱中的任一方的接合螺紋(完整螺紋)的插入牙側(cè)面賦予滿足規(guī)定條件的實(shí)質(zhì)倒角以形成兩段插入牙側(cè)面來實(shí)現(xiàn)上述目的。
如上述專利文獻(xiàn)1和2所提出的那樣，如果銷和箱的螺紋的插入牙側(cè)面都被賦予倒角，則盡管銷的插入變得容易，但是成本增加，并且螺紋組裝時(shí)的穩(wěn)定性降低。結(jié)果，如果壓縮載荷變大，則不再能夠獲得足夠的擰緊力，導(dǎo)致耐壓縮性降低。相反地，在本發(fā)明中，由于僅在銷和箱中的一方的螺紋的插入牙側(cè)面上形成倒角，因此能夠?qū)崿F(xiàn)銷插入的容易性，同時(shí)，使由于形成倒角而對(duì)螺紋組裝的穩(wěn)定性和耐壓縮性的不利影響最小化。
本發(fā)明的鋼管用螺紋接頭包括作為管狀構(gòu)件的銷，其具有陽(或外)螺紋；以及作為管狀構(gòu)件的箱，其具有陰(或內(nèi))螺紋，其中，陽螺紋和陰螺紋是至少具有完整螺紋部和可選地具有不完整螺紋部的錐形螺紋，至少完整螺紋部中的螺紋具有
大致梯形螺紋形狀，并且螺紋由螺紋槽底(root)相互分開，
該梯形螺紋形狀具有牙頂、承載牙側(cè)面和插入牙側(cè)面。術(shù)語"大
致梯形螺紋形狀"表示如果忽略錐形螺紋的錐度，則螺紋形狀
是梯形。
在根據(jù)本發(fā)明的鋼管用螺紋接頭中，箱或銷的完整螺紋部中的螺紋的至少一部分具有兩段式插入形狀，該兩段式插入形狀具有帶倒角的插入牙側(cè)面。
兩段式插入形狀的插入牙側(cè)角a是5-45。，倒角角度P是20-60。，并且兩段式插入形狀滿足以下條件(1)或(2):
(1 )兩段式插入形狀的倒角的高度h與銷的螺紋高度H之比h/H是0.25-0.50 (即，0.25<固<0.50 );或者
(2)滿足以下不等式(3),
/z' — "1 —Sin"-,sin伊/2 — a/2」cos
W = ^_^_^ + ;x;. sin a - _y. sin伊/ 2 - a/2Jcos a
(2)
、 . ， . (3)
在這些式中，a是兩段式插入形狀的插入牙側(cè)角(度)；卩是兩段式插入形狀的倒角角度(度)，H是銷螺紋的螺紋高度(mm), h是兩段式插入形狀的倒角高度(mm)， x是銷的螺紋牙頂處的插入牙側(cè)面的曲率半徑(mm)， y是兩l殳式插入形狀的倒角開始點(diǎn)處的曲率半徑(mm ), z是兩段式插入形狀的螺紋牙頂處的曲率半徑(mm)。
兩段式插入形狀的倒角的開始點(diǎn)指的是倒角部和未倒角部之間的邊界、即倒角的位于螺紋槽底側(cè)的部分(參見下面說明
9的圖4和圖5 )。
在上式中，由等式(1 )所給出的h，定義具有兩段式插入形
狀的螺紋的插入牙側(cè)面的倒角部的截面積，由等式(2)所給出的H ，定義具有兩|殳式插入形狀的螺紋的插入牙側(cè)面的未倒角部(即，插入牙側(cè)面的比倒角部靠近螺紋槽底的部分)的截面積。因此，不等式(3 )中的h，/ ( h，+H，)表示具有兩段式插入形狀的螺紋的插入牙側(cè)面的倒角部的截面積與插入牙側(cè)面的整個(gè)截面積之比(下面被稱為倒角截面積比)。即，不等式(3)規(guī)定了倒角截面積比位于對(duì)應(yīng)于比值h/H是0.2 5的值(或當(dāng)比值h/H是0.25時(shí)的值)與對(duì)應(yīng)于比值h/H是0.50的值(或當(dāng)h/H是0.50時(shí)的值)之間。
具有如上所述的形狀的倒角的兩段式插入形狀被提供給鋼管用螺紋接頭的銷或箱、即僅一個(gè)管狀構(gòu)件(下文中，該構(gòu)件被稱為第一管狀構(gòu)件)的完整螺紋部中的螺紋的至少一部分的插入牙側(cè)面，并且不被提供給另一個(gè)管狀構(gòu)件(下文中被稱為第二管狀構(gòu)件)的完整螺紋部中的螺紋。優(yōu)選地，第一管狀構(gòu)件的完整螺紋部中的主要部分的螺紋(例如至少80%的螺紋)具有兩段式插入形狀。更優(yōu)選地，第一管狀構(gòu)件的完整螺紋部中的所有螺紋都具有兩段式插入形狀。
如現(xiàn)有技術(shù)已知的那樣，完整螺紋部指的是具有設(shè)計(jì)用于螺紋部的完整形狀的螺紋所在部分。
對(duì)于兩段式插入形狀，優(yōu)選插入牙側(cè)角a是8-15。，倒角角度P是20-40。。倒角高度h與銷的螺紋高度H之比h/H優(yōu)選是0.3-0.4。類似地，倒角截面積比優(yōu)選滿足以下不等式(3，)(在該式中，各符號(hào)的含義與上述含義相同)
A,,^^^^,, ( 3，)
10根據(jù)本發(fā)明的鋼管用螺紋接頭優(yōu)選適用于上述高級(jí)接頭。 即，在優(yōu)選實(shí)施方式中，銷和箱二者都具有螺紋、被設(shè)置在螺 紋附近的周面上的密封面、以及由銷和箱中的一方的端面及銷 和箱中的另 一方的與該端面接觸的表面構(gòu)成的臺(tái)肩面。在這種 鋼管用螺紋接頭中，臺(tái)肩面能夠承受壓縮載荷的一部分，因此， 即使當(dāng)通過在根據(jù)本發(fā)明的銷和箱中的 一 方的完整螺紋部中的 螺紋的插入牙側(cè)面上設(shè)置倒角來形成兩段式插入形狀時(shí)，該螺 紋接頭也能夠維持高的耐壓縮性。
