的视图，显示了应力分布情况；
图20是本发明的另一个实施例；
图21图示了没有应用成形后卡套的双卡套管接头的应力分布情况；
图22图示了含有圆周形凹槽的后卡套设计的另一个实施例；
图23A-F图示了各种替代的后卡套被驱动表面的轮廓；
图24A-G图示了本发明的替代实施例，其中螺母的驱动表面设置有成形表面；
图25图示了卡套的另一个替代的实施例，该卡套具有由两个不同直径构成的内圆筒形孔； 图26图示了卡套的另一个替代的实施例，该卡套具有在卡套体上的外凹口或凹槽；
图27图示了本发明的卡套的另一个替代实施例，该卡套具有:带凹口的内孔，成形后表面，在卡套端头区域上的外凹口及隆起部分；和
图28是图示本发明的一个方面一高摩擦力管子的夹握区域一的有限元分析，该夹握区域与产生于卡套端头的应力上升区有轴向间隔。
【具体实施方式】
[0017]现在参考附图，其中各附图仅是图示说明本发明的优先实施例而不是对其的限制，图2?4图示了实施本发明的管接头的全部结构。应该注意:为了清晰和便于理解，本文的卡套轮廓的许多图示中，显示的卡套是局部剖视，特别是对于卡套的几何形状及轮廓的视图，其中只需要在剖视图中图示整个卡套的一部分。图2?4的实施例有应用了与图1及图1A的现有技术装置的描述方面所用的相同标号作为标志的主要元件。图1的元件的描述被看作同样适用于图2?4的元件，它们用相应的标号，除非另有说明。特别是在图2?4的实施例中，后卡套22’已经被改进，其改进方式导致作用在从前卡套经后卡套至螺母之间的反作用力产生径向朝外的巨大分力。这点与图1及IA的实施例截然不同，后者在考虑中的分力是具有大的轴向分力的。特别是如图4所示，分力A通常在后卡套22’的轴向延伸，并导致作用在卡套表面28’的径向内面上及螺母的突缘32’上的负载增大。如先前已讨论过的，在这个区域的高局部负载或应力集中产生了大的扭矩及因磨损而咬住。
[0018]虽然本文具体参考双卡套系统描述了本发明，这种解释是示例性质的并不应解释为有限制意义。本发明的各个方面也可在单卡套管接头中得到应用。
[0019]在本发明的一个实施例中，反作用力的改变方向可通过在后卡套22’的整个内表面设置圆周形的凹槽40来实现。注意凹槽40通常位于后卡套22’的相对端部的中间并且这导致后卡套的内表面被减小成两块轴向上相对窄的基本是圆筒形的及连续的接触部分42及44。通过这样改进后卡套，从前卡套经后卡套传导至螺母表面或突缘32’的力必然会更偏向径向地指外向，如同用图4的作用力线B所作示意地解释那样。
[0020]在这个实施例中，通常平直的接触部分42及44具有基本相同的直径，但是在替代实施例中，这两个区域可有不同的直径，例如在某些应用中希望后平直的接触部分42的直径稍大于前平直的接触部分44的直径，例如，大千分之几英寸，更好是大千分之一至千分之三英寸。在还有的另一个替代实施例中，后平直的接触部分42作为接触区域可通过在这个区域设置锥口孔而去除掉。特别是对于较大的卡套尺寸，后卡套的端头部分的单个平面足以在安装期间保持卡套在管子上的合适对正。这些替代实施例在本文后面将更充分地描述。
[0021]通过比较图1的后卡套2与图2?4的实施例的后卡套22’，本发明的另一个重要特点得到了最好的示范。特别是，后卡套22’的外径向壁50含有锥形部分，当锥形部分从前端头部分52延伸至后突缘26’时增大了径向尺寸，该前端头部分被容纳于前卡套的后倒角区域之中。在现有技术结构(图1及图1A)中，后卡套具有圆筒形的通孔和外径向壁，该外径向壁在这个区域平行于构成该通孔的内表面延伸。换句话说，后卡套具有固定的环形壁厚“t”。在图2?4的实施例中，当改进的后卡套中含有凹槽时，外壁具有圆锥形的或锥形的轮廓，该轮廓具备足够的壁厚“t”和端头部分的受控变形。最好的是，当外壁50在已缩小尺寸的端头区域52与已扩大直径的后突缘26’之间延伸时，外壁50具有一般地均匀的角度或锥度，该端头区域52被容纳于前卡套的斜口中。再有，这提供了后卡套的受控变形，使得该区域52沿平直的接触部分44径向朝内的塑性变形而形成与管子的外壁的夹握、密封接合。注意:在图4中凹槽40的形状是这样构造的以显示尺寸“t”是固定的，虽然它不一定需要是如此。例如，如果凹槽40是例如在图14、17及18的许多图示中那样构成的，锥形的外壁50在后卡套端头52与后突缘26’之间提供非均匀的厚度“t”。
