专利名称：管用螺纹接头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及管用螺纹接头(threaded joint for pipe),详细地说,涉及适用于一般在油井、气井的勘探、生产中使用的包含管材(tubing)和壳体的OCTG(石油专用管材)、竖管(riser pipe)、以及管线用管(line pipe)等管的连接的、密封性和耐压缩性优异的管用螺纹接头。
背景技术：
螺纹接头广泛应用于油井管等在油以及气的生产中使用的钢管的连接。在油、气的勘探、生产中使用的钢管的连接中，以往使用API (American Petroleum Institue :美国石油协会)规格规定的标准的螺纹接头。但是，近年来，原油、天然气的井逐渐深井化，从垂 直井增加了水平井、倾斜井，挖掘/生产环境苛刻化。并且，因海洋、极地等恶劣环境下的井的开发增加等，耐压缩性能、耐弯曲性能、耐外压性能等对于螺纹接头的要求性能多样化。因此，使用被称作高级接头(premium joint)的高性能的特殊螺纹接头的情况增加。高级接头通常是将分别具备锥形螺纹、密封部(详细地说是金属对金属密封部、台肩部(详细地说是扭矩台肩部)的销部件(pin component)和套筒部件(box component)结合在一起的接头。为了对管接头牢固地进行固定，锥形螺纹是重要的，密封部通过套筒部件和销部件在该部分金属接触而承担确保密封性的作用，台肩部是在接头的紧固中承担桥台(abutment)的作用的支承面。图2 图4是油井管用高级接头的示意说明图，这些图是圆管的螺纹接头的纵剖视图。螺纹接头具备销部件3和与之对应的套筒部件1，销部件3(销3)在其外表面具备外螺纹7和在销3的前端侧与外螺纹7邻接设置的被称作头部8 (销尖8)的无螺纹部。头部8在其外周面具有密封部11，在端面具有扭矩台肩部12。相对的套筒部件I在其内表面具有能够分别与销3的外螺纹7、密封部11、以及台肩部12螺合或者接触的部分，即内螺纹
5、密封部13、以及台肩部14。关于上述高级接头的现有技术能够举出专利文献I 6。[专利文献I]日本特许第4535064号公报[专利文献2]日本特许第4208192号公报[专利文献3]日本实公昭61-44068号公报[专利文献4]日本特许第4300187号公报[专利文献5]日本特开2001-124253号公报[专利文献6]日本特许第2705506号公报在图2 图4的例子中，金属对金属密封部位于销尖(pin nose) 8的前端部，但是，在专利文献I中，为了增加耐外压性能，提出有如下的高级接头将金属对金属密封部设置在销尖8的螺纹部附近，并使头部从密封部直到台肩部较长地延伸。在该专利文献I所公开的螺纹接头中构成为，使不与套筒部件接触的销尖以形成与密封部不连续的形状的方式较长地延伸，以免销尖的厚度变薄，除了能够实现上述的耐外压性能之外，还能够实现耐轴向压缩性能的提高。并且，在专利文献2中记载有同样地从密封部到销尖前端设置由附件(appendix)形成的、且具有与密封部不连续的形状的部位，确保半径方向的刚性并降低轴向的刚性，当紧固时使该附件变形，当施以拉力的载荷时使该附件恢复，由此来提高耐拉伸性能。如上述专利文献1、2所记载的那样，将密封部位置设置在销的螺纹部位置附近、并使其从销尖前端离开的情况，在提高耐外压性能、耐拉伸性能，并且相对于螺纹维持稳定的性能的方面是有效的，这从FEM仿真等也能够确认。并且，对于形成为与密封部不连续的形状的销尖，当加载强轴向压缩力的情况下，销尖自身变形，具有使套筒部件的扭矩台肩部塑性变形减轻的效果。但是，另一方面，存在销头不当的变形的情况，考虑这依赖于紧固扭矩。