CN104583662B - 钢管用螺纹接头 - Google Patents

Abstract

钢管用螺纹接头具备：销，其具有阳螺纹部，该阳螺纹部由两段螺纹形成，和密封面，该密封面形成于该两段螺纹的中间部，包含锥面以及曲率面；和套盒，其具有阴螺纹部，该阴螺纹部由两段螺纹形成，和密封面，该密封面形成于该两段螺纹的中间部，包含锥面以及曲率面，所述销的锥面的锥角与所述套盒的锥面的锥角实质上相同，所述钢管用螺纹接头具有如下构造：在所述阳螺纹部与所述阴螺纹部连结的过程中，一边所述销的密封面与所述套盒的密封面接触，一边所述销与所述套盒在径向上干涉，由此彼此的密封面的至少一部分遍及整周地紧贴，所述钢管用螺纹接头具备接触压力增大机构，该接触压力增大机构在所述连结的完成时，增加所述销的密封面与所述套盒的密封面的接触压力。

Description

钢管用螺纹接头

技术领域

本发明涉及钢管用螺纹接头。

本申请基于2012年9月21日在日本提出申请的特愿2012－208600号要求优先权，并在此引用其内容。

背景技术

例如，在挖掘、生产原油、天然气、页岩气、甲烷水合物等化石燃料、还有地下水、温泉这些气体或者液体状的地下资源时，使用油井管等钢管。油井管等钢管通常利用螺纹接头连接。螺纹接头从大的方面来说分为两种方式。一种方式为管接头(カップリング)方式。在管接头方式中，在两端设置有阳螺纹构件(销(ピン))的两根钢管经由在两端设置有阴螺纹构件(套盒(ボックス))的、被称作管接头的短管而连接。另一种方式为集成方式。在集成方式中，在钢管的一端设置销并且在另一端设置套盒，不经由管接头而将两根钢管彼此直接连接。

油井管用的螺纹接头中，存在美国石油协会(American PetroleumInstitute)规格的螺纹接头、被称作所谓的API接头的螺纹接头。此外，还存在为了能够承受更严酷的环境而提高了性能的高级接头。高级接头大多具有钢管的连接所需的螺纹构造，并且具有承担气体、液体的密封性能的密封机构。特别是，在需要密封高压的流体的情况下，广泛使用在销的外表面、和套盒的相对的内表面分别设置旋转对称的无螺纹面(密封面)，并使这些密封面嵌合的金属接触密封件来作为密封机构。

在金属接触密封件中，销的外径被设定为比套盒的内径稍微大(将该直径差称为“密封干涉量”。)。在金属接触密封件中，使销和套盒嵌合而在径向上干涉，由此在扩径了的套盒和缩径了的销之间分别产生欲恢复至原来的直径的弹性恢复力。利用该弹性恢复力，能够使密封面紧密地紧贴。在金属接触密封件中，若将密封干涉量设定得较大，则能够提高密封性能。另一方面，若将密封干涉量设定得过大，则在螺纹接头的连结过程中，密封面粘扣(焼付き)。

如此，螺纹接头的密封性能和耐粘扣性能为相反的关系。特别是在由大量含有铬和/或镍等的高合金钢构成的钢管用螺纹接头中，容易产生粘扣，因此难以兼顾密封性能和耐粘扣性能。

因此，公开了大量在维持密封性能、换言之不降低密封干涉量的基础上避免密封面的粘扣的技术(参照专利文献1～6。)。

例如，在专利文献1、2中，公开有改良润滑膜的现有技术。具体而言，在专利文献1中，公开有如下技术：在螺纹部以及密封面各自的表面形成草酸处理基底层，在其上形成分散了二硫化锰或者二硫化钨的树脂皮膜层。在专利文献2中，公开有如下技术：在螺纹部以及密封面各自的表面形成多孔性锌或者锌合金的基底层，在其上形成不含固体润滑膜或者重金属的液状润滑膜。任一种技术都谋求耐粘扣性能的提高。