在銷和箱中，至少具有兩段式插入形狀的螺紋的構(gòu)件的接
觸面、即至少上述第 一 管狀構(gòu)件的接觸面優(yōu)選具有形成在該接 觸面上的從以下覆層選取的至少一層表面處理覆層電鍍覆層、 磷酸鹽覆層、固體潤(rùn)滑覆層、半固體潤(rùn)滑覆層和粘性液體潤(rùn)滑 覆層。這里，接觸面指的是銷和箱的在接頭組裝時(shí)彼此接觸的 表面。在高級(jí)接頭的情況下，接觸面是螺紋、密封面和臺(tái)肩面。 當(dāng)銷和箱二者的接觸面都具有表面處理覆層時(shí)，設(shè)置上述
兩段式插入形狀的構(gòu)件可以是銷或箱。結(jié)果，能夠抑制銷插入 時(shí)對(duì)表面處理覆層的破壞，并且能夠獲得良好的插入能力和螺 紋的良好耐擦傷性。在這種情況下，如果倒角角度P大，則銷和 箱的能夠進(jìn)行滑動(dòng)接觸的面積增大。結(jié)果，進(jìn)一步減小了對(duì)于 表面處理覆層的破壞，并且進(jìn)一步增強(qiáng)了螺紋的耐擦傷性。
當(dāng)僅銷和箱中的一方的接觸面上具有表面處理覆層時(shí)，表 面處理覆層優(yōu)選形成在具有兩段式插入形狀的螺紋的構(gòu)件(即 第一管狀構(gòu)件)上。例如，當(dāng)不在銷表面而僅在箱表面上形成 表面處理覆層時(shí)，優(yōu)選為箱螺紋的插入牙側(cè)面賦予倒角，以形 成兩段式插入形狀。結(jié)果，在將銷插入到箱中時(shí)，螺紋部中的 銷螺紋和箱螺紋之間的接觸點(diǎn)從箱螺紋的插入牙側(cè)面的牙頂朝 向槽底逐漸移動(dòng)。因此，對(duì)表面處理覆層的石皮壞減小，并且維
11持螺紋的良好耐#察傷性。如果銷和箱二者的螺紋的插入牙側(cè)面 都不具有倒角，則在銷插入時(shí)，僅箱螺紋的牙頂和插入牙側(cè)面 之間的邊界附近一直接觸被插入的銷的螺紋，因此，該部分的 表面處理覆層被嚴(yán)重破壞，并且螺紋的耐擦傷性大幅降低。本 發(fā)明防止了這種石皮壞。
根據(jù)本發(fā)明的鋼管用螺紋接頭使由于為螺紋的插入牙側(cè)面 賦予倒角而對(duì)耐壓縮性的不利影響最小化，并且容易地將銷插 入到箱中。結(jié)果，即使當(dāng)銷在插入時(shí)傾斜或者銷的插入方向稍 微偏移，也能夠容易地插入銷。另外，當(dāng)銷和箱中的至少一方 具有表面處理覆層而為銷和箱的接觸面賦予潤(rùn)滑性能時(shí)，抑制 了對(duì)覆層的破壞。結(jié)果，在組裝時(shí)難以發(fā)生銷和箱的螺紋的插 入牙側(cè)面的損傷，并且提高了螺紋接頭的耐擦傷性。
圖l的(A)是被稱為高級(jí)接頭的典型的傳統(tǒng)的管接頭型鋼 管用螺紋接頭的示意性縱剖視圖，圖l的(B)是該鋼管用螺紋 接頭的銷的頂端附近的放大圖。
圖2是用于說明以API偏梯形螺紋為代表的梯形螺紋的形 狀和尺寸的示意性縱剖視圖。
圖3是唇狀部-陂加長(zhǎng)的鋼管用螺紋接頭的示意性縱剖視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)箱的螺紋的插入牙側(cè)面具有兩段式 插入形狀時(shí)銷和箱的螺紋的插入牙側(cè)面的形狀的說明圖。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)銷的螺紋的插入牙側(cè)面具有兩 段式插入形狀時(shí)銷和箱的螺紋的插入牙側(cè)面的形狀的說明圖。
圖6是示出實(shí)施例的結(jié)果的圖。
附圖標(biāo)記列表
1:銷，2:箱，11:陽螺紋，12:唇狀部，13:銷的密封面，14:銷的端部處的臺(tái)肩面，15:鼻部，21:陰螺紋，23: 箱的第一密封面，24:箱的臺(tái)肩面，32:箱的周向槽，71:承 載牙側(cè)角，72:插入牙側(cè)角，73:插入間隙，74:銷螺紋的高 度
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明。 在下面的說明中，除非特別指出，術(shù)語"螺紋"表示完整螺 紋部中的螺紋。
根據(jù)本發(fā)明的鋼管用螺紋接頭可適用于管接頭型或整體 型。在管接頭型的情況下，典型地，在管的兩端形成銷，在管 接頭的兩側(cè)形成箱，但是，相反的組合也是可以的。
鋼管用螺紋4妄頭由具有陽螺紋或外螺紋的銷和具有陰螺紋 或內(nèi)螺紋的箱構(gòu)成。陽螺紋和陰螺紋二者均是至少具有 一個(gè)完 整螺紋部和可選地具有不完整螺紋部的錐形螺紋，至少完整螺 紋部中的螺紋具有大致梯形螺紋形狀并且相鄰的螺紋由螺紋槽 底彼此分開，該梯形螺紋形狀具有牙頂、承載牙側(cè)面和插入牙 側(cè)面。
鋼管用螺紋接頭優(yōu)選為高級(jí)接頭式，在該接頭中，如圖l 所示，銷1和箱2分別具有螺紋11和21、密封面13和23以及臺(tái)肩 面14和24。在所示出的例子中，銷端部的端面一皮制成臺(tái)肩面， 并且密封面形成在銷和箱的位于臺(tái)肩面附近并且靠近銷的頂端 的周面上。然而，代替這種配置或除了這種配置之外，可以在 箱的端部形成臺(tái)肩面，密封面可以形成在箱和銷的位于該臺(tái)肩 面附近的周面上。