由于紧固扭矩会受润滑条件、表面性状等影响，因此，作为与紧固扭矩无较大依赖关系的设计，存在相对地增强了密封接触压力的半径方向分量的、增强了半径方向的密封 接触压力的半径方向密封方式。例如，在专利文献3中公开了如下的半径方向密封方式的例子使销尖具有大的圆弧形状，并缩小密封锥角。但是，这样缩小密封锥角的半径方向密封方式的问题点在于，当紧固时容易发生机械损伤(galling)这点，特别是在为了确保密封性能以及密封的稳定性而需要使密封干涉量大的情况下，机械损伤的发生的容易度进一步增大。在专利文献4中，为了解决上述的问题，将环状密封面的半径规定得较大，由此来增大密封接触区域，从而使接触压力下降。该对策是有效的，能够大幅减轻金属对金属密封部的机械损伤的危险。但是，由于采用大的圆弧而使接触压力下降，在因某些细微的故障而产生接触压力的下降、在金属对金属密封部形成微小的泄漏通道(leak path)的情况下，存在泄漏不易停止的问题。并且，由于是较大的圆弧，因此在物理上难以使金属对金属密封部从头前端离开，在确保金属对金属密封部与销尖前端的长度在一定程度以上的情况下，会导致销尖前端的厚度过小。关于耐轴向压缩性性能，如专利文献5、专利文献6所记载的那样，缩小螺纹部处的入扣齿侧(stab flank)的间隙的方法是有效的。但是，在该间隙过小的情况下，容易在螺纹部产生机械损伤，因此需要形成适当的间隙。
实用新型内容如以上说明了的那样，在以往提出的螺纹接头中，尚存某些问题，为了充分地应对上述的耐压缩性能、耐弯曲性能、外压密封性能等对于螺纹接头的要求性能的多样化，存在进一步改进的余地。本实用新型是鉴于这种情形而完成的，其目的在于提供一种能够提高密封性、耐压缩性、进一步提高耐机械损伤性的管用螺纹接头。为了找到用于解决上述的课题的方法，实用新型人重复进行了专心研究，达成了形成以下的要点结构的本实用新型。即，本实用新型如下所述。(I) 一种管用螺纹接头，其特征在于，上述管用螺纹接头具有销部件，该销部件具有外螺纹部；头部，该头部延伸至比该外螺纹部靠管端侧的位置；以及台肩部，该台肩部设置于该头部的前端；以及套筒部件，该套筒部件具有内螺纹部，该内螺纹部与上述外螺纹部螺纹结合；与上述销部件的头部外周面相对的内周面；以及与上述销部件的台肩部抵接的台肩部，上述销部件和套筒部件借助上述螺纹结合而结合在一起，销部件的头部外周面与套筒部件的上述内周面形成金属对金属接触，其接触界面形成密封面，其中，上述销部件的头部外周面形成为在销部件的轴向剖视图中朝外侧凸出的凸状的曲线，该凸状的曲线形成为如下的曲线形状依次连接朝外侧凸出的凸状的多个圆弧而形成复合圆弧曲线，上述多个圆弧具有不同于与外螺纹部邻接的圆筒形状部的母线的曲率半径，使该复合圆弧曲线随着从外螺纹部远离而圆弧的曲率半径R变大，并且，圆弧的连接点上的切线与连接对象的圆弧的连接点上的切线一致，上述套筒部件的上述内周面形成锥 面，在套筒部件与销部件结合时，上述锥面与销部件的头部外周面干涉。(2)根据上述(I)所述的管用螺纹接头，其特征在于，对于上述复合圆弧曲线内的各圆弧所成的角度，越是接近上述外螺纹部的圆弧所成的角度越大。(3)根据上述(I)或(2)所述的管用螺纹接头，其特征在于，上述复合圆弧曲线内的上述连接点中的某一个成为上述锥面的接触开始点。(4)根据上述(I) (3)中任一项所述的管用螺纹接头，其特征在于，上述锥面相对于接头的轴向所成的角度为10度以内。(5)根据上述(I) (4)中任一项所述的管用螺纹接头，其特征在于，上述销部件的头部的长度为20mm以上。(6)根据上述(I) (5)中任一项所述的管用螺纹接头，其特征在于，对于上述外螺纹部和上述内螺纹部，入扣齿侧角度在0度 30度的范围内。(7)根据上述(I) ￠)中任一项所述的管用螺纹接头，其特征在于，对于上述外螺纹部和上述内螺纹部，载荷齿侧角度在-5度 4度的范围内。