用于金属管子和管道的带有可分开式夹持机构的配件的制作方法

专利名称：用于金属管子和管道的带有可分开式夹持机构的配件的制作方法
相关申请本申请是2003年8月6日提交的名称为“带有可分开式夹持机构的管配件”的共同未决的美国国家专利申请(系列号为)No.＿＿的部分继续，其为来自于2002年2月6日提交的名称为“带有可分开式夹持机构的管配件”的国际专利申请No.PCT/US02/03431的国家阶段申请，这两件申请均要求享有于2001年2月6日提交的名称为“带一体式螺母和箍的管配件”的美国临时专利申请(系列号为)No.60/266735以及2001年10月17日提交的名称为“管配件”的系列号为No.60/329943的优先权，所有这些申请的全部公开内容通过引用而完全地结合于本文中。
发明技术领域题述发明大体上涉及管子和管配件的技术领域。更具体地说，本发明涉及一种采用了管夹持件的非扩口式配件，该管夹持件最初结合在其中一个联接件上，并且在装配于管端上时与之分开。
背景技术：
管配件用于将管端结合或连接在另一部件上，无论其它的部件是另一管端，例如通过T-配件和肘管配件，或者是需要与管端流体连通的装置，例如阀。本文所用的用语″管″和″管道″旨在包括但不限于管子。任何管配件必须在管配件设计成可满足的压力、温度和振动标准下能实现两个重要功能。首先，管配件必须能够夹持管端，以便防止丧失密封或管喷出。其次，管配件必须保持主密封以防止泄漏。管配件实现这两个功能的要求几十年来一直是管配件设计的驱动因素。多种因素影响管配件的设计，以满足所需的夹持和密封性能标准，但是对于任何管配件设计而言基本的是1)配件必须使用于其上的管道的特征，包括材料、外直径和壁厚度；和2)管配件用于其预定应用所需的管夹持和密封性能水平。目的是能够通过在市场上有竞争力的设计，在强加于产品上的任何成本制约条件内，能够设计出能够可靠地实现所需的管夹持和密封功能的管配件非扩口式管配件一般指与其中管端在配件部件上向外扩口的扩口式管配件相比，其中管端保持基本上管状的管配件类型。扩口式管端常常与塑料管道和塑料管配件一起使用。本发明大体上不涉及塑料的管道或管配件，因为这类配件具有明显不同的挑战性问题和材料性能，其会影响配件夹持管以及提供充分密封的能力。然而，本发明的一些方面可适用于非金属管配件，尤其是在可分开式管夹持件方面。
例如，预期用于不锈钢和其它金属管道的管配件，在设计上尤其是具有挑战性的，以便实现所需的管夹持和密封功能。这是由于不锈钢的性质，其在典型的可购买到的管道材料方面是非常坚硬的材料，通常高达大约200维氏硬度。不锈钢和其它金属管道也用于其中管道壁厚度比较坚固的高压力应用中(在相关技术领域中称为“厚壁”管道)。厚壁管道难于夹持，因为它不仅坚硬，而且它也尤其是没有延展性。低延展性使得管道更难于塑性地变形以便实现所需的管夹持。
管配件典型地包括组件1)管夹持机构，通常为箍的形式，或夹持环状的结构，和2)上紧机制，用于使管夹持机构安装在管端上以便夹持管端以及提供防止泄漏的密封。用语″上紧″简单地指上紧管配件组件的操作，用于将配件安装在管端上，从而实现所需的管夹持和密封。
通常，管配件首先安装成处于″手指拧紧″状态下，然后采用扳手或其它的合适工具来紧固或″上紧″配件，直到其达到最终的初始状态和完全的组装状态。最常用的上紧机制是阴螺纹式螺母部件和阳螺纹式主体部件的螺纹式连接，其中管夹持机构通过这两个部件作用于其上，好象它们旋拧和上紧在一起一样。主体包括管端接受孔，其带有该孔外部分处的斜角凸轮面。最常用的凸轮面是截头锥体，因此用语″凸轮角度″指凸轮面相对于管端纵轴线或外表面的锥角。管端轴向地插入主体孔中并延伸穿过截头锥体凸轮面。夹持机构滑动地套在管端上，并且螺母部分地旋拧在主体上而到达手指拧紧位置，使得管夹持机构轴向地保持在凸轮面和螺母之间。螺母典型地包括向内的台肩，其在螺母和主体部件螺纹式地上紧在一起时，可驱动管夹持机构与主体上的斜角凸轮面形成接合。斜角凸轮面将径向的压力传递至管夹持机构，从而迫使管夹持机构与管端夹持接合。管夹持机构典型地用于形成靠在管道外表面上并且也靠在斜角凸轮面上的密封。
如今不锈钢管配件(最常用的是箍-类型管配件)中最常用的管夹持机构通过促使管夹持机构的前或凸头部分咬合在管端外表面中来实现管夹持。这里所用的用语″咬合″指管夹持机构塑料变形进入管端外表面以便以非常类似于切割的动作塑性地变形和压入管道中，以便在管夹持机构的前端形成大致径向的台肩或壁。这种″咬合″因此用作高强度的特征以防止在高压力下形成管喷出，尤其是用于更大的直径管道例如1/2英寸或更大。
多年来，具有不依赖于″咬合″类型动作的大量管配件设计，而是仅仅径向地将管夹持机构压在管道外表面上，其中一些设计带有压入管道中而未形成咬合的效应。这些设计不适用于高压力的不锈钢管配件。尤其用于高压力应用的最常见的可买到的不锈钢管配件是两种完全不同设计的管夹持机构，即，单一箍管配件和两个箍管配件。
单一箍管配件，如其名一样，使用单一箍来实现管夹持和密封功能。然而，越来越认识到，当设计可满足所需的管夹持和密封性能标准的管配件时，这两个功能相互不一致。这是因为确保管配件实现充分的管夹持所需的设计标准通常对单一箍还能提供有效密封的能力有不利影响。因此，尽管在一些情形下，现有技术的单一箍配件可实现充分的管夹持，然而，这种管夹持性能需要付出降低有效密封的代价。这种情形的一种结果就是，一些单一箍管配件已设计成带有另外的部件和技术，以实现充分的密封。略逊于最佳的密封性能尤其在试图密封气体、尤其是高压力气体的单一箍配件中是比较显眼的。因此，单一箍管配件通常更适用于更低压力的液体应用例如液压应用，然而，即使在这种更低的压力应用中，单一箍密封性能仍然比所需的要低。
对于单一箍管配件，咬合动作通常与单一箍相关联，其设计成从单一箍主体的其前端和后端之间的中心区域或中部中的管壁在径向向外向上弓出。箍的前端通过推压在箍后端的螺母而被驱动靠在主体的斜角凸轮面上。弓出动作有助于将单一箍的前端引导至管端中。弓出动作也用于使箍的后端同样地接合并夹持管端。这通常通过提供位于螺母台肩上的斜角驱动面来实现，其与单一箍的后端相接合，以便径向地对箍的后端压紧而形成作用于管端上的夹持动作。在一些单一箍设计中，箍的后端似乎用于咬合到管端中。这种后端管夹持有时与单一箍一起使用，以便试图改善管配件在振动下的性能，因为后端夹持试图用于隔离来自管外部的振动以免影响前端管咬合，配件外部例如在配件安装中包括泵。