在螺纹部以及密封面各自的表面形成有上述润滑膜和/或表面处理膜的螺纹接头，大多在润滑膜和/或表面处理膜的操作时需要注意。因此，因在油井管向油井现场搬送的中途和/或现场的复杂的操作等，容易产生润滑膜和/或表面处理膜剥离这一不良情况。

在专利文献3中，公开有研究密封面的形状的技术。具体而言，公开有如下技术：将套盒密封面做成锥面，并且将销的密封面做成曲率面，使密封面这两者彼此在比较窄的范围内接触，提高局部接触压力，由此提高密封性能。

在专利文献4中，公开有在集成方式的螺纹接头形成两处密封面的技术。具体而言，在一密封面，将销做成锥面，并且将套盒做成曲率面，使两者接触。在另一密封面，为相反的关系，即将套盒做成锥面，并且将销做成曲率面，使两者接触。

在专利文献5中，公开有将销与套盒同时做成曲率面的技术。根据由专利文献3～5所公开的技术，若密封干涉量相同则能够得到高的局部接触压力，因此可得到高的密封性能。另外，通过锥面与曲率面的接触来形成密封接触部，因此可得到稳定的密封性能。

但是，对于由专利文献3～5所公开的密封面的形状，在将螺纹接头螺纹结合、连结的过程中，销以及套盒各自的密封面彼此也一边以窄的接触宽度且高的平均接触压力接触，一边滑动。因此，耐粘扣性能不理想。特别是在由含有13质量％以上铬的高合金钢构成的螺纹接头中，若不实施昂贵的表面处理，则就无法避免粘扣的产生。

而且，在专利文献6中，公开有通过将销以及套盒的任一个的密封面的形状都做成锥面并使两者接触、由此谋取耐粘扣性能的提高的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本国特开2000－130654号公报

专利文献2:国际公开第02/059519号宣传册

专利文献3:美国专利申请公开第2004/108719号说明书

专利文献4:美国专利第4153283号说明书

专利文献5:美国专利第3856337号说明书

专利文献6:美国专利第4736967号说明书

发明内容

发明要解决的问题

根据由专利文献6所公开的技术，在将螺纹接头螺纹结合、连结的过程中，作为密封面的锥面彼此以宽的接触宽度接触。因此，能够将密封面彼此的平均接触压力抑制为低，不易产生粘扣。

但是，在由专利文献6所公开的技术中，在连结完成后密封面彼此也以宽的接触宽度继续接触，平均接触压力维持低。因此，该技术所带来的密封性能有限。另外，若施加于密封面的压力变高，则存在密封性能不足、发生流体泄露的风险。

本发明是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于提供稳定地兼备高的耐粘扣性能以及密封性能的钢管用螺纹接头。

用于解决问题的方案

本发明为了解决所述课题、达成该目的，采用以下的手段。即，

(1)本发明的一形态的钢管用螺纹接头具备：销，其具有：阳螺纹部，该阳螺纹部由两段螺纹形成；和密封面，该密封面形成于该两段螺纹的中间部，包含锥面以及与该锥面相邻的曲率面；和套盒，其具有：阴螺纹部，该阴螺纹部由两段螺纹形成；和密封面，该密封面形成于该两段螺纹的中间部，包含锥面以及与该锥面相邻的曲率面，所述销的锥面的锥角与所述套盒的锥面的锥角实质上相同，所述钢管用螺纹接头具有如下构造：所述阳螺纹部与所述阴螺纹部通过螺纹结合而连结，在该连结的过程中，一边所述销的密封面与所述套盒的密封面接触，一边所述销与所述套盒在径向上干涉，由此彼此的密封面的至少一部分遍及整周地紧贴，所述钢管用螺纹接头还具备接触压力增大机构，该接触压力增大机构在所述连结的完成时，与所述连结的中途的时刻相比，增加所述销的密封面与所述套盒的密封面的接触压力。