(8)根据上述(I) (7)中任一项所述的管用螺纹接头，其特征在于，上述台肩部的台肩角度在0度 20度的范围内。(9)根据上述(I) (8)中任一项所述的管用螺纹接头，其特征在于，对于上述外螺纹部和上述内螺纹部，螺纹间隙在0.01 0. Imm的范围内。(10)根据上述(I) (9)中任一项所述的管用螺纹接头，其特征在于，代替依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，形成经由直线或者长度为2. 5mm以下的线段依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，上述多个圆弧具有不同于与外螺纹部邻接的圆筒形状部的母线的曲率半径。(11)根据上述(I) (9)中任一项所述的管用螺纹接头，其特征在于，代替依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，形成经由长度为2. 5mm以下、半径为250mm以上且为邻接的圆弧的半径的3倍以上的圆弧依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，上述多个圆弧具有不同于与外螺纹部邻接的圆筒形状部的母线的曲率半径。根据本实用新型，能够得到密封性、耐压缩性、耐机械损伤性提高了的管用螺纹接头。
[0039]图1(a)是示出本实用新型的实施方式所涉及的管用螺纹接头的头部的剖视图，示出销部件3。图1(b)是示出本实用新型的实施方式所涉及的管用螺纹接头的头部的剖视图，示出套筒部件I。图1(c)是示出本实用新型的实施方式所涉及的管用螺纹接头的头部的剖视图，示出将销部件3和套筒部件I结合在一起后的状态。图2是示出以往的管用螺纹接头的剖视图。图3是示出图2的销尖附近的放大剖视图。图4是示出图2的螺纹部分的放大剖视图。图5是示出螺纹间隙、载荷齿侧(load flank)角度、入扣齿侧角度的定义的剖视图。图6是示出泄漏测试仿真的加载经历(load schedule)的一览图。标号说明I :套筒部件；3 :销(销部件)；5 :内螺纹(内螺纹部)；5a :内螺纹的螺纹槽；7 :夕卜螺纹(外螺纹部)；7a :外螺纹的螺纹牙；8 :头部(销尖)；11、13、40 :密封部(详细地说是金属对金属密封部)；12、14 :台肩部(详细地说是扭矩台肩部)；18 :载荷齿侧面；19 :入扣齿侧面；20 :与销部件的头部外周面相对的套筒部件的内周面(锥面)；30:销部件的头部外周面(销尖外周面)；40a:干涉区域。
具体实施方式
如上所述，将密封部设置在从头前端离开的位置、并使头部从密封部到台肩部较长地延伸的情况，在提高耐外压性能、耐拉伸性能、且相对于螺纹使其具有稳定的性能的方面是有效的。此外，实用新型人对能够使密封部从头前端(或者是台肩部)离开、且用于避免销尖前端的厚度过小的密封部周边的形状进行了研究。结果，达成了以下的设想，销部件的头部外周面形成为在销部件的轴向剖视图中呈朝外侧凸出的凸状的曲线的面形状，与该销部件的头部外周面相对的套筒部件的内周面形成为在套筒部件的轴向剖视图中呈在两个点与销部件的凸状的曲线相交的锥面形状，利用上述销部件的头部外周面和与该头部外周面相对的套筒部件的内周面(以下称为锥面)形成金属对金属密封部，该密封部的销部件侧、套筒部件侧的各界面分别形成该部件的密封面，在该情况下，销部件的凸状的曲线形成为如下的曲线形状依次连接具有不同于与外螺纹部邻接的圆筒形状部的母线的曲率半径R的多个圆弧而形成复合圆弧曲线，使该复合圆弧曲线随着从外螺纹部远离而上述圆弧的曲率半径R变大，并且，圆弧的连接点上的切线与连接对象的圆弧的连接点上的切线一致，由此，无需缩小销尖前端的厚度就能够使密封部从头前端离开。