后端管夹持的使用实际上对在单一箍的前端夹持住管端有不利影响。理论上，为了更有效地耐受夹持管在压力下作用于箍前端上的负荷，单一箍应在螺母和主体的凸轮面之间基本上处于三维的(轴向、径向和环向)压力下。提供后端夹持实际上将反作用的张力或变小的轴向压力施加在单一箍上，其对用于提供管夹持的前端压力有不利影响。另外，向外弓出动作倾向于对在单一箍的前端夹持住管的努力有不利影响，因为，为了促成向外弓出动作，单一箍要求在相邻于管夹持″咬合″部位具有较少的质量。向外弓出动作将箍主体中心的箍质量径向地移动离开管端。因此，向外弓出的单一箍配件可能更易于出现箍破坏，从而丧失密封以及在更高的压力下可能出现管喷出。
为了实现在不锈钢管道上的充分管夹持，单一箍不锈钢管配件以前采用十和二十度之间的相当浅的凸轮角度。在这里称为″浅的″该角度范围仅仅是出于方便的目的，来表示该角度相当小。浅的凸轮角度已用于单一箍配件以实现机械优点，因为浅的角度提供了轴向地延长的凸轮面，以便在该凸轮面上滑动以及对单一箍前端径向地压紧，以便咬合到管端外表面中。坚硬的不锈钢管道材料使得必须有这种延长的滑动凸轮动作，以便能够使单一箍形成充分的咬合以用于管夹持。多年来，单一箍是完全硬化或表面硬化的，以便比不锈钢管道要硬得多，然而，浅的凸轮角度如今仍然用于这种单一箍配件中，以便从箍沿着凸轮面滑动以产生″咬合″而确保充分的管夹持中，来实现机械优点。使用表面硬化的箍和大约二十度的浅凸轮角度的可买到的单一箍管配件示例是CPI配件管线，其可从Parker-Hannifin Corporation公司得到。另一示例是可从Ermeto GmbH得到的EO配件管线，其采用完全硬化的单一箍和十二度的凸轮角度。
在一些单一箍设计中，已尝试采用非锥形的凸轮面，以便试图仅仅将箍压在管端的外表面上，从而不形成咬合。然而在这种情况下所得的效果是低夹持或低压力，仅仅是不能很好地适于不锈钢配件的配件。
然而，利用单一箍配件实现充分的管夹持所需的浅凸轮角度和延长的凸轮面以及轴向的运动，对单一箍实现密封功能的能力有不利影响，尤其在极端环境下和用于密封气体时。这是因为单一箍的前端试图实现轴向地压在延长凸轮面上的密封。径向地向外弓出的动作导致单一箍前端的外表面的更大部分与其将被驱动至靠在其上的凸轮面形成接触。结果是在单一箍的外表面和凸轮面之间具有更大的密封表面积。这种加大的密封面积导致在单一箍和凸轮面之间的密封力的非所需分布，并且也产生了允许发生泄漏的更大面积的表面缺陷。这尤其是金属至金属密封的问题(与非金属至非金属的密封相比例如，在塑料配件中，通常需要提供增大的密封接触面积，因为更高延展性的塑料材料可更好地形成两个表面之间的密封)。
因为过去单一箍配件采用浅的凸轮角度来实现充分的管夹持，因此小于最佳的密封功能作为配件应用上的已知局限性而得以容许，或者另外的特征设计到单一箍配件中，最值得注意的尝试是在单一箍中包括一个或多个弹性体密封件或与单一箍相配合，以提供与不锈钢管道的更好密封。例如见美国专利No.6073976和5351998。美国专利No.6073976显示了单一″箍″(在专利中称为″切环″)配件的典型示例，其试图利用增加的弹性体密封来解决″密封″问题。专利535 1998专利介绍了通过将管夹持和密封功能分开到两个单独的部件中所得到的好处。
用于管道的可买到的和非常成功的两个箍配件可从Ohio州Solon的Swagelok Company公司买到，并且在美国专利No.6131963和3103373中有介绍，这两个专利都由本发明的受让人拥有，并且这些专利的全部公开内容均通过引用而完全地结合于本文中。在这两个箍式的配件中，管夹持和密封功能也通过使用两个箍而单独地实现。向前箍或前箍提供了极好的密封，即使是在用于密封气体时，并且后箍提供了极好的管夹持。
前箍通过在浅的凸轮面角度例如二十度上的凸轮运动，而实现了极好的密封。这是因为前箍不必为了实现管夹持功能而在凸轮面过度地滑动。同样地，前箍未经表面硬化，因为前箍的主要用途是密封而非咬合到管端中。因此，相对″更柔软的″前箍实现了极好的密封，尤其是密封气体，即使主体的锥形凸轮面呈大约二十度的凸轮角度。
后箍在上述两个箍管配件中实现了管夹持功能。后箍是表面硬化的，从而比管端硬得多。后箍凸轮的前端作用在形成于前箍的后端中的截头锥体凸轮面上。该凸轮面的名义角度是45度，但是由于前箍的滑动运动，有效的凸轮角度实际上为大约十五至二十度的浅角度。尽管用于后箍的有效的凸轮角度是较浅的，然而，并不要求后箍提供主密封(尽管它可形成次级或备用密封)。后箍也未展示非所需的弓出动作，而是与径向向内的铰接动作相关联地夹持住管端。这里所用的用语″铰接″指箍的受控变形，使得箍主体的中心区域或中部承受径向向内的压力，这与弓出或向外径向的位移形成鲜明的对比。因此，有效的浅的凸轮角度不仅不损害配件密封能力，它实际上还显著地提高了尤其是用于不锈钢管道的管配件的总体性能。
使用单独的箍，用于各自主要实现键式管配件功能之一，两个箍管配件实现了极好的管夹持和密封功能。该现有技术的两个箍管配件因此取得了巨大的商业成功，尤其在不锈钢管道技术领域中，这是部分地因为其性能特征，例如大约15000psi的高压力等级，低温至1200°F的宽的温度等级，以及在许多应用中大量的重制(″重制″指配件在最初上紧之后的松开和重新上紧)。
美国专利No.3248136显示了单一锁定环的使用，这与箍相反，其中锁定环作用于具有似乎大于二十度或更大角度的表面上，但是环似乎并不塑性地变形到管道中，而是保持弹性，因此环设计成可在上紧后保持其原始形状，这都是不适用于本文所考虑的不锈钢管配件类型的特征。日本实用新型专利出版物44-29659显示了上紧环，其显示为预定具有弓出效应以及在前端和后端夹持住管。这些配件似乎并不适用于不锈钢管道，因为这种管覆盖有树脂覆层。
已经进行了尝试，以便设计出带有管夹持件的管配件，这种管夹持件可在上紧过程中分开，以便用作单件管夹持机构。已知的设计将该分开件设在阳螺纹部件上。另外，已知的设计或者迫使管夹持件靠在较浅角度的凸轮面上，或者不尝试形成咬入管壁中的管夹持咬合。因此，现有技术的设计受到与现有技术的单一箍管配件设计相同的限制。
上述两个箍管配件的许多应用和用途并不要求这种高的压力、温度和重制性能特征。本发明涉及新颖的配件构思，其可满足更低的性能特征，而不会有损于总体的配件完整性和性能。

发明内容
