专利名称：镗杆连接部分的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的镗杆连接部分。
由WO96/03605已知一种这一类型的镗杆连接部分。它由一栓销元件和一可与该栓销元件螺纹连接的套管元件组成，栓销元件具有一设置在一外轴肩和一栓销端面之间的锥形外螺纹段和一设置在外轴肩和外螺纹段之间的、以及外螺纹段和栓销端面之间的无螺纹段，套管元件具有一设置在一内轴肩和一套管端面之间的锥形内螺纹段和一设置在内轴肩和内螺纹段之间的以及一内螺纹段和套管端面之间的无螺纹段，其中在螺纹连接状态下栓销元件和套管元件相互面对面的无螺纹段在外轴肩区域内长于在内轴肩区域内的无螺纹段。在螺纹连接时与套管端面相接触的外轴肩构成初级轴肩。在螺纹连接时在初级轴肩上出现的轴向力大于在内轴肩上出现的力。这里螺纹连接至少以镗杆连接部分屈服点的50％，最好是60％进行。
在无螺纹段内套管元件的外径相对于套管元件的其余部分减小。当初级轴肩开始起作用时这种横截面缩小允许无螺纹段关系到栓销元件的无螺纹段的伸长所要求的镦接。
已知的镗杆连接部分有这样的缺点，即在螺纹连接时和使用时所出现的应力仅仅作为轴向应力加以考虑，因此构件不能得到充分利用。螺纹连接扭矩太小，因此插接面存在分离的危险。这种分离减小交变载荷承载能力并可能导致疲劳断裂。
在DE 32 45 819 B1中公布了一种类似的镗杆连接部分。它具有和上述镗杆连接部分同样的特征。其中在这种结构中外轴肩也构成初级轴肩，它在螺纹连接时首先开始起作用。位于外轴肩区域内的无螺纹段长度同样大于位于内轴肩区域内的无螺纹段长度。其次建议，套管端面到内轴肩的距离选择得大于栓销端面到外轴肩的距离。由此在用手工镦接时当套管端面贴合在外轴肩的时候，形成一间隙。
对于这种结构也和前面说的一样，只是部分地考虑总的应力特性，因此构件不能得到充分利用。
本发明的目的是，提供一种这一类型的镗杆连接部分，它在尺寸比相同，也即相当于已知镗杆连接部分外径与内径之比的情况下可以传递比已知结构高得多的扭矩，或者在较细的尺寸比，也即在外径与内径之比较小的情况下可以传递同样大的扭矩。
这个任务从权利要求1的前序部分连同它所表示的特征出发加以解决。优良的改进结构是从属权利要求的内容。
本发明的核心是，与已知结构相反在按本发明的结构中内轴肩构成初级轴肩，并且位于内轴肩区域内的无螺纹段至少是位于外轴肩区域内的无螺纹段长度的两倍，最好是三倍。
这种结构有这样的优点，由于栓销的无螺纹段长，镗杆连接部分的误差可以得到更好的补偿，并且在位于内轴肩上的初级轴肩处由于较小的比较应力可以承受较大的力。当外插接面大于内插接面时，这便自动地实现了。用这种方法外轴肩和内轴肩得到最佳的利用。通过内轴肩的预加载荷对于外轴肩得到确定的剩余的力，它可以在考虑加工误差的情况下加以优化，总体上来说可以比迄今为止的内外轴肩的载荷分摊更有利。总之由此得到可靠性更高的螺纹连接扭矩或工作扭矩。
从栓销端面到外轴肩的距离选择得大于从套管端面到内轴肩的距离。不管加工误差多大都是这样。这里栓销细长的前端充分地用作对于镗杆连接部分预加载荷的柔软弹性行程。根据长度偏差大小的不同内外轴肩承受不同的载荷，但是载荷不会超过屈服极限的90％。由于内外螺纹的共同作用扭矩大致达到屈服极限的80％。