(2)在上述(1)所述的钢管用螺纹接头中，也可以所述销的曲率面形成于所述销的顶端侧，所述套盒的曲率面形成于所述套盒的顶端侧。

(3)在上述(1)所述的钢管用螺纹接头中，也可以所述销的曲率面形成于与所述销的顶端侧相反的一侧，所述套盒的曲率面形成于与所述套盒的顶端侧相反的一侧。

(4)在上述(1)所述的钢管用螺纹接头中，也可以所述销的曲率面形成为与所述销的锥面的两侧相邻，所述套盒的锥面的长度比所述销的密封面的长度长。

(5)在上述(1)所述的钢管用螺纹接头中，也可以所述套盒的曲率面形成为与所述套盒的锥面的两侧相邻，所述销的锥面的长度比所述套盒的密封面的长度长。

(6)在上述(1)～(5)中任一项所述的钢管用螺纹接头中，也可以在所述连结的完成时，在所述销的密封面与所述套盒的密封面的接触面中的、所述曲率面与所述锥面的接触部分，产生峰值接触压力。

(7)在上述(1)～(6)中任一项所述的钢管用螺纹接头中，也可以所述接触压力增大机构，通过在所述阳螺纹部的与所述密封面相邻的部位形成的楔形螺纹、和在所述阴螺纹部的与所述密封面相邻的部位形成的楔形螺纹的连结，来增加所述销的密封面与所述套盒的密封面的接触压力。

(8)在上述(1)～(6)中任一项所述的钢管用螺纹接头中，也可以所述接触压力增大机构，通过与所述销的密封面以及所述套盒的密封面的前后某一方相邻的钩状台肩，来增加所述销的密封面与所述套盒的密封面的接触压力。

(9)在上述(1)～(8)中任一项所述的钢管用螺纹接头中，也可以所述阳螺纹部以及所述阴螺纹部包含楔形螺纹。

(10)在上述(1)～(9)中任一项所述的钢管用螺纹接头中，也可以所述销的锥面的锥角和所述套盒的锥面的锥角是2～10°。

发明效果

根据所述的形态，能够提供能够稳定地降低密封面的粘扣风险、且在连结完成后发挥稳定的密封性能的钢管用螺纹接头。

附图说明

图1是示意地表示本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的纵剖面形状的剖视图。

图2是表示图1中的绕线部分X所示的钢管用螺纹接头的销和套盒的各密封部的尺寸的主要部分剖视图。

图3A是表示图1所示的钢管用螺纹接头中的销与套盒的连结前的状态的示意图。

图3B是表示图1所示的钢管用螺纹接头中的销与套盒的连结完成时的状态的示意图。

图4A是表示构成本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的一例的销、套盒各自的密封面的连结前的状态的示意图。

图4B是表示图4A所示的销、套盒各自的密封面的连结过程中的状态的示意图。

图4C是表示图4A所示的销、套盒各自的密封面的连结完成时的状态的示意图。

图5A是表示构成本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的其他例子的销、套盒各自的密封面的连结前的状态的示意图。

图5B是表示图5A所示的销、套盒各自的密封面的连结过程中的状态的示意图。

图5C是表示图5A所示的销、套盒各自的密封面的连结完成时的状态的示意图。

图6A是表示构成本发明的一实施方式的螺纹接头的其他例子的销、套盒各自的密封面的连结前的状态的示意图。

图6B是表示图6A所示的销、套盒各自的密封面的连结过程中的状态的示意图。

图6C是表示图6A所示的销、套盒各自的密封面的连结完成时的状态的示意图。

图7A是表示构成本发明的一实施方式的螺纹接头的其他例子的销、套盒各自的密封面的连结前的状态的示意图。

图7B是表示图7A所示的销、套盒各自的密封面的连结过程中的状态的示意图。

图7C是表示图7A所示的销、套盒各自的密封面的连结完成时的状态的示意图。

图8是表示楔形螺纹的结构例的示意图。

图9是表示与销以及套盒的密封面的前后某一方相邻地设置了1个钩状台肩的情况的一例的示意图。

图10是表示与销以及套盒的密封面的前后某一方相邻地设置了1个钩状台肩的情况的其他例子的示意图。

图11是表示与销以及套盒的密封面的前后相邻地设置了两个钩状台肩的情况的示意图。

图12A是表示以往的密封形状的销、套盒各自的密封面的连结前的状态的示意图。

图12B是表示图12A所示的销、套盒各自的密封面的连结过程中的状态的示意图。

图12C是表示图12A所示的销、套盒各自的密封面的连结完成时的状态的示意图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对本发明的一实施方式进行详细说明。

