專利名稱：具有錐螺紋的接頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種將油井管路例如彼此連接起來的具有錐螺紋的接頭。
如果從上述狀態進一步增加上緊力(轉矩)，外螺紋和內螺紋分別通過徑向收縮經受變形或通過徑向膨脹經受變形，它們一起在其間產生上緊力。兩個元件的變形之和稱作螺紋干涉量。調節通常的錐螺紋的上緊力，適當地限制這種干涉的程度。正常情況下，使螺紋的上緊力稍大，以防止螺紋松動并且適當抵抗張力。多數傳統的錐螺紋具有這種結構。
具有錐螺紋的接頭主要用于連接管件，該接頭的結構使得由于上述螺紋干涉引起的軸向作用力，載荷施加在螺紋的承載牙側，并且該接頭的結構使得由于該載荷和螺紋干涉引起的外螺紋(或內螺紋)的牙底的作用力，實現緊的連接，而不會沿軸向或徑向松動。
即使當拉力沿軸向施加在已經上緊的錐螺紋上時，由于承載牙側從上緊的初始階段接觸，因此外螺紋和內螺紋之間不會發生沿拉伸方向的相對運動。這種狀態被保持，直到拉力超過螺紋的強度。
然而，正常情況下，在螺紋的入扣牙側存在間隙。在這種情況下，沿軸向的壓力僅僅由外錐螺紋或內錐螺紋的牙底的承載力，以及錐形表面的接觸力所產生的摩擦力承擔。接觸力由施加在錐形部分上的干涉產生。因此，盡管其錐度的數值有些變化，與沿螺紋軸向受拉力的情形相比沿軸向對壓力的承載能力相當小。即，通常的錐螺紋甚至不能承受相對較小的壓力。相應與軸向間隙尺寸的相對軸向運動是不可避免的，軸向間隙通常存在于外螺紋和內螺紋的入扣牙側之間。
當接近螺紋部分設置用于限制上緊量的停止部分時，停止部分沿軸向承受上述壓力。但由于結構限制，停止部分接觸部分的面積必須小于管體的橫截面面積。盡管可以使螺紋抗拉強度加大，足以等于管體的強度，但抗壓強度與管體強度相比相當小。因此，螺紋不能承受超過該極限的軸向壓力。在僅僅上述螺紋入扣牙側之間間隙大小的運動發生的情況下，停止部分變形并且沿軸向發生相對運動。
當設有金屬密封部分時，如在許多油井管中一樣，特別是為了保證螺紋連接部分的密封特性時，上述軸向運動極大地影響密封特性，經常導致密封特性失效。
為了適當地承載軸向壓力，需要消除螺紋的入扣牙側之間的間隙并且在入扣牙側之間以與承載牙側之間相同的方式設置接觸，至少在連接螺紋時。已經構思出具有這種結構的螺紋，即消除了承載牙側之間和入扣牙側之間的間隙并且發生接觸(見，例如，日本公布未審專利申請Hei9-119564)。
然而，考慮到實際制造中的加工公差，難于使螺紋的承載牙側和入扣牙側總是接觸。事實上，當需要承載牙側和入扣牙側都接觸時，各種尺寸條件被單獨調節，并且合適的尺寸關系被獨立選擇。因此，在入扣牙側形成間隙并且不能獲得有效的抗壓力強度。
在日本公布未審專利申請Hei9-119564中，提出了具有這種結構用于油井管的螺紋接頭，即承載牙側和入扣牙側在連接時都接觸。然而，根本沒有具體描述采用什么類型的結構提供這種螺紋，其承載牙側和入扣牙側在連接時都接觸。該文獻只是聲明承載牙側和入扣牙側在連接時都接觸。
本發明的目的是提供一種具有錐螺紋的接頭，該錐螺紋具有一種牙形，利用該牙形，螺紋的承載牙側之間和入扣牙側之間的間隙可以消除并且利用該牙形其表面可以始終接觸以便沿軸向產生足夠的抗壓強度。