如圖3所示，接頭的更優(yōu)選形狀是銷1的超過密封面13的 銷的頂端的長(zhǎng)度(即，密封面13和銷的端部處的臺(tái)肩面14之間的沿接頭的軸向的距離)被加長(zhǎng)，并且設(shè)置銷的周面和箱的周 面彼此不接觸的非接觸區(qū)域(鼻部)15。具有該非接觸區(qū)域15 的鋼管用螺紋接頭具有特別良好的耐壓縮性，并且在組裝時(shí)具 有優(yōu)異的耐擦傷性。
在根據(jù)本發(fā)明的鋼管用螺紋接頭中，為至少一部分螺紋、 優(yōu)選至少螺紋的主要部分、并且更優(yōu)選箱和銷中的任一個(gè)構(gòu)件 (第一管狀構(gòu)件)的完整螺紋部中的所有螺紋的插入牙側(cè)面提 供具有帶倒角的插入牙側(cè)面的兩段式插入形狀。在兩段插入牙
側(cè)面形狀中，插入牙側(cè)角a是5。-45。，優(yōu)選是8°-15。，倒角角度(3 是20°-60°，優(yōu)選是20°-40°。
圖4和圖5示意性示出了在箱的陰螺紋具有兩段式插入形狀 的情況下(圖4 )和銷的陽螺紋具有兩段式插入形狀的情況下(圖 5 )的銷和箱的螺紋的插入牙側(cè)面的沿接頭的軸向的截面形狀。 如這些圖所示，插入牙側(cè)角a是插入牙側(cè)面(在兩段式插入形 狀的情況下是形成倒角之前的插入牙側(cè)面，即，在兩段中，靠 近螺紋槽底的下部插入牙側(cè)面，下文也稱為"未倒角部")與垂 直于接頭軸線的平面之間的夾角。倒角角度P是插入牙側(cè)面的倒 角部(在兩段中，靠近螺紋牙頂?shù)纳喜坎迦胙纻?cè)面)與垂直于 接頭軸線的平面之間的夾角。如圖2所示，螺紋接頭的插入牙側(cè) 角和承載牙側(cè)角中的每一方在銷和箱之間具有相同的角度。
如果兩段式插入形狀的插入牙側(cè)角a (對(duì)應(yīng)于銷和箱中的 每一方的完整螺紋部中的插入牙側(cè)角)小于5。，則插入牙側(cè)面 的傾斜太小，銷的插入變得困難，并且易于發(fā)生插入牙側(cè)面的 擦傷。如果兩段式插入形狀的倒角角度(3小于20。，則倒角基本 上不起作用。如果插入牙側(cè)角a超過45。和/或倒角角度(3超過 60°,則插入牙側(cè)面的傾斜變得太大，不能穩(wěn)定地支撐銷插入時(shí) 的壓縮載荷，螺紋接頭的耐壓縮性降低，由于變得易于發(fā)生泄
14漏而導(dǎo)致對(duì)密封性能產(chǎn)生不利影響。
對(duì)于倒角高度h、倒角截面積以及倒角角度P,兩段式插入 形狀的倒角的形狀具有最佳范圍。
倒角高度h(倒角部的沿垂直于接頭軸線的方向的高度)被 設(shè)定成使得倒角高度h與銷的螺紋高度H之比(h/H )是
0.25-0.50。該比值h/H優(yōu)選是0.3-0.4。
關(guān)于倒角的截面積，倒角截面積(h，)與具有兩段式插入 形狀的螺紋的插入牙側(cè)面的總截面積(h，+H，)之比(h，/h，+H，) 滿足以下不等式(3 )。
COSy5
H —/7 —X
i/' =-+ x ■ sin oc — sin伊/ 2 — a/2 )
cosoc
(2)
,——______ 、 . (3)
如圖4和圖5所示，上式中的符號(hào)具有如下含義 (1 )當(dāng)具有兩段式插入形狀的插入牙側(cè)面形成在箱的陰螺 紋上時(shí)(圖4):
a:箱螺紋的插入牙側(cè)角(度)；p:箱螺紋的插入牙側(cè)面 的倒角角度(度)，H:銷螺紋的螺紋高度(mm), h:箱螺紋 的插入牙側(cè)面的倒角高度(mm), x:銷螺紋的牙頂處的插入牙 側(cè)面的曲率半徑(mm), y:箱螺紋的插入牙側(cè)面的倒角開始點(diǎn) 處的曲率半徑(mm)， z:箱螺紋的牙頂處的插入牙側(cè)面的曲率 半徑(mm L
(2 )當(dāng)具有兩段式插入形狀的插入牙側(cè)面形成在銷的陽螺 紋上時(shí)(圖5):
a:銷螺紋的插入牙側(cè)角(度)；p:銷螺紋的插入牙側(cè)面的倒角角度(度)，H:銷螺紋的螺紋高度(mm)， h'.銷螺紋 的插入牙側(cè)面的倒角高度(mm), x:銷螺紋的槽底處的插入牙 側(cè)面的曲率半徑(mm), y:銷螺紋的插入牙側(cè)面的倒角開始點(diǎn) 處的曲率半徑(mm), z:銷螺紋的牙頂處的插入牙側(cè)面的曲率 半徑(mm )。
在圖4和圖5中，x，分別是箱螺紋的槽底處的插入牙側(cè)面的 曲率半徑(mm)和牙頂處的插入牙側(cè)面的曲率半徑(mm)。
在銷或箱的螺紋形狀中，通常對(duì)牙側(cè)面(.插入牙側(cè)面和承 載牙側(cè)面)與螺紋槽底和螺紋牙頂之間的接合部進(jìn)行小量的倒 圓角。上述x、 x，和z是這種倒圓角的曲率半徑。