首先，本发明的发明人们详细地研究了在例如由含有13质量％以上铬(Cr)的高合金钢构成的钢管用螺纹接头中，在连结过程中密封面的粘扣频发的原因。

图12A是表示以往的密封形状的销1、套盒3各自的密封面2、4的连结前的状态的示意图。图12B是表示图12A所示的销1、套盒3各自的密封面2、4的连结过程中的状态的示意图。图12C是表示图12A所示的销1、套盒3各自的密封面2、4的连结完成时的状态的示意图。此外，在图12A～图12C中，右侧为销1的顶端侧，左侧为套盒3的顶端侧。后面，在本说明书中的所有的附图中都相同。

如图12A～图12C所示，套盒3的密封面4由锥面4a和与其两端平顺地连接的曲率面4b、4c构成。另一方面，销1的密封面2由单独的大的曲率面2b构成。

在套盒3形成镀铜膜，进行了螺纹连结试验，明确了：特别是在套盒3的曲率面4c形成的镀铜膜显著地磨损的现象频发。该现象特别是在螺纹牙的剖面形状是所谓的楔形、具有在连接完成时螺纹牙的两斜面接触并紧密连结的螺纹形状的螺纹接头的情况下发生。即，该现象在具有在到连结马上要完成为止、间隙大的螺纹的螺纹接头的情况下特别显著地发生。

于是，本发明的发明人们为了调查在套盒3的曲率面4c形成的镀铜膜的磨损的原因，通过有限元素分析详细地研究了连结过程的密封面4的接触状况。其结果，明确了：在销1的密封面2开始接触时，套盒3的曲率面4c接触销1的曲率面2b，成为曲率面4c、2b彼此以极窄的宽度接触的线接触状态，而产生高的峰值接触压力，这是粘扣的主要原因。

另外，还明确了：在使用了在到连结马上完成为止、具有间隙的螺纹的情况下，在销1的密封面2开始接触套盒3的密封面4时，销1以及套盒3各自的轴心晃动、不稳定，因此剜开密封面2、4，更显著地产生粘扣。

根据以上的情况，本发明的发明人们得到了以下的(I)以及(II)的见解。

(I)若能够降低密封面2、4的接触开始时的曲率面2b、4c彼此的接触所引起的过大的峰值接触压力，则能够防止密封面2、4处的粘扣的产生。

(II)在密封面2、4的接触开始时和/或连结过程中，若使密封面2、4的形状适当化，以使得曲率面2b、4c彼此和/或曲率面2b与锥面4a不是线接触，而是锥面彼此平行地接触，则能够以更宽的接触宽度均匀地接触，能够防止高的峰值接触压力的产生。

但是，在连结完成以后峰值接触压力还保持较低，则无法得到高的密封性能。为了得到高的密封性能，在连结完成时刻需要在密封面2、4产生高的峰值接触压力。另外，为了得到高的峰值接触压力，使密封面2、4的曲率面2b、4c彼此接触是最有效的。另一方面，在连结马上完成之前就几乎已经全部导入了密封干涉量。因此，即使假设在到连结完成之前仅还有少许部分没有旋转滑动，在切换至曲率面2b、4c彼此的接触时产生粘扣的可能性也高。

于是，本发明的发明人们考虑到：若一边在连结完成之前大致维持密封面2、4彼此的接触，一边在连结即将完成之前通过其他的要素，来增大密封面2、4彼此的接触压力，在密封面2、4彼此的接触部的端部使曲率面与锥面的接触产生，则能够不产生粘扣地、得到可发挥充分的密封性能的适度的大小的峰值接触压力，上述其他的要素例如为：将销1以及套盒3的螺纹部做成楔形螺纹并使它们啮合，和/或使与销1以及套盒3的密封面2、4相邻地设置的钩状台肩(フックショルダ)抵接等。