根據本發明，一種具有錐螺紋的接頭由關系式δ≤L·(tanα+tanβ)限定其中值L(毫米)(下面稱作“螺紋的上部或下部間隙L”)即外錐螺紋的牙頂和內錐螺紋的牙底之間的間隙L1與外錐螺紋的牙底和內錐螺紋的牙頂之間的間隙L2中較小者，承載牙側角α(°)，入扣牙側角β(°)，及以螺紋連接方式彼此嚙合的外錐螺紋的螺紋脊寬度和內錐螺紋的螺紋谷寬度之間的差值或內錐螺紋的螺紋脊寬度和外錐螺紋的螺紋谷寬度之間的差值，即，軸向間隙的最大值δ，最大值δ能夠沿螺紋的寬度方向形成。
由此，可以制造具有錐螺紋的接頭，該接頭可以在任何條件下保持承載牙側之間和入扣牙側之間的接觸狀態。
圖2是表示承載牙側之間和入扣牙側之間螺紋連接的接觸條件。
圖3是示意圖，圖中示出了為了制造承載牙側和入扣牙側都接觸的螺紋通過實際的螺紋嚙合狀態下的中徑的重合兩個表面都接觸的狀態。
圖4示出了為了制造承載牙側和入扣牙側都接觸的螺紋分別設計和繪出的外錐螺紋和內錐螺紋，圖4(a)是表示內錐螺紋的示意說明圖，而圖4(b)是表示外錐螺紋的示意說明圖。
圖5示出了為了制造承載牙側和入扣牙側都接觸的螺紋分別設計和繪出的外錐螺紋和內錐螺紋，圖5(a)是表示內錐螺紋的示意說明圖，而圖5(b)是表示外錐螺紋的示意說明圖。
圖6示出了承載牙側和入扣牙側都接觸的螺紋的連接狀態，圖6(a)是表示滿足本發明條件的情形的示意說明圖，而圖6(b)是表示包括不滿足本發明條件的區域的情形的示意說明圖。
圖7是表示在組合試驗中作用在試驗材料上的載荷的示意說明圖。
當螺紋連接外錐螺紋和內錐螺紋時，外錐螺紋和內錐螺紋沿徑向彼此相對運動。在外錐螺紋的牙頂和牙底與內錐螺紋的牙底和牙頂之間形成的間隙的尺寸(沿徑向的可能運動量)必須使在螺紋上緊過程中在螺紋脊寬度和螺紋谷寬度之間沿中徑線的軸向間隙最終為零。正常情況下，因為在螺紋上緊的初始階段承載牙側接觸，軸向間隙相應于入扣牙側之間的間隙。
即，在梯形螺紋的情況下，螺紋脊在螺紋上緊過程中進入螺紋谷。在螺紋的螺紋脊和螺紋谷之間的軸向間隙逐漸減小并且變窄。當沿外錐螺紋和內錐螺紋的徑向方向的相對運動停止時，該減小停止。因此，在這種螺紋嚙合期間在中經線上軸向間隙的減小應當大于入扣牙側之間的初始軸向間隙。
在中經線上軸向間隙減小的最大值與螺紋承載牙側的牙側角α，入扣牙側的牙側角β，及“螺紋的上部或下部間隙L”有關。該最大值表示為L·(tanα+tanβ)。該值必須大于入扣牙側之間沿中徑線的初始軸向間隙δ。
對于此關系，螺紋脊寬度(螺紋谷寬度)不必總是常數，并且可以用于它以固定比率增加或減小的情形，或牙型高度(或牙槽深度)以固定比率增加或減小的情形。只要使軸向間隙δ為入扣牙側之間間隙的最小值，就可以建立同樣的關系，即使外螺紋和內螺紋承載牙側和入扣牙側的形狀不同。
外了連接錐螺紋，典型地需要上述螺紋干涉量，并且給予這種干涉量的方法典型地取外螺紋和內螺紋的中徑線重合的時刻為干涉的初始時刻。在這種情況下，外螺紋和內螺紋之間沿徑向的可能運動量L`(＝“螺紋之間的上部或下部間隙L”)具有減小該螺紋干涉的作用。因此，有效螺紋干涉(H`)變為(H-2L`)。即，在這種情況下，在干涉H和沿徑向方向可能運動的間隙L`之間的關系H＞2L`是必須的。
如果螺紋干涉太大，在內螺紋中沿圓周方向產生過大的拉應力。為了避免這一問題，正常情況下，采用限制螺紋上緊扭矩的方法，或采用限制螺紋上緊位置的方法(這種方法的具體例子是利用限制件)。在任一種情況下，在本發明中對干涉的限制應當被研究并且限于(H-2L`)。在這種情況下，L和δ之間的關系受螺紋干涉設定值H得限制。