[0022]后卡套22’的壁厚“t”及几何形状和轮廓是为具体用途而选择的，以便为了平衡及使卡套22’在管子上合适地对正和保护后卡套22’与前卡套16’的配合，以在为保证管子的合适密封而上紧期间实现所需的相位控制的顺序夹握操作。在管接头上紧期间，后卡套22’对管子端部13的外表面施加具有轴向及径向分力两者的矢量力。径向分力能使管子表面上的轴向摩擦力实现极佳的夹握及密封作用。这个轴向摩擦力平衡来自管子13的轴向管子夹握反作用力。
[0023]锥形的外壁50与凹槽40的组合几何形状导致后卡套端头部分52的“铰接”效应。所选择的几何形状及轮廓将取决于这些因素，它包括但不需局限于:管接头元件所使用的材料，管子材料及壁厚，管接头的工作压力，后卡套是否要表面淬硬，等等。在构造(连接)期间，为了保持合适的顺序夹握操作，后卡套22’端头部分52不过速地塌陷是重要的，否则，前卡套16在管壁上不会有足够的夹握力，或者在前卡套16与锥形的斜口 14之间的密封力会不足。如果后卡套22’相对于前卡套塌陷得过迟，则后卡套22’在管子13壁上不会有足够的夹握力。
[0024]后卡套22’的铰接效应导致后卡套在端头部分52上施加的作用力从管子表面以相当大的径向矢量角作用在管壁上。这个卡套施加的作用力矢量B因此具有相当大的径向分力，同时产生巨大的轴向摩擦力。于是，与如图1及IA的现有技术中施加的作用力基本是轴向的相反，经驱动螺母30施加的较小轴向分力足以对抗轴向的管子夹握反作用力。管子13的后卡套22’夹握因此近似于曲拐状的铰接作用。对于实现相同的管子夹握，较小的轴向分力导致减小螺母30的上紧扭矩。
[0025]此外，在管接头上紧期间，这个铰接特性引导管子反作用力通过后卡套22’一般朝向后卡套被驱动表面28’的中央区域，表面28’的中央区域与螺母台肩32’的驱动表面接触。这导致反使用力跨过后卡套22’的被驱动表面28’更均匀地分布，以避免或减少大的应力集中，因此减少或消除因磨损而咬住和减小上紧扭矩而不损失管子夹握力。在许多情况下，最好是反作用力被导向通常垂直于后卡套的后表面28’的方向。由径向作用力引起的增大的夹握力也赋予了后卡套22’的端头部分更多的贯入或冷挤在管子13上。这样以较低的作用扭矩提供极佳的管子夹握和密封，并且通过提供高夹握压力的冷挤区域也提供对振动疲劳的较大抵御能力，该高夹握压力区域在管子应力上升区的背后(即轴向地向后)，该应力上升区产生于后卡套22’端头的前端部。图28图示了这个结果:在端头穿入管子壁13的应力上升区区域400是在卡套端头与管壁之间(的)高摩擦接合的冷挤区域402的轴向前方。高摩擦区域或冷挤产生集中效应，该集中效应使卡套固定在管壁上并保护应力上升区400不受振动。后卡套端头部分的前平直接触部分44对管子的良好夹握作用对管接头的整体性能是重要的，这与后卡套的后平直的接触部分42之间的任何接触压力正相反。在许多情况下，在接触部分42与管子13之间无需接触。
[0026]本发明的减少咬住和减小上紧扭矩的另一个好处是使管接头的有利于重装。所谓“重装”简单的意思是指:在某些应用中，使用者需要在安装之后分离管接头，可能是为了更换阀、管子或完成其它例行维护及修理，然后为重装同一管接头而不更换卡套和/或螺母或管接头体。如果后卡套及驱动螺母已变得被因磨损而咬住，则重装管接头所需的扭矩可能是不可达到的或不可能的，或者管接头不适于重新密封的。
[0027]应用本发明显著地减少或消除因磨损而咬住及减小上紧扭矩，就有助于重装。
[0028]虽然本发明可应用于许多不同的材料，当使不锈钢管接头及管子时它有特殊的优点，这些管子包括但不局限于316及316L不锈钢管子，此外还包括其它合金、耐蚀耐高温合金、铬镍铁合金、蒙乃尔合金400及500，254SM0及钢，以及例如SAF 2507双炼不锈钢。按照需要本发明可应用或不用卡套的全部或部分表面上的表面淬硬工艺。
[0029]关于表面淬硬的长套或由实际上比316L不锈钢更硬的材料制成的卡套，本发明用所希望的管壁的相位控制顺序夹握能使管接头10被恰当地上紧。如果是传统的卡套，特别是后卡套进行了表面淬硬或由非常