如已經(jīng)說明的那樣，等式(1 )中的h，表示插入牙側(cè)面的倒 角部的截面積，等式(2)中的H，表示插入牙側(cè)面的未倒角部 的截面積(插入牙側(cè)面的未通過倒角去除的部分，即，插入牙 側(cè)面的位于倒角的螺紋槽底側(cè)的部分)，不等式(3)中的h，/ (h，+H，)表示倒角部的截面積與插入牙側(cè)面的整個(gè)截面積之比 (倒角截面積比)。使倒角截面積比至少是對(duì)應(yīng)于比值h/H是 0.25的值，至多是對(duì)應(yīng)于比值h/H是0.5的值。使倒角截面積比 優(yōu)選至少是對(duì)應(yīng)于比值h/H是0.3的值，至多是對(duì)應(yīng)于比值h/H是 0.4的值。
即，在本發(fā)明中，由倒角高度比(h/H)或倒角截面積比[h，/ (h，+H，)]來規(guī)定倒角占插入牙側(cè)面的比例。倒角高度比(h/H) 較簡(jiǎn)單，但是其沒有考慮插入牙側(cè)面的倒圓角的效果。因此， 倒角截面積比[h，/ (h，+H，)]能夠更精確地量化倒角的效果。
如果倒角高度比(h/H)或倒角截面積比[h，/ ( h，+H，)]太 小，則設(shè)置倒角沒有意義。結(jié)果，當(dāng)銷被插入時(shí)銷的自由度小， 如果銷的插入方向稍微偏離，則發(fā)生不能容易地插入銷的螺紋 錯(cuò)扣(cross threading),并且螺紋的耐4察傷性降低。另一方面，
16如果倒角高度比或倒角截面積比太大，則壓縮時(shí)銷和箱的插入 牙側(cè)面的接觸面積減小，并且螺紋的耐壓縮性降低，導(dǎo)致螺紋 中易于發(fā)生泄漏。這是因?yàn)椴迦胙纻?cè)面的即使施加壓縮力也不 能接觸相對(duì)的構(gòu)件的倒角部不能支撐壓縮載荷。
具有兩段式一翁入形狀的螺紋的插入牙側(cè)面的每個(gè)部分的曲
率半徑的優(yōu)選范圍是x、 x，、 y和z中的每一個(gè)均是0.1-1.8mm。
根據(jù)本發(fā)明的在插入牙側(cè)面具有倒角的螺紋形狀適用于銷 和箱中的 一 方的完整螺紋部中的螺紋的插入牙側(cè)面，而另 一 個(gè)
構(gòu)件的完整螺紋部中的螺紋的插入牙側(cè)面不被倒角。對(duì)于不與 另 一 個(gè)構(gòu)件的螺紋接合的不完整螺紋，銷或箱的螺紋的插入牙 側(cè)面不需要具有兩段式插入形狀。然而，如已經(jīng)在上述專利文 獻(xiàn)3中提出的那樣，也可以在不完整螺紋上形成兩段插入形狀。 不完整螺紋的兩l殳式插入形狀可以是根據(jù)本發(fā)明的形狀，或者 可以是本發(fā)明的范圍以外的形狀。
銷的陽螺紋和箱的陰螺紋均是錐形螺紋，并且銷和箱的壁 厚朝向它們的頂端減小。如圖2所示，陽螺紋和陰螺紋的牙頂和 槽底可以平行于銷和箱的錐角，但是它們優(yōu)選平行于接頭軸線 (接頭軸線與管軸線的方向相同)，即，牙頂和槽底優(yōu)選不具有 傾斜。結(jié)果，減少了由于組裝時(shí)的插入角度的偏離所產(chǎn)生的問 題。
銷和箱的螺紋的承載牙側(cè)面相對(duì)于與接頭軸線垂直的面的 角度(承載牙側(cè)角)優(yōu)選在-5°至+5°的范圍內(nèi)。這里，當(dāng)傾斜 角度為負(fù)時(shí)，意p未著承載牙側(cè)面在銷的插入方向上從垂直于接 頭軸線的平面向后傾斜。
銷和箱二者的螺紋的承載牙側(cè)面都不具有倒角。然而，為
了使轉(zhuǎn)角圓化，通常對(duì)承載牙側(cè)面在銷和箱的螺紋的牙頂和槽 底處的兩端進(jìn)行倒圓角。如圖2所示，設(shè)置在承載牙側(cè)面的端部的倒圓角的曲率半徑通常小于設(shè)置在具有較大傾斜角度的插入 牙側(cè)面的端部的倒圓角的曲率半徑。承載牙側(cè)面的端部的曲率半徑通常至多是1.5mm,典型地至多是lmm。不必使陽螺紋和陰螺紋的所有螺紋都彼此螺紋接合。如圖1 的(A)所示，可以使箱的陰螺紋的沿接頭的軸向的長(zhǎng)度比銷 的陽螺紋的沿軸向的長(zhǎng)度長(zhǎng)，在組裝時(shí)，箱的頂端附近的陰螺 紋可以處于不與陽螺紋進(jìn)行螺紋接合的非接合狀態(tài)。如圖3所示，為了延長(zhǎng)陽螺紋以使陽螺紋盡可能地靠近與螺 紋相鄰的第一密封面的目的，可以在箱中設(shè)置周槽32，使得靠 近銷的頂端的陽螺紋不與箱的第 一 密封面附近的陰螺紋進(jìn)行螺 紋接合。結(jié)果，提高了唇狀部的剛性，導(dǎo)致接頭的耐壓縮性增 強(qiáng)。為了相同的目的，可以通過型鍛(swaging )或鐓鍛 (upsetting)朝向臺(tái)肩面逐漸增大銷和箱的壁厚(內(nèi)徑逐漸減如圖3所示，可以在銷和箱的臺(tái)肩面的兩側(cè)形成倒角。結(jié) 果，管接頭的內(nèi)表面上的銷和箱的聯(lián)接部的外周的圓度增大， 防止了在內(nèi)部流動(dòng)的流體的湍流(turbulence )。鋼管用螺紋接頭可以具有靠近箱的頂端的第二唇狀部，或 者可以在箱的頂端附近設(shè)置第二密封面。至少銷和箱中的具有帶兩段插入牙側(cè)面的一方的螺紋的接 觸面優(yōu)選具有至少 一 層從以下覆層中選取的表面處理覆層電 鍍覆層、磷酸鹽覆層、固體潤(rùn)滑覆層、半固體潤(rùn)滑覆層和粘性 液體潤(rùn)滑覆層。當(dāng)銷和箱都具有這種表面處理覆層時(shí)，具有兩 段倒角形狀的插入牙側(cè)面的螺紋可以是銷或箱的螺紋。另 一方 面，當(dāng)僅在銷或箱中的一方上形成表面處理覆層時(shí)，具有兩段 式插入形狀的倒角優(yōu)選形成在形成有表面處理覆層的構(gòu)件的螺 紋的4翁入牙側(cè)面上。在管接頭型鋼管用螺紋接頭的情況下，比較容易對(duì)比管短 的管接頭、即箱施加表面處理。在這種情況下，箱的完整螺紋 部中的至少 一 部分螺紋的插入牙側(cè)面設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的兩段 式插入形狀。