這些關系由下式表示。
H＞2L根據本發明的具有錐螺紋的接頭根據這種技術理念構造。根據本發明，以螺紋方式彼此嚙合的外錐螺紋和內錐螺紋的牙型在整個完整螺紋部分的長度上具有恒定的截面。“螺紋之間的上部或下部間隙L”(毫米)，承載牙側角α(°)，入扣牙側角β(°)，及以螺紋連接方式相互嚙合的外錐螺紋的螺紋脊寬度和內錐螺紋的螺紋谷寬度之間的差值，即，沿螺紋的寬度方向產生的軸向間隙δ(毫米)具有如下關系δ≤L·(tanα+tanβ)式中，承載牙側角α(°)和入扣牙側角β(°)沿朝向螺紋脊的中心的方向為正，即彼此相對的方向。δ是包括制造公差的值。
這些關系適合于外錐螺紋和內錐螺紋，其中對于外錐螺紋和內錐螺紋牙型高度恒定并且螺紋脊的寬度，即螺紋脊寬度是可變的螺紋脊寬度，該寬度以恒定的比率逐漸增加或逐漸減小。這些關系也適合于外錐螺紋和內錐螺紋，其中對于外錐螺紋和內錐螺紋僅僅牙型高度是變牙型高度，該高度以恒定的比率逐漸增加或逐漸減小。
具有本發明所采用的錐螺紋的接頭的關系將參照
圖1說明如下。
圖1(a)給出了外錐螺紋1和內錐螺紋2的中徑線重合的狀態。這種狀態構成螺紋連接的初始狀態。嚙合的外錐螺紋1和內錐螺紋2的在外錐螺紋1的牙頂1b和內錐螺紋2的牙底2b之間的間隙L1(毫米)，在外錐螺紋1的牙底1c和內錐螺紋2的牙頂2c之間的間隙L2(毫米)，間隙值(下面稱為“上部或下部間隙”)L(毫米)，該值是間隙L1和L2中的較小者，承載牙側1d和2d的牙側角α(°)，入扣牙側1e和2e的牙側角β(°)，及螺紋脊寬度和螺紋谷寬度之間的差值，即沿螺紋的寬度方向形成的軸向間隙δ(毫米)構成初始值，并且它們是利用圖上的尺寸計算出的并旦包括制造公差的數值。
如果外錐螺紋1相對于內錐螺紋2的上緊從圖1(a)所示的狀態進一步繼續下去，外錐螺紋1和內錐螺紋2在承載牙側1d和2d上彼此摩擦。外錐螺紋1和內錐螺紋2沿承載牙側滑動的同時沿徑向方向彼此相對運動，并且在螺紋牙頂和牙底之間的間隙L1和L2減小。此外，軸向間隙δ也減小。
當外錐螺紋1相對于內錐螺紋2的上緊進一步進行，如果上部或下部間隙L首先消失，沿外錐螺紋1和內錐螺紋2的徑向方向的相對運動，即在承載牙側1d和2d上的滑動變得不可能進行，盡管沿螺紋的寬度方向仍有剩余間隙δ。在隨后的上緊期間中，外錐螺紋1和內錐螺紋2都經受徑向變形，并且需要相應的高上緊扭矩。當上緊進行到預先設定的扭矩和相對位置時連接完成。
然而，在這種情況下，微小的軸向間隙δ存在于螺紋的寬度方向中，并且沒有實現承載牙側和入扣牙側都接觸的上緊狀態。相反，如果上部和下部間隙L沒有首先變為零，但是軸向間隙δ同時或首先變為零，如圖1(b)所示，此時達到承載牙側1d和2d和入扣牙側1e和2e之間接觸的狀態。
如果螺距是P并且螺紋錐度是1/T，由于上緊通過外錐螺紋1相對于內錐螺紋2的一圈相對轉動上部或下部間隙L和軸向間隙δ的變化ΔL和Δδ為ΔL＝P/2T和Δδ＝P/2T·(tanα+tanβ)。
通過建立關系式(L/ΔL)≥(δ/Δδ)可以同時或在上部或下部間隙變為零之前使軸向間隙δ為零。因此，如果將ΔL＝P/2T和Δδ＝P/2T·(tanα+tanβ)代入上式，得到δ≤L·(tanα+tanβ)。
因此，當相對于上部或下部間隙L，承載牙側角α，入扣牙側角β，及軸向間隙δ建立關系式δ≤L·(tanα+tanβ)時，而且當干涉H被設定的情況下相對于H和上部或下部間隙L建立關系式H＞2L時，承載牙側和入扣牙側始終接觸的連接狀態在任何情況下都可以獲得。