其次为了降低总的应力建议，在保持对于栓销和套管元件的外螺纹段和内螺纹段的标准粗牙螺纹的条件下对于承载齿廓规定一15°到20°之间的较陡的角度，而不是按API的30°。当角度例如为18°时轴向力的径向分量几乎减小到一半。45度的剪切面由此也得到加大。由此总的应力更有利，构件可以承受更大的力。通过以下方法得到进一步的改进，通过一定的重叠在靠近内轴肩的螺纹部分内可以承受一部分扭矩。这尤其是可以通过螺纹段不同的锥度达到。这里套管元件的锥度陡于栓销元件。锥度差在0.03到0.3毫米/英寸的范围内。通过螺纹重叠内轴肩负荷减小，从而可以进一步加大螺纹连接扭矩。
结构的进一步改进涉及到套管外径的磨损。为此建议，套管的外表面从端面直至大致超过螺纹的第三牙配置一减径小段。由此保证即使在套管外径磨损时仍然保持临界横截面，从而保持应力比不变。一旦在套管的沉割槽区域内也显示出初期的磨损迹象，镗杆连接部分必须更换，或者可能的话重新加工。
所推荐的结构使得在较细长的尺寸比，亦即在较小的外径与内径之比时可以传递同样大的扭矩。小的外径与内径比，亦即大的管子内径和/或相应地加大的环形腔外部一方面有利于减小镗杆内部的压力损失，另一方面有利于在外环形腔内镗孔冷却液连同铁屑的无阻碍输送。
在图形中借助于一实施例对按本发明制作的镗杆连接部分作较详细的说明。它们表示
图1a按本发明制作的套管元件的半侧纵剖视，图1b按本发明制作的栓销元件的半侧纵剖视，图2按本发明制作的螺纹形状的放大图，图3套管元件的一种变型方案的半侧纵剖视。
在图1a中表示一按本发明制作的套管元件1的半侧纵剖视，图1b中表示按本发明制作的栓销元件的半侧纵剖视。套管元件1具有一位于内轴肩3和套管端面4之间的锥形内螺纹段5。在内螺纹段5的起点和套管端面4之间设有一锥形无螺纹段6。在内螺纹段5的末端和内轴肩3之间有一做成圆柱形的第二无螺纹段7。套管元件1的外径用一箭头8表示。按本发明制作的、可与套管元件1螺纹连接的栓销元件2具有一位于外轴肩9和一栓销端面10之间的外螺纹段11。在外螺纹段11末端和外轴肩12之间有一做成圆柱形的无螺纹段12，在外螺纹段11的起点和栓销端面10之间有一同样做成圆柱形的第二无螺纹段13。
按照本发明内轴肩3构成初级轴肩，它在手工拧紧后首先起作用。这通过这样的方法达到，即在栓销端面10和外轴肩9之间的距离14大于内轴肩3和套管端面4之间的距离15。按本发明制作的镗杆连接部分的另一个主要特征是，套管元件1和栓销元件2的两个相互面对面的无螺纹段7、13的长度16至少比套管元件1和栓销元件2的两个相互面对面的无螺纹段6、12的长度17大两倍。栓销元件2的内径用箭头18表示。
图2中以放大图表示按本发明制作的螺纹形状。图2上部局部表示套管1内螺纹段5的11/2牙19.1,19.2。下部局部表示栓销2外螺纹段11的1个牙20.1。两个螺纹段5、11的基本形状是按API的标准粗牙螺纹，对于可能高达100次的必要的经常旋紧和插入，栓销2和套管1的所谓的“插刺”是有利的。按照API规程导向齿廓21具有30°角。与此不同承载齿廓22的角度比较陡，在15°至20°的范围内，最好是18°。同样对于栓销2外螺纹段11的螺牙20.1也是一样。
图3中表示套管元件1一种变型方案的半侧纵剖视。与图1中所示的套管元件1不同，套管元件23的外表面具有一比外径8缩小的车小段25。这一车小段几乎是套管元件23外表面24磨损程度的一个标志。随着磨损的加大外表面24的外径8越来越接近车小段25的直径26。这里车小段25的直径26这样地选择，使得对于其横截面也给予最佳的应力比。