這種表面處理覆層通常具有潤(rùn)滑性，因此，具有提高耐4寮 傷性的效果。因此，在具有螺紋部、密封面和臺(tái)肩面的高級(jí)接 頭式的鋼管用螺紋接頭的情況下，表面處理覆層優(yōu)選形成在包 括螺紋部、密封面和臺(tái)肩面的整個(gè)接觸面上。在箱的情況下， 表面處理覆層可以形成在箱的整個(gè)內(nèi)表面上。
當(dāng)表面處理-霞層為電鍍覆層時(shí)，優(yōu)選如Sn基合金(如Sn與 從Bi、 In、 Ni、 Zn和Cu選取的至少 一種金屬的合金)等具有較 低硬度的金屬材料的覆層。電鍍覆層可以是具有至少兩層的多 層電鍍覆層。電鍍覆層的覆層厚度優(yōu)選在l-40jim的范圍內(nèi)。為 了增大電鍍覆層的粘附性，可以施加例如鎳或銅的薄鍍層用作 下層。
磷酸鹽覆層優(yōu)選是磷酸錳覆層或磷酸鋅覆層。磷酸鹽覆層 是包括纏繞針狀晶體的多孔覆層。當(dāng)稍后將說明的被稱為涂料 (dope)或潤(rùn)滑覆層的油脂形成在覆層頂部時(shí)，這種覆層引起 保持力的增大。因此，不是自身形成磷酸鹽覆層，而是優(yōu)選將 其作為底覆層(undercoat layer )形成。然而，如果在現(xiàn)場(chǎng)組裝 之前涂布涂料，則磷酸鹽覆層可以形成為單獨(dú)覆層。磷酸鹽覆 層的厚度通常是3-40(im。
固體潤(rùn)滑^隻層可以是例如日本特開2001-6575l號(hào)公報(bào)、日 本凈爭(zhēng)開2002-221288號(hào)/>才艮、曰本對(duì)爭(zhēng)開2002畫327875號(hào)乂>才艮和曰 本特開2002-348578號(hào)公報(bào)所公開的包括分散在粘合劑中的潤(rùn) 滑粉末的烘焙覆層。半固體潤(rùn)滑覆層或粘性液體潤(rùn)滑覆層可以 是如日本特開2002-173692號(hào)/〉報(bào)和日本特開2004-53013號(hào)乂>報(bào)所公開的含有各種潤(rùn)滑組分的覆層和基礎(chǔ)油。
可以形成一層或多層這些潤(rùn)滑覆層。當(dāng)形成兩層時(shí)，優(yōu)選 下層是固體潤(rùn)滑覆層并且上層是粘性液體潤(rùn)滑覆層或半固體潤(rùn) 滑覆層，這是因?yàn)檫@種配置產(chǎn)生了增強(qiáng)耐擦傷性的效果。當(dāng)存 在兩層潤(rùn)滑覆層時(shí)，優(yōu)選上層潤(rùn)滑覆層是具有高流動(dòng)性的粘性 液體潤(rùn)滑覆層，而不是半固體潤(rùn)滑覆層。
固體潤(rùn)滑覆層優(yōu)選含有潤(rùn)滑粉末的覆層、即由適當(dāng)?shù)挠袡C(jī) 或無機(jī)粘合劑來結(jié)合潤(rùn)滑粉末的顆粒的潤(rùn)滑覆層。
用于固體潤(rùn)滑覆層的優(yōu)選潤(rùn)滑粉末的例子包括但不限于石
墨、MoS2 ( 二硫化鉬)、WS2 ( 二硫化鎢)、BN (氮化硼)、PTFE (聚四氟乙烯)、CFX (氟化石墨)和CaCOs (碳酸鈣)。在這些 材料之中，更優(yōu)選石墨、氟化石墨、MoSd。WS2。這些材料具 有層狀晶體結(jié)構(gòu)，在該層狀晶體結(jié)構(gòu)中，晶面內(nèi)的結(jié)合強(qiáng)度遠(yuǎn) 高于晶體面之間的結(jié)合強(qiáng)度，導(dǎo)致容易出現(xiàn)賦予滑動(dòng)效果的分
層，并且這些材料適于提高耐擦傷性。
可以使用有機(jī)和/或無機(jī)膜形成物質(zhì)作為固體潤(rùn)滑覆層的 粘合劑。有機(jī)膜形成物質(zhì)的例子是如環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂 和聚酰胺-酰亞胺樹脂等具有良好耐熱性的有機(jī)樹脂。無機(jī)膜形 成物質(zhì)包括如硅溶膠、烷氧基硅烷和鈦醇鹽等能夠形成金屬氧 化物覆層的有機(jī)或無機(jī)化合物。
可以通過將潤(rùn)滑粉末與能夠形成膜的粘合劑混合，將得到 的覆層組合物涂布到鋼管用螺紋接頭的接觸面，并且優(yōu)選進(jìn)行 加熱以烘焙覆層來形成固體潤(rùn)滑覆層。加熱溫度取決于特定的 粘合劑。在環(huán)氧樹脂的情況下，優(yōu)選溫度是大約150-250。C。優(yōu) 選的固體潤(rùn)滑覆層具有5-30(im的覆層厚度，并且覆層中的潤(rùn)滑 粉末的含量是10-50質(zhì)量％。