圖2示出了這種關系。如果條件在直線δ＝L·(tanα+tanβ)(如果δ較大)的右下側，在螺紋連接后入扣牙側之間殘存軸向間隙δ。另一方面，在包括直線δ＝L·(tanα+tanβ)的該關系(如果δ較小)的左上區域中的條件，即由下式(1)δ≤L·(tanα+tanβ)(1)給出的情形表明能夠實現入扣牙側之間的接觸。隨著與直線的距離增加，在上緊期間入扣牙側之間的接觸更早接觸。由此，實現固體接觸，伴隨的螺紋干涉為(H-2L′)，在螺紋牙頂殘余間隙，并且抗壓強度變大。
為了在螺紋連接后給予有效的螺紋干涉，必須滿足下式L＜H/2即L·(tanα+tanβ)＜(H/2)·(tanα+tanβ)(2)因此，由式(1)和(2)，必須滿足的條件為δ/(tanα+tanβ)≤L＜H/2(3)即使當接頭的尺寸是這樣的，即螺紋上部或下部間隙L，承載牙側角α，入扣牙側角β，及外螺紋的螺紋脊寬度和內螺紋的螺紋谷寬度之間的外軸向間隙δ在圖2中的δ＞L·(tanα+tanβ)的區域，如果外螺紋和內螺紋用足夠的上緊扭矩上緊，則出現這種情況，即本會存在的軸向間隙δ消失。由此，呈現出實質上適當水平的抗壓強度。
例如，在具有抗扭軸肩(torque shoulder)部分的螺紋接頭的情況下，如果上緊條件位于沿扭矩肩部的軸向的彈性變形范圍內，由于伴隨外螺紋唇(pin lip)部彈性變形的應變，螺紋的螺紋谷寬度減去螺紋脊寬度的值，即，軸向間隙δ減小。軸向間隙可能變成本質上為零。
此外，根據條件，當外螺紋和內螺紋已經被上緊時，由于螺紋的徑向干涉量軸向間隙δ減小。
這是由于當外螺紋和內螺紋已經連接時外螺紋通過直徑收縮變形并且內螺紋通過直徑增加變形，其值為螺紋干涉量，并且根據泊松定律，內螺紋沿軸向伸長而外螺紋沿軸向收縮。即，由于以內螺紋沿軸向伸長和外螺紋沿軸向收縮的形成相對變形，外螺紋的螺紋脊寬度和內螺紋的螺紋谷寬度之間的間隙δ減小。在由上述δ＝L·(tanα+tanβ)所表示的邊界線的附近，軸向間隙δ的值可能實質上變為零。
在這種情況下，外螺紋的伸長和內螺紋的收縮的總和是受下列因素影響的數值形成接頭的管子和管套的外經，壁厚，及管子的其它尺寸，材料的機械特性，及在連接時的有效螺紋干涉。在圖2中表示合適范圍的邊界線δ＝L·(tanα+tanβ)僅由該總和沿水平軸(δ軸)的方向移動并且本發明的合適范圍增加。例子下面將結合傳統的例子和比較例子根據例子描述具有根據本發明的接頭的效果。
(例1)如圖3所示，為了制造承載牙側和入扣牙側都具有接觸的螺紋，繪出一種情況，其中在已經螺紋嚙合的狀態下，由于中徑等重合兩個表面都接觸。然后，可以確定每個件的尺寸。此時，如果外錐螺紋1和內錐螺紋2的螺紋形狀相同，確定尺寸變的更加容易。
如圖4(a)和4(b)及圖5(a)和5(b)所示，當外錐螺紋1和內錐螺紋2分別設計和繪圖時，在確定相同的基本牙型和尺寸后，可以確定每一部分的尺寸。
然而，在實際制造期間，加工期間必須考慮尺寸公差。當確定基本尺寸時，制造公差必須包括在內。
下面將說明形成具有錐螺紋的接頭的本發明的實施例。在圖3-5中的任一種情形，外錐螺紋和內錐螺紋的螺紋寬度之間的相對關系相同。因此，例如，當上部或下部間隙L(毫米)，承載牙側α(°)和入扣牙側角β(°)具有下表1所示的數值時，對任一種情形的軸向間隙δ的極限值(最大允許值)是如下面表2所示的值。