根据本发明的一方面，新型管配件的构思要求使用者仅仅装配两个部件，即配件主体和配件螺母。螺母和主体适于通过这两者之间的相对旋转而螺纹式地接合在一起。螺母包括最初一体式的管夹持件或箍，其在装配配件时与主体上的凸轮面相配合。该管夹持件可机加工而带有螺母，或者带有例如通过任何方便工艺如铜焊、焊接或钎焊而单独地连接于其上的螺母。在所述实施例中，管夹持件是环状结构，其在与相连的部件分开之后，作为单一箍来工作。分开的箍径向地受压并且塑性变形而靠在管外壁上，以形成密封和紧密的管夹持咬合。分开的箍还形成了靠在凸轮面上的主密封。在一个实施例中，箍在其前端包括外渐缩表面，其形成了靠在凸轮面上的较窄线接触型密封。在一个实施例中，箍设计成具有铰接动作并且在上紧过程中塑性变形，将凸头部分嵌入管道壁中以用于形成极好的管夹持，并且具有用于将嵌入的凸头部分与振动效应隔离的轴向相邻的接套或集中区。该铰接动作还有助于保持箍的外渐缩表面与凸轮面形成一般的较窄线接触。配件部件、尤其是可分开式箍，优选但并非必须是表面硬化的。新颖的配件尤其用作不锈钢和其它金属管配件，然而本发明并不限于任何特定的金属。根据本发明的另一方面，配件可包括自测量特征，以显示充分的上紧以及用于防止部件过度上紧。
根据本发明的其它方面，凸轮面轮廓基本上由现有技术的单一箍管配件改进而成，这是通过大约35度至大约60度的凸轮角度来实现的。更陡的凸轮角度形成了比现有技术的单一箍管配件更好的管夹持，尤其是在箍被硬化至在维氏硬度标度上为管材料硬度的至少大约3.3倍时。该箍还可设计成具有在上紧过程中促进径向向内铰接动作的几何形状。与现有技术的单一箍管配件相比，该铰接动作改进了管夹持和密封。
根据本发明的另一可选方面，管夹持机构或可分开式箍具有从动面，其在分开时与螺母的驱动面形成了不同角度。另一选择是，可分开式箍可具有大致连续的圆柱形内壁。根据本发明的另一可选方面，在分开时，箍从动面的一部分塑性变形以形成一定的轮廓如凸形部分，其可有助于箍的铰接动作，并且可用于减小上紧扭矩。
从结合附图来看的优选实施例的以下描述中，本发明的这些和其它的方面和优点对于本领域的技术人员而言是显而易见的。


本发明可在部件的某些部分和设置中采取一定的物理形式，其优选的实施例和方法将在本说明书中详细描述，并且在形成了本说明书一部分的附图中显示出，其中图1以纵向半剖面显示了处于手指拧紧位置中的根据本发明的管配件的第一实施例；图2显示了处于部分上紧位置中的图1所示实施例；图3显示了处于完成的初始上紧位置中的图1所示实施例；图4显示了本发明的另一实施例；图5显示了本发明的另一实施例，其中可分开式管夹持机构具有大致连续的内壁，其以纵向半剖面显示出；和图6显示了在分开箍之后但在完全上紧之前的图5所示实施例，显示了本发明的其它方面，包括不同角度和箍的一定轮廓的从动面。
本发明的详细描述根据本发明的一方面，管配件设置成具有管夹持机构，其最初与其中一个联接件成一体，并且可在上紧时与之分开，以便用作单一箍配件。在该优选实施例中，管夹持机构或箍与阴螺纹螺母形成为一体，并且通过易断薄板部分而连接于其上，该易断薄板部分在箍凸轮式作用于阳螺纹部件的凸轮面上时断开。作为分开后的单一箍，该箍作用于阳螺纹主体的较陡的凸轮斜角表面上。尤其在管夹持机构在维氏硬度标度上为管材料硬度的至少大约3.3倍、优选为至少4倍时，较陡的凸轮面角度是有利的。
尽管本发明的许多方面在本文中结合于示例性实施例中来进行介绍，然而，这些描述不应视为具有限制意义。对于任何特定应用，本发明的各种方面可根据其不同的组合和子组合的要求来应用。另外，尽管本公开介绍和/或显示了许多设计选择和备选实施例，但这些描述并非试图并且不应解释为是对这类选择和备选的穷举性列举。本领域的技术人员容易理解和懂得属于所附权利要求所述的本发明的精神和范围内的其它备选和设计选择。本发明适用于任何导管，包括但不限于管和管子。
尽管具体参考配件部件在本文中所述的各种实施例由不锈钢、尤其是316不锈钢制成，但这种描述本质上是示例性的，不应解释为具有限制意义。本领域的技术人员容易理解，本发明可利用用于配件部件的任何数量的不同类型金属材料、以及金属管材料来实现，包括但不限于316，316L，304，304L，任何奥氏体或铁素体不锈钢，任何双炼不锈钢，任何镍合金例如HASTALLOY，INCONEL或MONEL，任何沉淀硬化不锈钢如17-4PH，例如黄铜，铜合金，例如，任何碳或低合金钢如1018钢，以及任何加铅的、再磷化的或再硫化的钢，例如12L14钢。材料选择的重要方面在于，管夹持机构应优选被表面硬化或完全硬化至在维氏硬度标度上是其上将使用配件的最硬管道材料硬度的至少大约3.3倍，优选为4倍或更多倍。因此，管夹持机构不必由与管道本身相同的材料制成。例如，如下文所述，管夹持机构可选自上述不锈钢材料，或者可表面硬化的其它合适材料，例如镁、钛和铝，即一些另外的示例。另外，管夹持机构的易断特征以及阴螺纹螺母也可在非金属管配件中实现。
参见图1，本发明构思出管配件50，其中在装配之前只有两个分开的部件，即阴螺纹式螺母52和阳螺纹式主体54。螺母52明显不同于现有技术箍类型管配件所用的典型螺母。主体54可在大致设计上类似于用于现有配件的典型主体，然而，如本文中进一步所述，优选但并非必须的是，主体54也可优化以用于适当地装配上新颖的螺母52。另外，主体54不必是分开的单独部件，而是可连接在另一部件如阀体、歧管或其它部件上，或者与其形成为一体。
可以注意到，在附图中，配件以纵剖面显示，但只是显示了一半剖面，可以理解，另一半是相同的，为了清楚和易于说明起见而被省略掉。在本文所示的所有图示中，各种间隙和尺寸被稍微地放大以便易于图示。
主体54是大致圆柱形主体56，其具有一体的延伸部或端56a。例如，端延伸部56a可以是六角形主体，或者是如上所述的另一部件如阀体的一部分。主体56可由与端延伸部56a相同的材料加工而成，或者可通过其它方式而相连，例如通过焊接或其它的合适技术。主体56包括第一中心纵向孔58，其在尺寸上适当地设置成可紧密地和可滑动地接受管端13。第一孔58在直径上稍微大于同轴的第二孔59，其延伸穿过主体54的端延伸部56a。当然，如果配件50是封闭端接头，则内孔59可不是通孔。
管端13优选底靠在埋头孔60上。主体56机加工或以其它方式形成有外阳螺纹62，其与在螺母52中形成或机加工出的相应的阴螺纹64螺纹式地相配。可以构思出，为了避免新、旧样式的主体及螺母部件与现有技术的配件部件的无意相混，本发明的螺母和主体上的螺距可基本上不同于现有技术箍类型管配件螺母和主体的螺距值。这就避免了互换问题，并且也允许用于滑道节距，其通过较少的螺母旋转而提供高轴向行程，以用于完全的上紧。例如，本发明所涉及的配件可使用滑道节距螺纹，其提供了充分的轴向位移以便以半圈来实现适当的上紧。作为对比，典型的现有技术配件通过1又1/4至1又1/2圈来上紧。然而，设计者可采取任何值的螺距以适用于特定的应用，因为有其它的技术以避免互换问题。因此，二分之一圈用于上紧只是各种可得设计选择的一个示例。