图I (a)、图1(b)以及图1(c)是示出本实用新型的实施方式所涉及的管用螺纹接头的头部的剖视图，(a)示出销部件3，(b)示出套筒部件1，(C)示出将销部件3和套筒部件I结合在一起后的状态。销部件3设置于钢管的端部，且具有外螺纹部7 ;头部8，该头部8在比该外螺纹部7靠管端侧的位置与该外螺纹部7相连；以及扭矩台肩部12，该扭矩台肩部12设置于该头部8的前端。另一方面，套筒部件I具有内螺纹部5，该内螺纹部5与销部件3的外螺纹部7螺纹结合；销部件I的内周面亦即锥面20，在基于上述螺纹结合的销部件3与套筒部件I的结合状态下，该锥面20与头部8的外周面(头部外周面30)对置；以及台肩部14，该台肩部14与台肩部12抵接。在销部件3的轴向剖视图中，头部外周面30形成为朝外侧凸出的凸状的曲线。另一方面，与头部外周面30对置的套筒部件I的内周面形成为相对于螺纹接头的轴向具有一定的倾角(称为锥角)a的锥面20 (圆锥形状面)。进而，当使销部件3与套筒部件I结合时，锥面20与头部外周面30干涉而形成密封部40。上述锥角a设定成，在销部件3与套筒部件I的假想的无干涉结合状态下，在螺纹接头的轴向剖视图中，上述凸状的曲线和锥面20的母线在两个点相交，密封部40实际上形成在由这两个交点夹着的范围(干涉区域40a)内。使用图I (a)所示的基于3个圆弧的复合圆弧曲线的情况对形成于头部外周面30的上述凸状的曲线进行说明。该曲线是依次连接具有不同于与外螺纹部7邻接的圆筒形状部的母线亦即线段Ntl的曲率半径％、R2、R3的圆弧H N3而成的复合圆弧曲线N，该复合圆弧曲线N形成为随着从外螺纹部7远离而圆弧的曲率半径变大、即R1 < R2 < R3的曲线形状。由此，能够获得较大的销尖8前端的台肩部12的厚度(台肩部厚度)t。作为比较，图I (c)中以虚线示出了将凸状的曲线形成为单一圆弧曲线M(曲率半径为R的单一圆弧)，并使该密封部的干涉区域与复合圆弧曲线N的密封部40的干涉区域40a同等的情况，可以看出，在上述单一圆弧曲线M的情况下，与复合圆弧曲线N的情况相比较，台肩部厚度变小。当台肩部厚度变小时，销尖8的刚性不足，无法适当地确保密封部40的接触面压力。相反，如果想要以单一圆弧曲线确保台肩部厚度，则密封部40的位置远离外螺纹部7，从确保耐外压性能、耐拉伸性能的观点出发并不是优选的。 并且，复合圆弧曲线N形成为圆弧的连接点上的切线与连接对象的圆弧的连接点上的切线一致的曲线形状。例如，在圆弧N1与N2的连接点处、圆弧N2与N3的连接点处，分别使所连接的两个圆弧的切线一致。因此，凸状的曲线形成为在该曲线上并不存在转折点的连续的曲线形状，能够抑制头部的不当的变形。另外，上述连接的两个圆弧彼此可以直接连接，或者，也可以经由与上述圆弧彼此的共通切线重合的线段、或者是实质上可以不考虑角度变化的半径足够大的圆弧(半径250mm以上、且是邻接的圆弧的3倍以上)连接。为了确保不会出现泄漏通道的接触面压力，优选上述的线段或者是半径足够大的圆弧的长度在2. 5mm以下。此处，优选圆弧H N3的各圆弧所成的角度0。02、03形成为，越是接近外螺纹部7的圆弧的角度越大、S卩0:> 02> 03。否则，难以在受限的销部件3的头部8的长度(图1(a)中的销尖长度L)或者是受限的干涉区域40a的长度(称为密封接触长度)中设计复合圆弧曲线。此外，优选复合圆弧曲线的圆弧的连接点，例如圆弧N1和N2之间的连接点、以及圆弧N2和N3之间的连接点中的某一个与接触开始点一致，该接触开始点意味着最初和套筒部件I的锥面20接触的点。通过将复合圆弧曲线内的圆弧的连接点的某一个作为接触开始点，能够在密封部的接触面压力分布中形成曲率半径R大、面压力低、接触长度长的部位，以及曲率半径R小、面压力高、接触长度短的部位，难以形成泄漏通道，密封性能提高。