因此，包括公差的最大值δ可以設定為不高于該極限的值。
表1
表2
由此，獲得包括外錐螺紋和內錐螺紋的螺紋脊寬度和螺紋谷寬度的公差的值，即沿螺紋的寬度方向形成的軸向間隙的最大值δ。相反，例如，由于對制造公差的限制，當軸向間隙的最大值δ需要是0.1毫米時，由本發明的關系式在螺紋的牙頂和牙底之間的間隙，即螺紋的“上部或下部間隙L”的最小值變為與表3中所示的值一樣的值。
即，通過利用本發明的關系式，從上部或下部間隙L可以容易地得到對基線(baseline)軸向間隙δ，或從軸向間隙δ的最大值可以容易地獲得基線上部或下部間隙L。
表3
(例2)本例示出了滿足本發明(試樣1)關系式的情形和包括不滿足本發明關系式的區域的情形(試樣2)。試樣1和試樣2的于關系式有關的每一部分的尺寸和L·(tanα+tanβ)如下表4所示。
表4
這里，包括公差的L和δ的值為L＝0.10+0.05/-0.0，及δ＝0.03±0.03。
實際螺紋公差(H`)0.40-2δ/(tanα+tanβ)或0.40-2L圖6(a)和6(b)是與圖2所示的圖形一樣的具有表4中所示尺寸的試樣1和2的圖。
圖6中的陰影線的區域是考慮公差的區域。在這種情況下，軸向間隙δ的最大值是0.06毫米，而最小值是0毫米，螺紋的上部或下部間隙L的最大值是0.15毫米，而最小值是0.1毫米。(L＝0.10毫米+0.05毫米/-0.0毫米，δ＝0.03毫米±0.03毫米)。
在表示試樣1的圖6(a)中，L·(tanα+tanβ)的值是在范圍0.0648-0.0972毫米中，而δ的值是在范圍0.0-0.06毫米中。螺紋干涉存在，并且根據設定的螺紋干涉0.40毫米利用H·(tanα+tanβ)/2的值確定L·(tanα+tanβ)的極限植為0.1296。
因此，在滿足本發明的關系式的試樣1的情形，在所有的制造公差的范圍內，δ，L，α和β之間的關系在直線δ＝L·(tanα+tanβ)的左上側(在δ較小的區域)，并且承載牙側和入扣牙側始終接觸。
在表示試樣2的圖6(b)中，其中包括不滿足本發明關系式的區域，L·(tanα+tanβ)的值是在范圍0.0216-0.0323毫米中，而δ的值是在范圍0.0-0.06毫米中，與試樣1的情形一樣。由于螺紋干涉存在，根據預定的螺紋干涉0.40毫米通過計算H·(tanα+tanβ)/2確定對L·(tanα+tanβ)的限制。當L·(tanα+tanβ)的值變得大于該值時，螺紋干涉本質上消失。
因此，依L和δ的實際值，δ，L，α和β之間的關系可以在直線δ＝L·(tanα+tanβ)的左上側(在δ較小的區域)，并且承載牙側和入扣牙側始終接觸。然而，即使在這種情況下，一部分區域在右下側(在δ較大的區域)，并且在入扣牙側之間形成間隙。
對于實際的螺紋，可以設定軸向間隙δ的值為負的，但即使在這種情況下，情況也是相同的。即，如果條件是在直線δ＝L·(tanα+tanβ)的左上側(在δ較小的區域)，承載牙側和入扣牙側始終接觸。相反，如果條件是在右下側的區域(在δ較大的區域)，在入扣牙側之間形成間隙。
然而，設定δ為負值導致很大的有效螺紋干涉H`變得太大的傾向，從H`的表達式H-2δ/(tanα+tanβ)可以看出這一點。因此，預定值H必須設定在下側，并且這隨δ的可能區域而變化。