中心的主体孔58优选但并非必需地形成有相对于管端13的纵轴线X(图1)的稍微径向向内的渐缩α，使得孔58的直径在朝着埋头孔60的轴向方向上径向地减小。例如，尽管所选的角度不是特别重要，但这种渐缩可为大约2°至大约4°。埋头孔台肩处的孔58直径仅仅略小于管端13的外径。这样，管端13例如与孔58具有千分之几英寸的略微径向干涉配合。孔58和管端13之间的这种干涉提供了防旋转作用，以便有助于防止管端13在上紧过程中旋转。这也减小了可因上紧过程中管夹持件80的旋转而被引入管端中的残余扭转应力。管端13不必完全地底靠在埋头孔台肩60上。这是因为干涉配合有助于在孔58和管端13之间提供良好的主密封。干涉配合也可通过在上紧过程中轴向地保持管端固定而有助于改善管夹持件80所提供的管夹持，因此管夹持件80的完全轴向位移用于适当的变形和管夹持，而非在上紧过程中丧失管端的任何轴向动作或运动。孔58的渐缩可沿着其整个轴向长度或相邻于埋头孔60的更短轴向部分逐渐地延伸。
螺母52包括第一中心孔70，其具有相对于配件50的纵轴线的第一直径D1。螺母52还包括第二孔72，其具有相对于配件50的中心纵轴线的第二直径D2。在该实施例中，直径D2小于直径D1。另外，直径D2在尺寸上设置成使得孔72限定了可接受管端13(图2)的大致圆柱形壁。第一孔70终止在与螺母后端74轴向地间隔开以形成套孔75的位置使得螺母52包括径向地向内延伸的卡圈76。卡圈76大致通过螺母52的后端壁74、更小的直径孔72和更大的直径孔70来限定。
根据本发明的一个重要方面，螺母52包括管夹持机构80，其以从卡圈76稍微悬出的方式轴向向内地延伸。管夹持机构在该示例中一般形式为夹持环80，并且包括形成了紧密地接受管端13(图2)的大致圆柱形壁的内孔82。孔82的直径D3可相同于或不同于第二螺母孔72的直径。限定了夹持环孔82的圆柱形壁从夹持环80的渐缩前部分或凸头部分84轴向地延伸。凸头部分84包括轴向渐缩的外表面86，其在径向尺寸上朝着环80的后端增加。渐缩的外表面86从夹持机构80的大致径向前端85延伸。该一般径向的前端85可在优选锐利转角87处结合在内圆柱形孔82上。或者，然而，可在环80的前端中设有周向凹口或台阶或槽口或其它的几何形状(未示出)，其具有稍微大于直径D3的直径，并且从螺母52的前端85朝着后端74轴向地延伸。
渐缩的表面86优选通过半径部分89以及在其轴向的相对端通过半径86a而将前端85结合在大致圆柱形部分91上，其又经由半径93结合在套孔75上。
就此而言，可以注意到，管夹持机构80(例如，各种凹口、槽口、渐缩的部分、半径部分等等)的各种几何形状特征选择成以便进行适当的径向向内的铰接动作，如下文中进一步解释的。因此，管夹持机构80的几何形状将取决于管道材料的特征如硬度和配件部件、管道尺寸以及用于特定应用所要求的管夹持和密封性能。因此，本文所示的具体实施例在本质上是示例性的，而并不限于管夹持机构的几何形状。以上所引用的用于两个箍配件的专利也显示了有助于铰接作用的另外的几何形状变型，以获得所需的管夹持。
根据本发明的另一方面，管夹持机构或箍80通过易断薄板部分95而结合在阴螺纹螺母52上。该易断薄板部分在箍80在上紧过程中凸轮式地作用于凸轮面88上时断开(如图2所示)，因此管夹持机构或箍成为单独的件，并且与螺母和主体实际上一起使用，以便用作单一箍配件。该分开的箍80具有被螺母52的径向向内延伸壁152轴向驱动的后端150，壁152用作驱动面，用于向前驱动箍80而靠在凸轮面上以便完成初始的上紧。易断板部分95优选设计成使得当机构80与螺母52分开时，沿着断开线露出的表面95a在进一步上紧以完成装配的过程中不会与螺母的驱动面152发生干涉。当指与螺母52分开后的机构80时，这里所用的用语“管夹持机构”和“箍”或“单一箍”可以互换地使用。
通过形成一般朝着阴螺纹螺母52内侧斜角径向凹槽154，箍80被机加工而带有易断板95。该凹槽154形成了箍80的后端150，以及螺母的径向壁152，其在箍80与螺母52分离之后驱动箍轴向地靠在凸轮面上。优选但并非必须的是，壁152和后端150机加工成相对于管孔轴线X而成大约75度左右的角度，然而该角度可根据具体应用而不同。这些表面152和150可具有一定的轮廓，以便在需要时减小磨损和扭矩。
参见图1、2和3，渐缩的凸头部分84最初接合在轴向地渐缩的凸轮面88上，其形成通往主体56中的管孔58的开口。渐缩的凸轮面88是将孔58壁结合在主体54的后端壁90上的表面。该凸轮面88具有大致截头锥体形轮廓的特征。然而，表面88的形状可选择其它的形状，这取决于特定应用中配件50所要求的特定环变形和管夹持特征。
通过完成的上紧，主体54的后端90接触到套孔75，套孔75用作在上紧时的正止挡件。如果需要进行重制，则后端90可通过完成的初次上紧而与套孔75轴向地间隔开。在这种情况下，正确的上紧可采用已知的间隙量具或其它合适的技术而进行验证。
管夹持箍80形成为可执行配件50的若干重要功能。夹持箍80必须提供适当的上紧来提供密封在渐缩的凸轮面88上的流体不能透过的主密封。该密封可以是用于管配件50的主要外密封，或者实际上次级或备用密封以至任何密封可形成于管端13和主体54之间，例如沿着孔壁58和/或埋头孔60。单独的箍80也将在箍80咬合到管端13的外表面中的位置处形成主密封，该咬合区域位于箍80的圆柱形孔82与管端外表面相接合之处。而且，该主密封实际上可以是通过管端13靠在主体54上所形成的备用或次级密封至任何密封。在任何情况下，箍80必须形成靠在凸轮面88和管端13的外表面上的主密封。另外，箍80必须充分地夹持管端13以便在压力、温度和振动效应下保持密封的完整性，以及可防止管端在这种情形下与配件分离。
为了实现流体不能透过的密封和管夹持动作，箍80设计成可通过完全上紧而塑性变形并接套在管端中，如图3所示。这种结果通过设计出具有铰接动作的箍80来实现，因此渐缩的凸头部分84不仅在螺母52旋拧在主体54上时被轴向向前地驱动，而且也被径向地移动或驱动至与管端13壁的外表面形成接合。凸头部分84的前端92因此被压紧并嵌入管道壁中，并且所得的应力集中凹槽或咬合形成于图3中的区域94中。前端咬合94产生了大致径向延伸的壁或台肩99，其形成于塑性变形的管端材料之外。台肩99接合在夹持环80的嵌入前端92上，从而形成对更高压力下的管喷出的非常牢固的机械阻力。嵌入前端92因此在管端13上提供了极好的密封和牢固的夹持。环80还设计成可展示上述径向向内的铰接动作，以便在轴向相邻于应力集中凹槽咬合94或与之间隔开的位置(一般以标号96表示)处，将圆柱形壁82接套在或夹靠在管端上。这种接套和集中效应大大地改善了管夹持功能，并且用于将嵌入的凸头部分和咬合94与下管振动效应和温度变化隔离开。