粘性液體或半固體潤(rùn)滑覆層優(yōu)選基本上不含有對(duì)環(huán)境和人體有害的如Pb、 Zn或Cu等重金屬的粉末。這種潤(rùn)滑覆層在基礎(chǔ)
油(如礦物油、高級(jí)脂肪酸酯和油脂等)中含有大量的各種潤(rùn) 滑性賦予成分(用作極壓劑的高堿性金屬鹽，例如高堿性磺酸
鉤、酚鹽、水楊酸鹽；蠟；和金屬急)中的一種或多種，并且 根據(jù)基礎(chǔ)油的粘性和固體成分的含量變成粘性液體或半固體。 也可以利用商業(yè)上可以得到的綠色涂料形成潤(rùn)滑覆層。粘性液 體或半固體潤(rùn)滑覆層的優(yōu)選厚度是10-200jim。
特別地，當(dāng)形成至少一層上述潤(rùn)滑覆層時(shí)，可以在擰緊操 作(組裝)之前不涂布涂料的情況下使用根據(jù)本發(fā)明的鋼管用 螺紋接頭，由此增大石油工業(yè)用管材的裝配效率。然而，當(dāng)未 形成潤(rùn)滑覆層時(shí)或者即使當(dāng)形成潤(rùn)滑覆層時(shí)，可以根據(jù)需要在 組裝之前涂布涂料。所使用的涂料優(yōu)選是基本上不含有對(duì)環(huán)境 和人體有害的如Pb等重金屬的粉末的被稱為綠色涂料的類型。 實(shí)施例
為了證明本發(fā)明的效果，對(duì)箱的完整螺紋部中的所有螺紋 的插入牙側(cè)面f武予倒角，以形成兩段式插入形狀，并且改變插 入牙側(cè)角a、倒角角度(3、倒角高度h和各彎曲部的曲率半徑(x、 y、 z),以制成具有不同的倒角高度比(h/H)和倒角截面積比 [h，/(h，+H，)]的鋼管用螺紋接頭。對(duì)這些接頭進(jìn)行組裝試驗(yàn)。
各試驗(yàn)用螺紋接頭是圖l所示的具有密封面和臺(tái)肩面的管 接頭型螺紋接頭。該接頭用于9.626英寸x53.5( lb/ft)的鋼管(外 徑是244.5mm,壁厚是13.84mm)。所有的試驗(yàn)用螺紋接頭的材 料都是API標(biāo)準(zhǔn)P1 IO規(guī)定的鋼。僅扭矩臺(tái)肩部由銷的端面的臺(tái) 肩面和箱的只寸應(yīng)臺(tái)肩面構(gòu)成。
螺紋形狀的錐度是1/18,銷的陽螺紋的高度H是1.3mm,螺 距是5.08mm,插入牙側(cè)面的牙側(cè)角是10°,承載牙側(cè)面的牙側(cè) 角是-3。。插入牙側(cè)面的未倒角部中的銷螺紋和箱螺紋之間的沿
21接頭的軸向的間隙(插入牙側(cè)面間隙)是0.15mm。
對(duì)包括被賦予兩段式插入形狀的箱的螺紋、密封面和臺(tái)肩
面的接觸面(實(shí)際上是箱的整個(gè)內(nèi)表面)進(jìn)行磷酸錳處理，以
形成表面處理覆層。覆層厚度是大約20pm。
使用這種具有包括帶倒角的插入牙側(cè)面的螺紋形狀和形成
有表面處理覆層的箱，重復(fù)進(jìn)行組裝(M)和拆卸(B),以研
究耐擦傷性。在組裝之前，將市場(chǎng)上可得到的綠色涂料涂布到
銷的外周面。
通過將銷插入到被傾斜成使得箱的軸線與豎直方向成3 °角 的箱中來執(zhí)行耐擦傷性試驗(yàn)，在室溫條件下、以 49351.8N-m(36400ft-lbs)的扭矩來執(zhí)行組裝，直到臺(tái)肩面相互接 觸為止，然后進(jìn)行拆卸并且移除銷，通過利用溶劑清洗來去除 粘附至銷的潤(rùn)滑劑，從視覺上觀察銷的外周面特別是螺紋，以 研究出現(xiàn)擦傷的程度。重復(fù)該操作10次。圖6中示出了以直到出 現(xiàn)擦傷的循環(huán)次數(shù)(未發(fā)生擦傷的組裝和拆卸的循環(huán)次數(shù))進(jìn) 行評(píng)價(jià)的耐擦傷性的評(píng)價(jià)結(jié)果。
在圖6中，由圓(0)示出在該組裝試-驗(yàn)中可以進(jìn)行至少5 次組裝和拆卸的情況，由三角形(A)示出可以進(jìn)行3 4次組 裝和拆卸的情況，由X示出至多可以進(jìn)行2次組裝和拆卸的情 況。
如從圖6的結(jié)果可以看出的那樣，對(duì)于具有帶倒角形狀(兩 段式插入形狀)的插入牙側(cè)面的鋼管用螺紋接頭，該倒角形狀 滿足本發(fā)明所規(guī)定的條件倒角角度(3在20。-60。的范圍內(nèi)并且 倒角截面積比[h，/( h，+H，)]至少是對(duì)應(yīng)于倒角高度比h/H是0.25 的值且至多是對(duì)應(yīng)于倒角高度比h/H是0.5 0的值，即使在銷相對(duì) 于豎直方向傾斜并且難以插入銷的上述條件下，也可以進(jìn)行至 少3次組裝和拆卸，而當(dāng)不滿足這些條件時(shí)，在2個(gè)循環(huán)的組裝和拆卸時(shí)或在2個(gè)循環(huán)的組裝和拆卸之前出現(xiàn)^^傷。因此，可以 看出根據(jù)本發(fā)明的鋼管用螺紋接頭具有優(yōu)異的耐擦傷性。