如上所述，即使在圖2中的區域δ＞L·(tanα+tanβ)，當外螺紋和內螺紋用足夠的上緊扭矩上緊時，本來會存在的軸向間隙δ消失。呈現出實質上合適水平的抗壓強度。與由關系式δ≤L·(tanα+tanβ)所規定的δ的區域相比，δ值的范圍可以延伸的程度由下面的計算求出。(a)具有扭矩肩部的螺紋接頭的情形在外螺紋唇部的末端形成扭矩肩并且外螺紋唇部的長度是10，考慮彈性變形范圍的應變是0.1-0.2％，在這種接頭的情形，可以預期δ值的合適范圍可以超出圖2所示的區域δ≤L·(tanα+tanβ)延伸0.0 1-0.02毫米。
即，Dδ1＝0.01-0.02毫米。(b)基于外螺紋和內螺紋之間的徑向干涉的寬度方向的變形的情形如果外螺紋和內螺紋之間的干涉是H，相應的中徑(直徑)是PD，由于螺紋干涉外螺紋部分(pin portion)直徑的收縮為hp，內螺紋部分(box portion)直徑的膨脹為hb，外螺紋部分和內螺紋部分由同樣的材料制造，并且其泊松比為(1/m)，則內螺紋和外螺紋沿軸向的應變∈p和∈b近似表示為如下形式
∈p＝(hp/PD)·(1/m)...(伸長)∈b＝(hb/PD)·(1/m)...(收縮)軸向總應變為∈＝∈p+∈b，并且H＝hp+hb，因此總軸向應變由下式表示。
∈＝(H/PD)·(1/m)因此，如果螺距是P，則外螺紋的螺紋脊寬度和內螺紋的螺紋谷寬度沿軸向每一圈螺紋縮減量Dδ2表示如下Dδ2＝(H/PD)·(1/m)·P如果H＝0.3毫米，PD＝176.5毫米，P＝5.08毫米，及1/m＝0.3，則Dδ2＝0.0026毫米。
該值當然與螺紋干涉成比例。(例3)利用API鋼管和普通管制作外螺紋，標稱外徑7英寸并且標稱壁厚為0.408英寸(測試材料API 5CT N-80，屈服強度為601.72×106Pa，極限抗張強度為725.2×106Pa)，制造專用螺紋接頭，該接頭具有例2中的試樣1和試樣2的牙形并且相同的錐度。比較以這種方式制造的具有錐螺紋的接頭的特性。被測試螺紋的條件如下表5所示。
表5
H`＝H-2δ/(tanα+tanβ)...δ≤L(tanα+tanβ)＝H-2·Lδ＞L(tanα+tanβ)○＝發明，×＝比較接頭具有上述條件螺紋的錐形螺紋，該接頭以下述方法組裝，即在外錐螺紋和內錐螺紋的扭矩限制停止部分之間接觸后，施加預定的扭矩。應用滿足API修正標準的標準涂料。裝配后，進行復合試驗，接下來進行剖析。
以圖7所示的下列順序進行復合試驗。
(1)施加達到管體強度95％的拉伸載荷(載荷點1)，并且在保持該載荷的同時，施加內部壓力，并且條件設定為Von Mises橢圓(應力橢圓)(VME)的95％(載荷點2)。
(2)調整內部壓力，從而保持校正條件VME的95％，并且改變拉伸載荷到80％(載荷點3)，60％(載荷點4)，及0％(載荷點5)。此外，當保持條件VME的95％的同時，施加50％的壓力(載荷點6)，90％的壓力(載荷點7)，100％的壓力(載荷點8)，并且使條件為0內部壓力的純壓縮。
(3)軸向力再一次返回到零(載荷點9)。
(4)施加達到管體強度95％的壓縮載荷(載荷點10)，并且在從該95％載荷點施加載荷條件VME的95％的同時，壓縮載荷從95％減小到90％(載荷點11)，50％(載荷點12)，及0％(載荷點13)。
(5)在施加相同的載荷條件VME的95％的同時，施加60％的拉伸載荷(載荷點14)，80％的拉伸載荷(載荷點15)，及95％的拉伸載荷(載荷點16)。