尽管本发明在本文中在各种实施例中描述为可执行嵌入的凸头部分和伴随的接套动作，但是，本领域的技术人员可以理解，在一些应用中，并非总是需要这些严格的设计标准，尤其是用于要暴露于一般的温度、振动和压力效应下的配件。因此，在本文中描述为优选实施例的螺母、主体和夹持环的其它设计方面不应解释为具有限制性意义，而是作为对本发明的基本概念的可选改进以适于特定应用的要求。
为了实现所需的接套动作和管夹持，箍80设计成可展示铰接动作，其在夹持环80与主体56的渐缩的凸轮口部88相接合时，允许渐缩的凸头部分84和夹持环80的中心或中部(如在圆柱形孔82的区域或区域94)径向向内地压紧。该铰接动作也用于提供圆柱形壁82的重要径向位移和压力，以便将箍80主体的中心或中部接套在管端13上且轴向地相邻于应力集中凹槽94。在图1-3的实施例中，通过提供轴向地设在圆柱形部分72和82之间的优选为但并非要求的径向内周向槽口98，可有助于铰接动作。槽口98适当地成形为可允许箍80塑性变形并以受控的方式破坏，以便利用所需的集中效应将圆柱形壁82径向地压紧靠在管端上。因此，夹持环80的特定几何形状将设计成使得当螺母52被进一步旋拧且紧固在主体54上时，在箍80分开之后，箍80铰接并塑性地变形，以便夹持管端，并将这两者密封在管端和渐缩的凸轮口部88上。标准设计程序如有限元分析可用于根据可变因素如管道材料、管道硬度和壁厚度以及所需的压力、温度和振动性能特征，来优化环80的几何形状。
箍80的适当变形可通过选择用于渐缩表面88的合适轮廓来进一步受控。该表面与箍80的渐缩凸头相接合，因此将部分地确定箍80铰接、压紧和塑性变形的时间和方式，以便适当地嵌入凸头部分以便咬合入管道中，并且也提供了所需的集中或接套动作。另外，凸轮面88的轮廓可设计成在箍80凸头部分和渐缩的表面88之间实现所需的密封。这种密封对于配件的总体性能是重要的，如同设在箍80和管端13之间的密封一样。
螺母52及其一体式管夹持箍80可通过标准的机加工操作来制造，并且典型地包括套孔操作以形成箍80的外轮廓。螺母52的其它特征也可通过已知的机加工操作来实现。优选但是并非必须的是，螺母52包括扳手卡面102，以允许使用者将螺母52上紧在主体54上。本领域的技术人员容易理解，配件50的使用只要求螺母52和主体54之间的相对旋转，使得任一部件或两者可在上紧操作过程中根据需要来旋转。
已经发现，特别理想的是，凸轮面88可相对于配件50和管端13的纵轴线X而形成大约35°-60°的凸轮角度θ。凸轮面88的更优选角度θ应为40°-50°，最优选角度θ应为大约45°。用于凸轮面88的该角度范围与常用的金属箍类型的管配件设计显著不同。常用的管配件具有10°-25°范围内的凸轮面角度，其具有比本发明要浅得多的凸轮角度。更浅的凸轮角度在现有技术配件中是必须的，以便使箍沿着凸轮面滑动更大的轴向距离。更浅的凸轮角度提供了逐渐的变化或机械优点，以便将螺母加在箍上的轴向负荷转化成箍前端径向地进入管中的放大负荷。这种更大的滑动动作允许管夹持机构更渐变地径向地变形至管端中，以形成夹持或咬合在管上的作用。这种更大的滑动动作还允许箍前端逐渐咬入管中，并且犁出变形管道材料的积聚物。包括看起来更陡凸轮角度的现有管配件实际上或者依靠凸轮面的浅部分，或者不产生进入管道中的咬合，从而限制了配件的抗压性能。然而，现有技术的浅凸轮角度对单一箍形成可悬挂式密封的能力有不利影响。作为鲜明的对比，本发明利用了陡得多的凸轮面角度θ，这就允许夹持环凸头部分84实际上无需较大的滑动动作而压入凸轮面88中，从而形成极好的密封。
在这里的示例性实施例中，凸头部分84包括过渡至渐缩外表面86的半径部分89。该外表面86一般以没有凸轮面88角度那么陡的角度来渐缩。渐缩的外表面86优选轴向地渐缩，同时径向尺寸朝着夹持环80的后端而增大。该渐缩的外部分86和/或半径部分89使凸轮面88实际上通过上紧与具有高应力和材料压紧的一般较窄区或线接触区接触，以允许夹持环80的前端压入凸轮面88中。用语″一般较窄线接触″并不排除渐缩外表面86和凸轮面88之间的另外接触面积，而是更普遍地适用于如下构思，即接近或处在凸轮面88的高应力和压紧材料的最内范围的局部接触区，该压紧材料处于渐缩外表面86和/或靠在凸轮面88上的半径部分89之间。″压紧″简单地指通过形成其中抛光金属压在金属上以实现气密式主密封的一般较窄圆周线接触，夹持环80实现了靠在凸轮面88上的金属至金属良好密封。
重要的是要注意，特定凸轮角度的使用并不必取决于表面88的轮廓。换句话说，所关注的角度是夹持环80的前端接触凸轮面88以便在此形成密封的角度。因此，凸轮面88实际上可制成为带有非截头锥体的轮廓，但是密封仍然通过与陡角度表面88相接触的箍80的前端而形成。凸轮面88的另外复合角度或轮廓可用于更好地促进箍80所实现的铰接动作和管咬合。
无论凸轮面88是否形成为复合角度的表面，该复合角度的表面带有更陡的或更浅的另外斜角部分以便促进夹持环80进入管端13的铰接动作和咬合，根据本发明的这方面，夹持环80的前端的密封部分(在示例性实施例为半径部分89)都会形成凸轮面88的陡角度部分上的主密封，陡角度部分优选角度θ范围为相对于配件50和管端13的纵轴线X的大约35°-60°，凸轮面88的更优选角度θ应为40°-50°，最优选的角度θ在待形成主密封的位置应为大约45°。优选但并非必须的是，该主密封通过夹持环80的前端和凸轮面88之间的一般较窄线接触型接合来执行。
更陡的凸轮面角度具有的另外的优点是，与前部分必须接合现有技术单一箍和夹持环设计中的更浅凸轮面角度相比，管夹持机构80的凸头或前部分可形成具有多得多的质量。这种质量的增加以及铰接动作，倾向于将多得多的材料定位在管咬合94的位置或其附近。与现有技术单一箍或夹持环设计相比，这就大大增强了管夹持机构耐受压力的性能，并且也强化了使咬合与振动和温度效应隔开的集中效应。铰接动作还导致管夹持机构的后端(即与凸头端84相反的端)接触管端，因此更多管夹持机构前端处于轴向的、环向的和径向的受压下。
一般而言，为了管夹持机构如箍嵌入、咬合和夹持住管端，管夹持机构都必须更硬于管端。这尤其是对于更厚的壁管道而言。箍在现有技术的浅角度凸轮口部中的更大轴向运动允许箍嵌入管中，即使在箍只是比管一般程度地更硬时。在这些情形下，如果管夹持机构80只是比管端一般程度地更硬，则对于陡的角度凸轮面而言，该装置就不能充分地夹持住管，因为由更陡的凸轮角度造成的管夹持机构在上紧过程中的短得多的轴向运动。然而，根据本发明，通过制作比管道硬很多的管夹持机构，就可以使用更陡的角度凸轮面，并且可用于使管夹持机构充分地咬合入管端中，以便夹持住管。