但是，实际上，因螺纹切削装置的制作公差的关系，存在难以使圆弧的连接点与套筒部件的锥面的接触开始点完全一致的情况。在该情况下，只要圆弧的连接点的切线的倾斜比套筒部件的锥面的倾斜小最大0. 5度的范围即可。在实际的螺纹紧固中，因销与套筒之间的半径方向的干涉，会导致销的前端产生尖细的变形，紧固完毕时刻的销表面的切线的倾斜比设计值大。因此，如果使圆弧的连接点的切线的倾斜比套筒部件的锥面的倾斜小0. 5度以下的范围的话，实质上具有与使双方的倾斜一致的效果同样的效果。另外，从使密封部从头前端离开的观点出发，优 选使接触开始点到外螺纹部前端的距离x(参照图1(c))为0.7L。并且，如上所述，L是销尖长度，如果接触开始点到外螺纹部前端的距离不足0. 2L，当进行紧固时，容易产生密封部与螺纹部的干涉，因此优选为
0.2L以上。此外，为了安全，优选为0. 3L以上。优选套筒部件I的锥面20的锥角a (参照图I (b))为10度以内。通过使锥角a为10度以内、更优选为5度以内，能够适当地实现半径方向密封方式，密封性能的紧固扭矩依赖性比较低。优选销尖长度L(参照图I (a))为20mm以上。由此，密封部从销尖前端充分地离开，结果，借助该离开距离范围内的弹性变形，能够大幅度减轻对密封部的损伤，因此，对于密封性能的稳定化是有效的。由于密封性能稳定化，作为半径方向密封方式，密封干涉量S(参照图1(c))可以比较小，机械损伤危险小。另外，对于复合圆弧曲线内的两种以上的曲率半径R，优选比较小的曲率半径R为I英寸以下，比较大的曲率半径R为2英寸以上、更优选为3英寸以上。详细地说，优选使复合圆弧曲线的多个曲率半径R中的至少I个为2英寸以上(更优选为3英寸以上)，使其余的曲率半径R中的至少I个为不足2英寸(更优选为I英寸以下)。通过使复合圆弧曲线的多个曲率半径R中的至少I个为2英寸以上(更优选为3英寸以上)，容易确保密封部的接触长度，通过使其余的R中的至少I个为不足2英寸(更优选为I英寸以下)，容易达成高的面压力。并且，复合圆弧曲线内的圆弧的个数(具有不同的曲率半径R的圆弧的个数)可以是2个，也可以是图1(a)所举例示出的3个，或者也可以是4个以上。圆弧的个数增加则密封接触长度更大，更容易提高密封性能，但是，实际的制造中的负担或尺寸确认等劳力增加，因此，圆弧的个数根据实际上螺纹接头所要求的性能设计即可。此外，优选使上述接触开始点的销部件的截面积为在前端形成有接头的管的主体的截面积(销未加工部截面积)的35%以上。通过形成为这种销的截面积，销部件的接触开始点的刚性增加，特别地，容易得到高的耐外压性能。另外，优选使接触开始点的销部件的截面积为管主体的截面积的40%以上。除了上述的密封部周边的形状限定之外，对于外螺纹部和内螺纹部，通过将载荷齿侧角度、入扣齿侧角度、螺纹间隙的任意I种或者2种以上规定为合适的范围，可以确认，借助它们的组合效果，密封性能整体上进一步提高。此处，载荷齿侧角度为图5所示的载荷齿侧角度0、即载荷齿侧面18相对于接头轴正交面(与螺纹接头的轴向正交的面的意思。以下相同)所成的角度P。并且，入扣齿侧角度为图5所示的入扣齿侧角度Y、即入扣齿侧面19相对于接头轴正交面所成的角度Y。并且，螺纹间隙是图5所示的螺纹间隙G，即外螺纹的螺纹牙7a和与之啮合的内螺纹的螺纹槽5a之间的间隙G。[0066]载荷齿侧角度P的优选范围为-5度 4度，该优选范围的下限是从螺纹部的耐机械损伤性和工具寿命的观点出发而确定的，上限是从耐弯曲性的观点出发而确定的。入扣齿侧角度Y的优选范围为0 30度，该优选范围的下限是从螺纹部的耐机械损伤性、工具寿命、紧固性的观点出发而确定的，上限是从耐轴向压缩性的观点出发而确定的。螺纹间隙G的优选范围为0. 01 0. 