(6)減小內部壓力，施加95％的純軸向力(載荷點17)，然后軸向力也減小，并且移去全部載荷(載荷點18)。
(7)重復上述的(1)-(6)。
(8)照例，在每一個載荷點保持的時間是每一個位置15分鐘，但載荷點1，8，9，10和17是1分鐘。
試驗結果如下表6所示。對于滿足本發明的關系式的試樣A和B，試驗成功完成，而對任一個沒有問題。
表6
另一方面，用不滿足本發明的關系式的試樣C和D，在施加壓縮載荷后，在拉伸核內部壓力的條件下發生泄漏。這種情況被認為是由于螺紋連接不能抵抗高壓力并且接近金屬密封部分的肩部變形，由此這種情況導致在拉伸載荷的條件下泄漏。
試樣F和G具有負軸向間隙δ，但是上緊后的干涉是與試樣A和B同一水平的數值。在復合試驗中沒有問題，并且不僅試驗結果好，而且也沒有卡住。即，即使軸向間隙值δ是負的，通過調節有效的螺紋間隙值能夠獲得本發明的效果。
如在上述例子中一樣，具有根據本發明的錐螺紋接頭不限于這類接頭，即為了限制內螺紋和外螺紋的螺紋嚙合的數量(上緊量)在螺紋的附近具有停止部分的接頭，或為了保證螺紋連接部分的密封特性具有金屬密封的接頭。本發明當然也能應用于僅僅具有螺紋的接頭或僅僅具有連接到螺紋上的扭矩停止部分的接頭，或僅僅具有連接到螺紋上的金屬密封部分的接頭。工業適用性，采用具有根據本發明的錐螺紋的接頭，螺紋的承載牙側和入扣牙側總是接觸，具有這種結構的螺紋能夠容易制造。由此，在制造公差范圍內確實能夠提供不僅具有足夠的抗拉強度而且具有足夠的抗壓強度的螺紋。因此，即使重復經受大的壓力，特別是專用于具有金屬密封部分的油井管螺紋接頭，也可以獲得密封能力不會損壞的高可靠性的接頭。
權利要求
1.一種具有錐螺紋的接頭，包括以螺紋連接方式彼此嚙合的外錐螺紋和內錐螺紋，外螺紋和內螺紋的牙型在全部螺紋部分的整個長度上具有恒定的截面，其特征是所述接頭由下面等式所表示的關系限定δ≤L·(tanα+tanβ)其中L(毫米) 外錐螺紋的牙頂和內錐螺紋的牙底之間的間隙L1(毫米)，與外錐螺紋的牙底和內錐螺紋的牙頂之間的間隙L2(毫米)中較小者的間隙尺寸α(°) 承載牙側角β(°) 入扣牙側角δ(毫米)以螺紋連接方式彼此嚙合的外錐螺紋的螺紋脊寬度和內錐螺紋的螺紋谷寬度之間的差值和以螺紋連接方式彼此嚙合的內錐螺紋的螺紋脊寬度和外錐螺紋的螺紋谷寬度之間的差值中的最大值。
2.根據權利要求1所述的具有錐螺紋的接頭，其特征是螺紋的牙底和牙頂之間的間隙值L(毫米)，及螺紋的螺紋脊寬度和螺紋谷寬度之間的差值δ值(毫米)位于從相應的考慮了制造公差的最小值到最大值的范圍內。
3.根據權利要求1或2所述的具有錐螺紋的接頭，其特征是螺紋的螺紋谷寬度減去螺紋脊寬度的包括公差的值δ(毫米)是負值，并且有效螺紋干涉H`(毫米)在這樣的一個范圍內，即所述范圍使應力小于外錐螺紋和內錐螺紋的任何部分中形成螺紋的材料的屈服強度。
4.一種具有錐螺紋的接頭，包括以螺紋連接方式彼此嚙合的外錐螺紋和內錐螺紋，外螺紋和內螺紋的牙型在全部的螺紋部分的整個長度具有恒定的截面，并且螺紋脊寬度從螺紋的牙底到牙頂均勻地減小，其特征是所述接頭由下面的等式所表示的關系限定δ≤L·(tanα+tanβ)其中L(毫米) 外錐螺紋的牙頂和內錐螺紋的牙底之間的間隙L1(毫米)，與外錐螺紋的牙底和內錐螺紋的牙頂之間的間隙L2(毫米)中較小者的間隙尺寸α(°) 承載牙側角β(°) 入扣牙側角δ(毫米)以螺紋連接方式彼此嚙合的內錐螺紋的螺紋谷寬度減去外錐螺紋的螺紋脊寬度的值，或以螺紋連接方式彼此嚙合的外錐螺紋的螺紋谷寬度減去內錐螺紋的螺紋脊寬度的值。