本发明的更陡的凸轮角度θ也导致在上紧过程中箍80的短得多的轴向位移距离。因此，凸头部分84将需要通过短得多的轴向位移或滑动运动而径向地变形和压入管端13中。因此，为了实现适当的管夹持，箍80优选表面硬化至这样的硬度，其在维氏硬度标度上为管道材料硬度的至少大约3.3倍。例如，如果管道材料是不锈钢，它可具有高达大约200维氏硬度的硬度。因此，根据本发明的这一方面，当配件50与这种坚硬的材料一起使用时，管夹持机构应被硬化至其硬度为管道硬度的至少大约3.3倍。更优选地，管夹持机构应被硬化至其硬度为管道硬度的至少4倍。另外，不必对整个夹持环80进行表面硬化，而可仅对凸头部分84进行选择性的表面硬化。
根据本发明的该方面，全部或一部分螺母52和主体54可被完全硬化或表面硬化，以便在与更硬的管道材料例如不锈钢一起使用时，可提高配件50的管夹持能力。合适表面硬化工艺在公布给本发明的受让人的美国专利No.6547888、No.6461448、No.6165597和No.6093303中进行了全面的描述，这些专利的全部公开内容通过引用而全面地结合于本文中。这些工艺产生了管夹持机构的大约800至1000维氏硬度或更高的硬度，同时不会有损于配件的防腐性能。然而，可根据要求使用其它的表面硬化技术。管夹持环80的表面硬化允许环80充分地夹持和密封在管道材料上，例如包括二联不锈钢在内的不锈钢。以上引用的表面硬化专利具有另外的优点，即，在环80上提供了可减轻或防止环80(其与螺母52一同旋转)和管道之间的磨损擦伤的表面。
各种润滑剂也可与管夹持环80一起使用，以减轻磨损擦伤和残余的扭转，例如PTFE润滑脂，以及含有二硫化钼或二硫化钨的润滑脂。
表面硬化技术一般会导致整个螺母52和一体的管夹持环80表面硬化。当在不锈钢上进行表面硬化，例如如以上所引用的专利或专利申请中所述的那样时，就会形成附着的氧化膜。在本发明的另一实施例中，固体润滑剂可施加在不锈钢螺母52的螺纹上，以减小紧固过程中的摩擦和上紧扭矩。可用于该用途的任何固体润滑剂和许多这类固体润滑剂是众所周知的。若干示例为石墨、二硫化钼、二硫化钨和UHMWPE(超高分子量聚乙烯)。这些润滑剂可单独地使用，即不与另一材料组合，或与另一材料例如树脂载体等相混合。另外，这些润滑剂可以基本上任何固体形式来使用，包括粉末、颗粒和膏状物。
这种类型的固体润滑剂是众所周知的商品。示例包括可从密歇根州Midland的Dow Corning Corporation公司得到的DowCorning321干膜润滑剂，以及可从加利福尼亚州Monrovia的TransChem Coatings公司得到的SlickoteDry Lube100。
这些润滑剂可通过任何标准的方法来施加，例如通过手，通过气溶胶或喷雾或通过自动化设备来进行。可提供润滑性能的任何涂层厚度都是可使用的。通常不要求超过标准等级2螺纹间隙的固体润滑剂厚度。如果合适，润滑剂可也可被加热以提高其附着力。例如，一些润滑剂，尤其是以树脂粘合剂来提供的润滑剂，可被加热以便实现粘合剂的固化。例如，SlickoteDry Lube100可遵循制造商的使用说明例如在300华氏度加热1小时。
在本发明的一个具体实施例中，如上所述的干型润滑剂用在不锈钢螺母52上，螺母52已接受了利用一氧化碳作为碳源的低温渗碳处理。不锈钢是不会生锈的，因为当钢暴露于空气中时，薄的固有铬氧化膜将自然地形成形成。不锈钢部件、例如由AISI316和316L不锈钢制成的不锈钢部件的低温度渗碳，通常使部件表面涂覆有少量的烟灰。在使用前，这些烟灰通常通过清洗而去掉。当一氧化碳在低温渗碳中用作碳源时，不仅可形成烟灰，而且另外还会形成较厚的氧化膜。这种厚氧化膜与使不锈钢不生锈的固有铬氧化膜的明显不同之处在于，它更厚，并且明显不是钝化膜。一般情况下，这种膜也在使用前去掉，以便露出部件的渗碳表面。
根据该特定实施例，该较厚氧化膜在施加固体润滑剂之前不去掉。相反，它留在渗碳部件表面上，或至少部分的待润滑渗碳表面上。根据该特定实施例，已经发现，这种较厚氧化膜的天然多孔结构用作锚固结构，以用于将润滑剂结合在部件表面上。结果，润滑剂就更具附着性，并因此而能够承受重复的配件重制(即，螺母的松开和重新上紧)，而不会被去掉。润滑氧化膜的其它的方面见2003年2月5日提交的共同未决的名称为“润滑的低温渗碳不锈钢部件”的美国专利申请(系列号为)No.10/358946，其整个公开内容通过引用而完全地结合于本文中。
图4显示了本发明的另一实施例，其中，所有部件与以前的实施例相同，只有一处变动。在易断板部分95中，应力集中槽口300形成于其中。在该实施例中，应力集中槽口300形成为一般较紧的半径，其形成了材料薄板302，以促进箍80与螺母52的快速彻底的断开。因此，作为螺母52最小程度地旋转刚通过手指紧固位置的结果，就会产生这种断开。断开处的形状的参差不齐程度也较小。也可根据需要来使用其它形状的槽口300，例如包括椭圆形、三角形等等。
图5显示了本发明的另一实施例。在该实施例中，可分开式管夹持机构200包括大致连续的圆柱形内壁202，其被紧密地容纳在管道13周围。该实施例与图1-4所示实施例的显著区别在于，管夹持机构200不包括内凹口或槽口98。通过与阴螺母52分离，管夹持机构200用作单一箍，以便如同在上述实施例中所述的一样用于实现管夹持和密封。如图4所示的实施例，管夹持机构200可包括渐缩形外壁210，其带有可促进本文所述正确铰接动作的可选凹形或离隙(relief)212。
可单独地使用或者与其它实施例的其它特征一起使用的该实施例的另一特征是机加工而成的径向凹槽204，以便螺母的驱动面206不与管夹持机构200的从动面208平行。因此，在上紧过程中，在机构200与阴螺母52分离之后，这种不平行的关系就在这两个面之间形成了不同角度β，如下文中进一步详细描述。
管夹持机构200可如上所述地通过易断薄部分214而连接在阴螺母52上。根据本发明的另一方面，机构200设计成可在分离时变形，以便使从动面208形成一定的轮廓或弯曲。这种轮廓例如可以是任何形状，例如为凸形表面，其在沿着纵剖面(如图6所示)看去时不再呈现为锥形表面。这种轮廓可采取多种不同的形状，以促进所需的铰接动作，并且可减小上紧过程中的扭矩。从动面208可机加工成一定轮廓的形状，或者如所示实施例中一样，从动面208可在管夹持机构200的分离过程中塑性变形。在图6所示的示例性实施例中，断开薄板部分214的动作导致从动面208的径向外部分向前变形成稍微凸出的弯曲形216。这种轮廓可用于促进铰接动作，和/或减小螺母52和管夹持机构200在分离之后的上紧扭矩。