权利要求
1．镗杆连接部分，具有一栓销元件，它具有一设置在外轴肩和栓销端面之间的锥形外螺纹段和一设置在外轴肩和外螺纹段之间的无螺纹段，以及一设置在外螺纹段和栓销端面之间的无螺纹段，它还具有一可与栓销元件螺纹连接的套管元件，它具有一设置在内轴肩和套管端面之间的锥形内螺纹段，和一设置在内轴肩和内螺纹段之间的无螺纹段，以及一设置在内螺纹段和套管端面之间的无螺纹段，其中在拧紧状态下栓销和套管元件相互面对面的无螺纹段在内轴肩区域内具有与位于外轴肩区域内的栓销和套管元件的无螺纹段不同的长度，其特征在于内轴肩(3,10)构成初级轴肩，并在镗杆连接部分装配和拧紧到其屈服极限的90％以后，栓销端面(10)拉紧在内端面(3,10)上，直至达到其压力超过由套管端面(4)施加在外轴肩(9)上的压力为止，其中套管端面(4)主要拉紧在外端面(9)上，如果镗孔过程中出现附加的扭矩的话，并且位于内轴肩(3)区域内的无螺纹段(7,13)至少是位于外轴肩(9)区域内的无螺纹段(6,12)的长度的两倍。
2．按权利要求1的镗杆连接部分，其特征在于位于内轴肩(3)区域内的无螺纹段(7,13)是位于外轴肩(9)区域内的无螺纹段(6,12)的长度的三倍。
3．按权利要求1或2的镗杆连接部分，其特征在于栓销端面(10)和外轴肩(9)之间的距离(14)大于套管端面(4)和内轴肩(3,10)之间的距离(15)。
4．按权利要求1至3之任一项的镗杆连接部分，其特征在于内(5)外(11)螺纹段设有一标准粗牙螺纹，其承载齿廓(22)具有一15°至20°范围内的角度，导向齿廓(21)具有一30°的角度。
5．按权利要求4的镗杆连接部分，其特征在于承载齿廓(22)具有一18°的角度。
6．按权利要求1至5之任一项的镗杆连接部分，其特征在于在套管元件(1)内的内螺纹段(5)具有比栓销元件(2)内的外螺纹段(11)陡的锥度。
7．按权利要求6的镗杆连接部分，其特征在于锥度差为0.03至0.3mm毫米/英寸。
8．按权利要求1至7之任一项的镗杆连接部分，其特征在于套管(23)的外表面(24)从端面(4)到大致超过螺纹的第三牙设有一车小段(25)。
全文摘要
本发明涉及一种镗杆连接部分,具有一栓销元件,它具有一设置在外轴肩和栓销端面之间的锥形外螺纹段,和一在外轴肩和外螺纹段之间的无螺纹段,以及一设置在外螺纹段和栓销端面之间的无螺纹段;该连接部分还具有一可与栓销元件螺纹连接的套管元件,它具有一设置在内轴肩和套管端面之间的锥形内螺纹段和一设置在内轴肩和内螺纹段之间以及内螺纹段和套管端面之间的无螺纹段,其中在拧紧状态下在内轴肩区域内栓销和套管元件相互面对面的无螺纹段具有和在外轴肩区域内的栓销和套管元件的无螺纹段不同的长度。内轴肩(3,10)构成初级轴肩,在镗杆连接部分装配并拧紧至其屈服极限的90%以后,栓销端面(10)拉紧在内轴肩(3,10)上直至其压力超过由套管端面(4)施加在外轴肩(9)上的压力为止,其中当镗孔时出现附加的扭矩时,套管端面(4)主要拉紧在外端面(9)上,并且位于内轴肩(3,10)区域内的无螺纹段(7,13)的长度至少是位于外轴肩(9)区域内的无螺纹段(6,12)的两倍。
文档编号E21B17/042GK1305561SQ99807414
公开日2001年7月25日 申请日期1999年5月21日 优先权日1998年6月17日
发明者格哈德·克鲁格, 埃里希·夸德弗利格 申请人:曼内斯曼股份公司