5.根據權利要求4所述的具有錐螺紋的接頭，其特征是螺紋的牙底和牙頂之間的間隙值L(毫米)，及螺紋的螺紋谷寬度減去螺紋脊寬度的值δ(毫米)位于各自的從相應的考慮了制造公差的最小值到最大值的范圍內。
6.根據權利要求4所述的具有錐螺紋的接頭，其特征是螺紋的螺紋谷寬度減去螺紋脊寬度的值δ(毫米)是負值，并且有效螺紋干涉H`(毫米)在這樣的一個范圍內，即所述范圍使應力小于外錐螺紋和內錐螺紋的任何部分中形成螺紋的材料的屈服強度。
7.根據權利要求5所述的具有錐螺紋的接頭，其特征是螺紋的螺紋谷寬度減去螺紋脊寬度的值δ(毫米)是負值，并且有效螺紋干涉H`(毫米)在這樣的一個范圍內，即所述范圍使應力小于外錐螺紋和內錐螺紋的任何部分中形成螺紋的材料的屈服強度。
8.根據權利要求4-7任一項所述的具有錐螺紋的接頭，其特征是外錐螺紋和內錐螺紋具有金屬密封部分，并且有效螺紋干涉H`(毫米)至多是金屬密封部分的干涉。
9.一種具有錐螺紋的接頭，包括以螺紋連接方式彼此嚙合的外錐螺紋和內錐螺紋，外螺紋和內螺紋的牙型在全部螺紋部分的整個長度具有恒定的截面，并且螺紋脊寬度從螺紋的牙底到牙頂均勻地減小，其特征是所述接頭滿足由下面的等式所表示的關系δ≤L·(tanα+tanβ)+Dδ1當δ減小時Dδ1是正值，其中L(毫米) 外錐螺紋的牙頂和內錐螺紋的牙底之間的間隙L1(毫米)，與外錐螺紋的牙底和內錐螺紋的牙頂之間的間隙L2(毫米)中較小者的間隙尺寸，包括制造公差α(°)承載牙側角β(°)入扣牙側角δ(毫米) 以螺紋連接方式彼此嚙合的內錐螺紋的螺紋谷寬度減去外錐螺紋的螺紋脊寬度的值，或以螺紋連接方式彼此嚙合的外錐螺紋的螺紋谷寬度減去內錐螺紋的螺紋脊寬度的值，包括制造公差Dδ1(毫米)當螺紋上在一起時由扭矩肩部之間的接觸所引起的沿螺紋唇部的軸向方向的彈性變形所引起的δ的減小。
10.一種具有錐螺紋的接頭，包括以螺紋連接方式彼此嚙合的外錐螺紋和內錐螺紋，外螺紋和內螺紋的牙型在全部螺紋部分的整個長度具有恒定的截面，并且螺紋脊寬度從螺紋的牙底到牙頂均勻地減小，其特征是所述接頭滿足由下面的等式所表示的關系δ≤L·(tanα+tanβ)+Dδ2當δ減小時Dδ2是正值，其中L(毫米) 外錐螺紋的牙頂和內錐螺紋的牙底之間的間隙L1(毫米)，與外錐螺紋的牙底和內錐螺紋的牙頂之間的間隙L2(毫米)中較小者的間隙尺寸，包括制造公差α(°) 承載牙側角β(°) 入扣牙側角δ(毫米)以螺紋連接方式彼此嚙合的內錐螺紋的螺紋谷寬度減去外錐螺紋的螺紋脊寬度的值，或以螺紋連接方式彼此嚙合的外錐螺紋的螺紋谷寬度減去內錐螺紋的螺紋脊寬度的值，包括制造公差Dδ2(毫米)當螺紋上在一起時由沿螺紋的軸向方向的彈性變形所引起的沿軸向方向的螺紋的彈性變形所引起的δ的減小。
全文摘要
一種具有錐螺紋的接頭，間隙L(毫米)是外錐螺紋1的牙頂1a和內錐螺紋2的牙底2b之間的間隙L
文檔編號F16L15/06GK1433510SQ01810763
公開日2003年7月30日 申請日期2001年6月7日 優先權日2000年6月7日
發明者前田惇, 永作重夫, 炭谷勝利 申請人:住友金屬工業株式會社, 法國瓦盧萊克曼內斯曼石油天然氣公司