上述本发明构思了许多方面和特征，其可应用于单一箍和一体的管夹持环实施例之一或两者上，可促进密封和管夹持的主要的但非排他的性能特征。例如，在一些应用中重要的另一性能特征是管配件耐受温度效应的能力。其它的标准可包括制造成本、装配的容易程度和装配检验。本发明为设计者提供了用于设计管配件的各种方面和构思，其可满足特定应用或应用范围的性能要求。这些不同的设计方面包括管夹持机构材料的几何形状和特征的各种选择，以及管配件部件如示例性实施例的螺纹式阳主体和阴螺母的可选方面。本发明的单一方面或特征或其组合在所有的设计中都不是完全必要的，作为示例，本发明可很好地应用于管配件，其未利用构成配件的管配件第一和第二部件之间的螺纹式接合。因此在广义上，本发明提供了可分开式箍管配件，其与现有技术的单一箍管配件不同，当箍在上紧过程中塑性变形时包含铰接动作，而导致通过箍的中心部分靠在管端上的径向压力所形成的集中效应，来实现了管夹持和密封。因此该铰接动作产生了在所有应用中优选但并非必须的箍凸部分，其径向地压紧在管端上(而在现有技术中，单一箍管配件的箍凹形地弓出离开管端)。铰接和集中效应允许利用箍在上紧过程中的更短的凸轮行程或轴向位移，即使在更硬的管道材料上也能够形成充分的管夹持，因此也确保了靠在凸轮面上的充分密封。
设计者根据本发明可用于实现所需的管夹持和密封的各种方面和选择包括但不限于以下所述。一方面是使用如上所述的更陡凸轮角度θ。另一方面是使用硬化技术，例如上述示例性工艺，使得箍/夹持环在维氏硬度标度上为管道硬度的至少大约3.3倍。硬化可以是在管夹持机构/箍的部分或全部表面上的表面硬化或完全硬化。另一方面是箍/夹持环的合适的几何形状，以便在上述的配件上紧过程中形成铰接功能或效应，以便确保凸头利用在压痕轴向后面的集中或接套效应，而适当地压入管道壁中。箍/管夹持机构可设计成咬合入管端中，这在更高的压力应用中是典型的，或径向地压紧在管端上，这在薄壁管道或更软管道中是典型的。几何形状的考虑可包括使用内槽口/凹口或凹型，使用带有或没有凹型的外渐缩壁，以及使用一定轮廓的后壁，例如凸面。另外的几何形状特征可包括使用半径部分，以便利用一般线接触而接合在凸轮面上，以用于执行牢固的密封以及将箍的前边缘压入管壁中，以形成牢固的咬合和管夹持。另一方面是设计铰接动作，使得在完全上紧后箍的后部分保持与管端径向地间隔开。这有助于防止形成应力集中凹槽或区域，其会受到沿着管道的振动效应的影响。另一方面是在管配件部件之一的驱动面和相关的箍从动面之间提供不同的角度。不同角度促进了适当的铰接动作，以便有效地将箍夹紧在管端上，并且也促进了箍后部分与管端的径向间隔开。
因此，本领域的技术人员可以理解，本发明对现有技术的单一箍管配件进行了显著的增加，尤其是用于结合了更陡凸轮角度、不同的硬度和铰接动作选择的示例性实施例。这三个方面的工作一起导致单一箍管配件展示良好密封和管夹持特征，这与现有技术单一箍管配件不一样。另外，在许多应用中，使用铰接动作和单独使用硬度差也足够了。设计者可用于操作分离箍的各自选择的其它方面在2003年8月14日提交的共同未决的美国专利申请(序列号)No.“用于金属管和管道的配件”在进行了阐述，该申请的整个公开内容通过引用而完全地结合于本文中。
铰接动作尤其可用于管道材料比较坚硬例如为二联不锈钢时的应用中，使得箍必须充分地表面硬化，以允许箍凸头压入管道壁中。箍制作成更硬，则就更难于使箍以合适方式变形，以确保适当的管夹持和密封。铰接动作允许箍适当地变形和夹持住管道。对于更软的管道材料如铜，更陡的凸轮角度θ就可单独地足以确保管夹持和密封。
如上所述，铰接动作可通过各种设计选择来执行，这些设计选择可单独地或以任何数量的各种组合和子组合来使用。这些选择之一是所知的内槽口或凹口。另一选择是渐缩的外壁。另外，箍的后端或驱动面可形成如′963专利中所述的一定轮廓，例如带有凸形，这就区别于如图4所示的直锥形轮廓。在箍后端采用凸形轮廓(或者螺母52的一定轮廓的驱动面，或这两者)通过更均匀地分布箍和螺母之间的相互作用力，而减小了磨损擦伤和上紧用扭矩。本领域的技术人员容易理解，一定轮廓的后端可采取许多不同的形状，例如在2000年12月20日提交的国际专利申请No.PCT/US00/34828“带有可减小磨损擦伤的间隙的箍”，及其1999年12月22日提交的相应美国专利申请(序列号为)No.09/469549(未决公布)“带有可减小磨损擦伤的间隙的箍”中所述，这些专利申请的整个公开内容通过引用而完全地结合于本文中。这些应用的讲述内容不需用于本发明的理解和实践，而是提供了一定轮廓后壁的另外的备选设计构造以及用于铰接操作的其它几何形状构思，或者用于两个箍管配件的后箍，或用于单一箍管配件。一定轮廓的后壁也促进了铰接动作，因此箍的后端可在如上所述的上紧之后，与管道径向地间隔开。防止箍后端和管道壁之间的接触就防止形成应力集中凹槽，其易于受到有害的振动影响。
如图6中所示，箍后壁在断开之后可具有例如凸形形状的轮廓，以便在表面的最外凸形区域的切线Z和螺母的驱动面之间形成包括的角度β(在这里称为″不同角度″)。因此，凸形轮廓的表面的形状可根据需要来选择，以用于特定的应用。螺母驱动面或表面优选在与管端径向地间隔开的位置首先接触凸形表面。尽管在该实施例中，初始接触在该表面的径向远端部分或其附近，然而，这并非要求一定如此。初始接触例如可更多地处于该表面的中心区域内。
使用包括一定轮廓的后壁、不同角度β和外壁(例如带有渐缩的部分和凹型)的一个或多个方面有助于铰接动作，其产生了牢固的管咬合和集中，以及在配件上紧后使箍的后端与管端径向地间隔开。
尽管箍的后端优选在上紧后与管道径向地间隔开，但这并非在所有应用中都需要这样。对于其中要求这些间隔的那些应用而言，另一备选是在箍的后端中形成凹口，例如埋头孔(如虚线所示)。
铰接动作与现有技术的单一箍配件中箍的典型弓出或下凹变形不同，而是优选包含图6的方向箭头C1和C2所示的双旋转效应。在箍的上紧和塑性变形过程中，箍的后端一般以顺时针方向旋转(这里，用语顺时针和逆时针用于方便引用根据附图所示的方位，而非任何所要求的实际旋转方向)或旋转离开管端13，而凸头部分一般以逆时针方向(即与后端的旋转方向相反)旋转。因此，凸头部分的该旋转有助于位于已压入凸头部分的轴向后面的箍中心部分的径向压紧。″中心部分″意指箍的后端和前端之间的区域，不必处于箍的中间。相反，这里所用的中心部分指箍主体的径向地压在位于压入前端的轴向后面的管壁上的那部分。这种径向压紧产生了位于压入前端的轴向后面的内圆柱形壁的部分的所需集中或接套效应。集中区域的长度将根据管配件的总体设计特征和性能要求而变动。集中区域位于压入前边缘的轴向后方，但开始夹入的精确位置取决于设计选择，因此它可定位成相邻于压入凸头和相关的应力集中凹槽，或者可与之轴向地间隔开或与之连续，即可称作若干示例。所示集中区域也可具有压入管道壁中的凸形径向部分的特征，其中铰接操作优选在上紧过程中产生了圆柱形壁的这种凸形变形。这种效果易于区别于其中箍或者下凹地弓出离开管道的现有技术配件，或可用于将保持大致圆柱形形状的完全硬化的那些箍。