如圖6所示，當(dāng)?shù)菇墙孛娣e比[h，/ (h，+H，)]小于對(duì)應(yīng)于倒 角高度比h/H是0.25的值時(shí)(如箭頭A所示)，倒角不充分，銷的 自由度降低，因此銷插入的容易性降低。結(jié)果，由于銷的位置 偏移(螺紋錯(cuò)扣)而經(jīng)常需要重復(fù)插入。另一方面，當(dāng)?shù)菇墙?面積比[h，/ ( h，+H，)]大于對(duì)應(yīng)于倒角高度比h/H是0.50的值時(shí) (如箭頭B所示)時(shí)，盡管進(jìn)一步提高了銷插入的容易性，但 是由于在螺紋接頭的組裝時(shí)螺紋插入牙側(cè)面的接觸面積不足， 因此，螺紋接頭的耐壓縮性降低，在施加高壓縮力的條件下， 在該螺紋接頭內(nèi)流動(dòng)的流體出現(xiàn)泄漏。這通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)來確 認(rèn)。另外，當(dāng)?shù)菇墙嵌融嘈∮?0。時(shí)(如箭頭C所示)，銷插入的 容易性降低。
當(dāng)由倒角高度比(h/H)而不是倒角截面積比來整理試驗(yàn)結(jié) 果時(shí)，獲得相同的結(jié)果。當(dāng)h/H是0.25-0.50時(shí)，可以進(jìn)行至少3 次組裝和拆卸。
在上面的說明中，給出了箱的螺紋的插入牙側(cè)面通過倒角 而具有兩段式插入形狀并且對(duì)箱的接觸面提供表面處理的情況 下的例子。相反地，已經(jīng)確認(rèn)對(duì)于銷的螺紋的插入牙側(cè)面通 過倒角而具有兩段式插入形狀并且對(duì)銷的接觸面提供表面處理 的鋼管用螺紋接頭，能夠獲得類似的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種鋼管用螺紋接頭，其包括具有陽螺紋的銷和具有陰螺紋的箱，其中，所述陽螺紋和所述陰螺紋是至少具有完整螺紋部的錐形螺紋，所述完整螺紋部中的螺紋具有大致梯形螺紋形狀，并且所述螺紋由螺紋槽底相互分開，所述大致梯形螺紋形狀具有牙頂、承載牙側(cè)面和插入牙側(cè)面，所述鋼管用螺紋接頭的特征在于，所述箱或所述銷(第一管狀構(gòu)件)的所述完整螺紋部中的所述螺紋的至少一部分具有兩段式插入形狀，所述兩段式插入形狀具有帶倒角的插入牙側(cè)面，所述兩段式插入形狀的插入牙側(cè)角α是5°-45°，倒角角度β是20°-60°，并且所述兩段式插入形狀滿足以下條件(1)或(2)(1)所述兩段式插入形狀的所述倒角的高度h與所述銷的螺紋高度H之比h/H是0.25-0.50；或者(2)滿足以下不等式(3)，<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msup> <mi>h</mi> <mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>h</mi><mo>-</mo><mi>z</mi><mo>·</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>sin</mi> <mi>β</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>cos</mi><mi>β</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mi>y</mi><mo>·</mo><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>β</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>-</mo> <mi>α</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msup> <mi>H</mi> <mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>H</mi><mo>-</mo><mi>h</mi><mo>-</mo><mi>x</mi> </mrow> <mrow><mi>cos</mi><mi>α</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mi>x</mi><mo>·</mo><mi>sin</mi><mi>α</mi><mo>-</mo><mi>y</mi><mo>·</mo><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>β</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>-</mo> <mi>α</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <msup><mi>h</mi><mo>′</mo> </msup> <mrow><msup> <mi>h</mi> <mo>′</mo></msup><mo>+</mo><msup> <mi>H</mi> <mo>′</mo></msup> </mrow></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>-</mo> <mi>H</mi> <mo>=</mo> <mn>0.25</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>≤</mo><mfrac> <msup><mi>h</mi><mo>′</mo> </msup> <mrow><msup> <mi>h</mi> <mo>′</mo></msup><mo>+</mo><msup> <mi>H</mi> <mo>′</mo></msup> </mrow></mfrac><mo>≤</mo><mfrac> <msup><mi>h</mi><mo>′</mo> </msup> <mrow><msup> <mi>h</mi> <mo>′</mo></msup><mo>+</mo><msup> <mi>H</mi> <mo>′</mo></msup> </mrow></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>/</mo> <mi>H</mi> <mo>=</mo> <mn>0.50</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中，α是所述兩段式插入形狀的所述插入牙側(cè)角(度)；β是所述兩段式插入形狀的所述倒角角度(度)，H是所述銷螺紋的螺紋高度(mm)，h是所述兩段式插入形狀的所述倒角高度(mm)，x是所述銷的螺紋牙頂處的所述插入牙側(cè)面的曲率半徑(mm)，y是所述兩段式插入形狀的所述倒角開始點(diǎn)處的曲率半徑(mm)，z是所述兩段式插入形狀的螺紋牙頂處的曲率半徑(mm)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋼管用螺紋接頭，其特征在于， 所述第一管狀構(gòu)件的所述完整螺紋部中的主要部分的所述螺紋 具有所述兩段式插入形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋼管用螺紋接頭，其特征在于， 所述第 一 管狀構(gòu)件的所述完整螺紋部中的所有所述螺紋都具有 所述兩段式插入形狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋼管用螺紋接頭，其特征在于， 所述插入牙側(cè)角a是8。-15。，所述倒角角度卩是20°-40°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋼管用螺紋接頭，其特征在于， 所述倒角高度h與所述銷的所述螺紋高度H之比h/H是0.3-0.4。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋼管用螺紋接頭，其特征在于， 所述鋼管用螺紋接頭滿足以下不等式(3，)<formula>formula see original document page 3</formula>其中，式中的各符號(hào)的含義與上述含義相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述的鋼管用螺紋接頭，其特征在于，所述銷和所述箱均具有螺紋、被設(shè)置在所述螺紋附 近的周面上的密封面、以及包括所述銷和所述箱中的一方的端 面及所述銷和所述箱中的另 一方的與所述端面接觸的表面的臺(tái)肩面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述的鋼管用螺紋接頭，其 特征在于，在所述銷和所述箱中，至少具有所述兩段式插入形 狀的所述第 一 管狀構(gòu)件的接觸面具有從以下覆層選取的至少一 種類型的表面處理覆層電鍍覆層、磷酸鹽覆層、固體潤(rùn)滑覆 層、半固體潤(rùn)滑覆層和粘性液體潤(rùn)滑覆層。
全文摘要
由具有陽螺紋的銷和具有陰螺紋的箱構(gòu)成的鋼管用螺紋接頭改進(jìn)了銷插入的容易性和螺紋部的耐擦傷性。銷和箱中的一方的完整螺紋部中的螺紋的插入牙側(cè)面具有帶倒角的兩段式插入形狀。兩段式插入形狀的插入牙側(cè)角α是5-45°，倒角角度β是20-60°。倒角高度h與銷的螺紋高度H之比h/H是0.25-0.50，或者使插入牙側(cè)面的倒角部的截面積與整個(gè)截面積之比至少是對(duì)應(yīng)于倒角高度比h/H是0.25的值且至多是對(duì)應(yīng)于倒角高度比h/H是0.50的值。
文檔編號(hào)F16L15/04GK101668978SQ20088000969
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月2日
發(fā)明者中村圭一, 山口優(yōu), 杉野正明, 濱本貴洋 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社;法國(guó)瓦盧萊克曼內(nèi)斯曼石油天然氣公司