1mm，该优选范围的下限是从减轻机械损伤危险的观点出发而确定的，上限是从当施加轴向压缩载荷时减轻销前端的负担的观点出发而确定。另外，如果考虑切削螺纹时的导程的误差，优选螺纹间隙G最小为大约0.03_。并且，发现螺纹间隙G为大约0. 045mm能够有效地发挥充分的性能，因此根据状况不同可以使螺纹间隙G为大约0. 045mm。通过以上述方式规定载荷齿侧角度、入扣齿侧角度、螺纹间隙的I种或者2种以上而导致的密封性能的整体提高效果，特别是在暂时加载轴向压缩之后加载轴向拉伸+内压力或者外压力的条件下是显著的。 并且，台肩部的台肩部角度(台肩部的接头轴向的端面相对于接头轴正交面所成的角度，设从销内周侧观察该界面的销外周侧朝接头轴向外侧伸出的情况为正的角度)优选为0度 20度。在台肩部角度不足0度的情况下，在密封性能、紧固特性的方面是不利的，另一方面，在台肩部角度超过20度的情况下，在容易产生套筒台肩部的塑性变形、密封部的局部变形的方面是不利的。优选为15度以下。此外，根据状况不同，优选为7度以下。[实施例]作为实用新型例，对图1(a)所示的、或者是在图1(a)中复合圆弧曲线的圆弧的任意2个经由线段连接的形态的本实用新型所涉及的管用螺纹接头实施评价。本实用新型的实施例以及比较例的尺寸形状和评价结果在表I以及表2中示出。销部件聚形成于外径244. 48mm、壁厚13. 84mm的钢管的前端。并且，螺纹形成有5TPI (每I英寸的螺纹牙数为5个)。作为基于FEM解析的评价，对依据IS013679 :2002的泄漏测试进行仿真，对测试的密封部处的接触面压力(ksi inch)进行评价。另外，接触面积压力通过在密封接触区域中对接触面压力进行积分计算而求出。对于该泄漏测试，对管用螺纹接头实施基于与原材料的屈服条件的95%对应的2轴应力、内压、与IS010400 2007所记载的Collapse条件对应的2轴应力或者与原材料的屈服条件的95%对应的2轴应力中的较小一方的2轴应力、夕卜压的加载试验，以图6所示的经历进行加载。并且，作为表示螺纹紧固时的机械损伤危险的指标，利用FEM解析求出以从紧固开始到紧固完毕的密封部的轴向各位置的滑动距离(inch)和接触面压力(psi)之积定义的、机械损伤指标(psi *inch)=接触面压力X滑动距离的值。该值也通过积分计算求出。可以说，机械损伤指标越小则机械损伤危险越小。并且，作为比较例，针对 比较例1、3、4 :将销尖8的外周面的母线形成为具有单一的曲率半径R的凸状的曲线(图1(c)中以虚线示出的单一圆弧曲线M)的形状的情况， 比较例2 :虽然将销尖8的外周面的母线形成为复合圆弧曲线，但并不满足越是远离外螺纹部7则圆弧的曲率半径R越大的条件的情况，同样求出接触面积压力以及机械损伤指标。[0078]此外，针对上述的实用新型例以及比较例，制作使螺纹干涉量为相对于直径为
0.305mm且密封干涉量不同的多个样本，并利用IS013679 :2002所规定的试验方法实施物理测试。并且，制作使螺纹干涉量为相对于直径为0. 127mm且变更密封干涉量的多个样本，并实施13次的反复紧固试验。通过上述的试验，求出在物理测试中不发生泄漏的最小密封干涉量以及在反复紧固试验中在13次紧固期间不产生机械损伤的最大密封干涉量，将其差作为能够设定的密封干涉量范围。针对实用新型例以及比较例，在表I中与螺纹接头的各部分尺寸一起示出利用FEM计算求出的接触面压力以及机械损伤指标、和利用实际的物理测试以及反复紧固试验求出的最大以及最小密封干涉量。此处，表I以及表2中的密封干涉量为与直径对应的值，是与图1(c)中所示的密封干涉量SX2相当的值。另外，对于FEM计算中的内压条件下的接触面积压力，任一例子中均在图6的经历中的加载步骤L3、L18附近(2轴拉伸应力+内压)示出极小值(相当于最容易产生泄漏的状态)。