因此，可通过使用箍的各种几何形状特征中的一个或多个来促进双旋转铰接操作，包括但不限于使用箍的一定轮廓的后壁，包括箍和驱动螺母之间的不同角度，以及外壁中的凹型。因此，本领域的技术人员可选择用于箍的最佳几何形状特征以用于特定应用，以促进使用陡的凸轮角度，以及选择性地使用不同硬度的箍。
已经参见优选实施例来描述了本发明。显然，在阅读和理解了本说明书之后，可以构思出各种修改和变化。本发明旨在包括属于所附权利要求及其等效物的范围内的所有这类修改和变化。
权利要求
1.一种用于管端的管配件，包括阴螺纹式联接件和阳螺纹式联接件，它们螺纹式地结合在一起以便将所述配件装配在管端上；所述阴螺纹式联接件具有连接于其上的管夹持机构；所述管夹持机构在所述配件装配至上紧状态的过程中与所述阴螺纹式部件分离。
2.根据权利要求1所述的管配件，其特征在于，所述管夹持机构在与所述阴螺纹式部件分离之后用作单一箍。
3.根据权利要求1所述的管配件，其特征在于，所述阳螺纹式部件包括斜角凸轮面，其在上紧过程中与所述管夹持机构的前端相接合，以便使所述机构与所述阴螺纹式部件分离。
4.根据权利要求3所述的管配件，其特征在于，所述管夹持机构通过薄板连接在所述阴螺纹式部件上。
5.根据权利要求4所述的管配件，其特征在于，所述薄板是环形的。
6.根据权利要求1所述的管配件，其特征在于，所述阴联接件和管夹持机构硬化至在维氏硬度标度上为所述管端材料硬度的至少大约3.3倍的硬度。
7.根据权利要求1所述的管配件，其特征在于，所述管夹持机构被机加工而与所述阴螺纹式部件成一体。
8.根据权利要求1所述的管配件，其特征在于，所述阳螺纹式部件包括斜角凸轮面，其在上紧过程中与所述管夹持件的前端接触；所述凸轮面相对于所述配件的纵轴线而形成了大约35°至大约60°的夹角。
9.根据权利要求8所述的管配件，其特征在于，所述阴和阳螺纹式部件是金属；其中，在所述配件完全上紧后，所述管夹持机构包括靠在所述凸轮面上的一般较窄线接触型的金属至金属密封。
10.根据权利要求1所述的管配件，其特征在于，在所述配件的进一步上紧过程中，所述管夹持机构沿着可避免与所述阴螺纹式部件发生干涉的表面而与所述阴螺纹式部件分离。
11.根据权利要求1所述的管配件，其特征在于，所述分离的管夹持件在所述配件的最终上紧过程中用作单一箍；所述箍具有咬合入所述管端外表面中的前端。
12.根据权利要求11所述的管配件，其特征在于，所述分离的箍在最终的上紧过程中径向向内地铰接，使得所述箍的中心部分径向地压靠在所述管端上，以便在与所述前端管咬合处的轴向间隔开的位置处压接在所述管端上。
13.根据权利要求12所述的管配件，其特征在于，所述管夹持机构包括圆柱形内孔，以及在与所述前端轴向间隔开的位置处形成于其中的周向径向凹口。
14.一种用于管端的管配件，包括阴螺纹式联接件和阳螺纹式联接件，它们螺纹式地结合在一起以便将所述配件装配在管端上；所述阴螺纹式联接件具有连接于其上的管夹持机构；所述阳螺纹式联接件具有管端容纳孔，以及位于所述孔一端的在装配过程中面向所述管夹持机构的凸轮面；所述管夹持机构在上紧过程中与所述凸轮面相接合，并与所述阴螺纹式部件分离。
15.根据权利要求14所述的管配件，其特征在于，所述凸轮面具有相对于所述配件的纵轴线的大约35°至大约60°的凸轮角度；所述管夹持机构形成了靠在所述凸轮面上的主密封。
16.根据权利要求15所述的管配件，其特征在于，所述管夹持机构的至少一部分具有在维氏硬度标度上为所述管端材料硬度的至少大约3.3倍的硬度。
17.根据权利要求16所述的管配件，其特征在于，所述管端由不锈钢制成。
18.根据权利要求15所述的管配件，其特征在于，所述管夹持机构在与所述阴螺纹式部件分离时用作单一箍。
19.根据权利要求15所述的管配件，其特征在于，所述凸轮角度为大约45°。
20.根据权利要求15所述的管配件，其特征在于，所述管夹持机构形成了靠在所述凸轮面上的一般较窄线接触型的金属至金属主密封。
21.根据权利要求14所述的管配件，其特征在于，所述管夹持机构通过薄板连接在所述阴螺纹式部件上。
22.根据权利要求21所述的管配件，其特征在于，所述薄板包括应力集中槽口。
23.根据权利要求1所述的管配件，其特征在于，所述管夹持机构具有与所述阴联接件的驱动面相接触的从动面，在所述配件的在上紧过程中在所述从动面与所述驱动面之间形成了不同角度。
24.根据权利要求1所述的管配件，其特征在于，所述管夹持机构包括大致连续的圆柱形内孔。
25.根据权利要求24所述的管配件，其特征在于，所述孔包括位于所述管夹持机构后端的埋头孔。
26.根据权利要求1所述的管配件，其特征在于，所述管夹持机构包括在其中形成有周向径向凹口的大致圆柱形内孔。
27.根据权利要求1所述的管配件，其特征在于，在所述管夹持机构与所述阴联接件分离的过程中，所述管夹持机构的后部分塑性变形成具有一定轮廓。
28.根据权利要求27所述的管配件，其特征在于，所述轮廓包括凸形的形状。
29.根据权利要求27所述的管配件，其特征在于，所述轮廓一般设置成与所述管端径向间隔开。
30.一种用于管端的管配件，包括阴联接件和阳联接件，它们结合在一起以便将所述配件装配在管端上；所述阴联接件具有连接于其上的管夹持机构；所述管夹持机构在所述配件装配至上紧状态的过程中与所述阴联接件分离。
全文摘要
一种用于管端的管配件具有与阳螺纹式部件相配的阴螺纹式部件。阴部件包括夹持环或箍形式的管夹持机构(80)，其通过易断板(95)连接在阴部件上。通过部分上紧，箍(80)与阳螺纹式部件上的凸轮面(88)接合，并且断开或与所述阴螺纹式部件分开而变成单独件，使得配件因此可用作单一箍管配件。另外的特征包括在凸轮面上的较陡凸轮角度，以便使箍(80)以咬合式动作而夹持住管端，并且在凸轮面(88)和分离箍的前端之间形成主密封。箍的前端，以及包括最初一体式管夹持机构的可选的整个阴螺纹式部件，被硬化至在维氏硬度标度上为管端材料硬度的至少大约3.3倍的硬度。
文档编号F16L13/14GK1836129SQ200480023163
公开日2006年9月20日 申请日期2004年8月12日 优先权日2003年8月15日
发明者P·威廉斯, M·A·贝内特 申请人:斯瓦戈洛克公司