对于该加载点，虽然在IS013679中并无规定，但在内压+拉伸的条件下是最严格的条件，是必要的，因此进行比较。另一方面，对于FEM计算中的外压条件下的接触面积压力，在任一例子中均在图6的经历中的加载步骤L15附近(2轴拉伸应力+外压)示出极小值。在表I以及表2中以相对极小值表示各例的接触面积压力的极小值。此处，由于内压由气体加载，外压由水加载，因此泄漏的容易度不同，以内压条件和外压条件的各自的极小值作为基准求出相对极少值。即，对于L3和L18的极少值，将所有例子中的L3以及L18的最小的极小值设为100，其他的极小值以相对于该最小的极小值的比表示。并且，对于L15的极小值，将所有例子中的L15的最小的极小值设为100，其他的极小值以相对于该最小的极小值的比表示。经受一次压缩经历后的加载步骤L18的密封性能比经受压缩经历前的同一加载点的加载步骤L3的密封性能下降，特别是在不具有足够的台肩部厚度的比较例3中能够看出显著的下降。在任一结果中，本实用新型例都在压缩经历后的L18中示出良好的密封性。并且，机械损伤指标示出极大值(相当于机械损伤危险最高的状态)的接头轴向位置根据每个例子而不同。表I以及表2中以相对极大值表示各例的机械损伤指标的极大值(将所有例子中的最大的极大值设为100，其他的极大值以相对于该最大的极大值的比表不)。表3中示出其他尺寸下的评价结果。对象材料为外径139. 7mm、壁厚7. 72mm、5TPI,以及外径346. 08mm、壁厚15. 88mm、4TPI。在任一尺寸下，本实用新型例都示出压缩经历后的优异的密封性、以及紧固时的优异的耐机械损伤性。根据表I、表2、以及表3所示的评价结果，可以清楚，在任一实用新型例中，与比较例相比较，均能够实现虽然接触面积压力高但机械损伤指标小或者为相同程度、并且能够设定的密封干涉量范围广、密封性以及耐机械损伤性优异的螺纹接头。权利要求1.一种管用螺纹接头， 所述管用螺纹接头具有 销部件，该销部件具有外螺纹部；头部，该头部延伸至比该外螺纹部更靠管端侧的位置；以及台肩部，该台肩部设置于该头部的前端；以及 套筒部件，该套筒部件具有内螺纹部，该内螺纹部与所述外螺纹部螺纹结合；与所述销部件的头部外周面相对的内周面；以及与所述销部件的台肩部抵接的台肩部，所述销部件和套筒部件借助所述螺纹结合而结合在一起，销部件的头部外周面与套筒部件的所述内周面形成金属对金属接触，其接触界面形成密封面，所述管用螺纹接头的特征在于，所述销部件的头部外周面形成为在销部件的轴向剖视图中朝外侧凸出的凸状的曲线，该凸状的曲线形成为如下的曲线形状依次连接朝外侧凸出的凸状的多个圆弧而形成复合圆弧曲线，所述多个圆弧具有不同于与外螺纹部邻接的圆筒形状部的母线的曲率半径，使该复合圆弧曲线随着从外螺纹部远离而圆弧的曲率半径变大，并且，圆弧的连接点上的切线与连接对象的圆弧的连接点上的切线一致，所述套筒部件的所述内周面形成锥面，在套筒部件与销部件结合时，所述锥面与销部件的头部外周面干涉。
2.根据权利要求I所述的管用螺纹接头，其特征在于， 对于所述复合圆弧曲线内的各圆弧所成的角度，越是接近所述外螺纹部的圆弧所成的角度越大。
3.根据权利要求I或2所述的管用螺纹接头，其特征在于， 所述复合圆弧曲线内的所述连接点中的某一个成为所述锥面的接触开始点。
4.根据权利要求I或2所述的管用螺纹接头，其特征在于， 所述锥面相对于接头的轴向所成的角度为10度以内。
5.根据权利要求I或2所述的管用螺纹接头，其特征在于， 所述销部件的头部的长度为20mm以上。
6.根据权利要求I或2所述的管用螺纹接头，其特征在于， 对于所述外螺纹部和所述内螺纹部，入扣齿侧角度在0度 30度的范围内。
7.根据权利要求I或2所述的管用螺纹接头，其特征在于， 对于所述外螺纹部和所述内螺纹部，载荷齿侧角度在-5度 4度的范围内。
8.根据权利要求I或2所述的管用螺纹接头，其特征在于， 所述台肩部的台肩角度在0度 20度的范围内。
9.根据权利要求I或2所述的管用螺纹接头，其特征在于， 对于所述外螺纹部和所述内螺纹部，螺纹间隙在0. 01 0. Imm的范围内。
10.根据权利要求I或2所述的管用螺纹接头，其特征在于， 代替依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，形成经由直线或者长度为2. 5mm以下的线段依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，所述多个圆弧具有不同于与外螺纹部邻接的圆筒形状部的母线的曲率半径。
11.根据权利要求I或2所述的管用螺纹接头，其特征在于， 代替依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，形成经由长度为2. 5_以下、半径为250mm以上且为邻接的圆弧的半径的3倍以上的圆弧依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，所述多个圆弧具有不同于与外螺纹部邻接的圆筒形状部的母线的曲率半径。
12.根据权利要求5所述的管用螺纹接头，其特征在于， 对于所述外螺纹部和所述内螺纹部，入扣齿侧角度在O度 30度的范围内。
13.根据权利要求5所述的管用螺纹接头，其特征在于， 对于所述外螺纹部和所述内螺纹部，载荷齿侧角度在-5度 4度的范围内。
14.根据权利要求5所述的管用螺纹接头，其特征在于， 所述台肩部的台肩角度在0度 20度的范围内。
15.根据权利要求5所述的管用螺纹接头，其特征在于， 对于所述外螺纹部和所述内螺纹部，螺纹间隙在0. 01 0. Imm的范围内。
16.根据权利要求5所述的管用螺纹接头，其特征在于， 代替依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，形成经由直线或者长度为2. 5mm以下的线段依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，所述多个圆弧具有不同于与外螺纹部邻接的圆筒形状部的母线的曲率半径。
17.根据权利要求5所述的管用螺纹接头，其特征在于， 代替依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，形成经由长度为2. 5_以下、半径为250mm以上且为邻接的圆弧的半径的3倍以上的圆弧依次连接多个圆弧而形成的复合圆弧曲线，所述多个圆弧具有不同于与外螺纹部邻接的圆筒形状部的母线的曲率半径。
专利摘要本实用新型提供管用螺纹接头，提高了密封性、耐压缩性、耐机械损伤性。具体地说，销尖外周面(30)形成为在轴向剖视图中朝外侧凸出的凸状的曲线，该凸状的曲线形成为如下的曲线形状依次连接具有不同于与外螺纹部(5)邻接的圆筒形状部的母线的曲率半径(R)的朝外侧凸出的凸状的多个圆弧而形成复合圆弧曲线(N)，使该复合圆弧曲线(N)随着从外螺纹部(5)远离而圆弧的曲率半径(R)变大，并且，圆弧的连接点上的切线与连接对象的圆弧的连接点上的切线一致，套筒部件(1)的与销尖(30)相对的内周面形成当套筒部件(1)与销部件(3)结合时与销尖外周面(30)干涉的锥面(20)。
文档编号F16L15/04GK202469289SQ20112023562
公开日2012年10月3日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者吉川正树, 园部治, 川井孝将, 长滨拓也, 高桥一成, 高野顺 申请人:杰富意钢铁株式会社