本发明的发明人们基于这样的构思进一步进行研究，获得了如下见解：通过满足下述两个要素(A)以及要素(B)，更优选的是除了这些要素(A)以及要素(B)之外，还满足下述的要素(C)，能够解决所述问题。

(A)销的锥面的锥角与套盒的锥面的锥角实质上相同。在此，实质上相同意味着，销的锥面的锥角与套盒的锥面的锥角是相同的角度，或者其角度的差收束于±0.5°的范围。

(B)具备在连结的完成时，与连接的中途的时刻相比增加销的密封面与套盒的密封面之间的接触压力的接触压力增大机构。在此，作为接触压力增大机构，例示后面详细说明的应用于螺纹部的楔形螺纹、与销以及套盒的密封面相邻地设置的钩状台肩。

(C)销的密封面形成于离开销的端面一定距离以上的位置，并且，套盒的密封面形成于离开套盒的端面一定距离以上的位置。

根据以上的见解，发现了通过满足所述的要素(A)～(C)，在由碳素钢和/或含有13质量％以上铬的高合金钢构成的钢管用螺纹接头的连结过程中，能够稳定地得到高的耐粘扣性能以及密封性能。

另外，发现不仅对于由碳素钢和/或耐酸钢构成的钢管用螺纹接头，对于由含有13质量％以上铬的高合金钢构成的钢管用螺纹接头这样的容易产生粘扣的螺纹接头、和/或难以实施昂贵的表面处理的集成方式的螺纹接头等钢管用螺纹接头，也能够稳定地得到高的耐粘扣性能以及密封性能，而完成了本发明。

接下来，对应用了本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头(以下，简称为“螺纹接头”。)10的高级接头的一例进行说明。

图1是示意地表示螺纹接头10的纵剖面形状的剖视图。

如图1所示，螺纹接头10具备销20和套盒30。

销20具有阳螺纹部21和密封面22。阳螺纹部21在销20的外周面形成为螺旋状。阳螺纹部21由包含上层螺纹部21a和下层螺纹部21b的两段螺纹形成。

密封面22形成于上层螺纹部21a和下层螺纹部21b之间的中间部。密封面22是包含在销20的外周面形成的锥面22a和曲率面23的无螺纹面。

锥面22a在销20的轴线方向的剖面中以预定的角度(以下，称为锥面22a的锥角。)倾斜。因此，锥面22a在销20的外周面形成从该销20的基端侧朝向顶端侧逐渐缩径的圆锥台面。锥面22a的锥角优选做成例如2～10°，更优选做成3～7°。

曲率面23包含与锥面22a的两侧相邻地形成的后方曲率面23a和前方曲率面23b。后方曲率面23a以及前方曲率面23b形成为在销20的轴线方向的剖面中以预定的曲率描绘弧状。因此，曲率面23在销20的外周面形成弯曲的曲率旋转体面。对于曲率面23的曲率，只要设定该曲率以使得在与隔着曲率面23与锥面22a相反一侧的面和锥面22a之间形成连续的曲率面即可。

套盒30具有阴螺纹部31和密封面32。阴螺纹部31在套盒30的内周面形成为螺旋状。阴螺纹部31由包含上层螺纹部31a和下层螺纹部31b的两段螺纹形成。套盒30的上层螺纹部31a与销20的上层螺纹部21a螺纹结合，并且套盒30的下层螺纹部31b与销20的下层螺纹部21b螺纹结合。由此，阳螺纹部21与阴螺纹部31通过螺纹结合而连结。

密封面32形成于上层螺纹部31a和下层螺纹部31b之间的中间部。密封面32是包含在套盒30的内周面形成的锥面32a和曲率面33的无螺纹面。

锥面32a在套盒30的轴线方向的剖面中以预定的角度(以下，称为锥面32a的锥角。)倾斜。因此，锥面32a在套盒30的内周面形成从该套盒30的基端侧朝向顶端侧逐渐扩径的圆锥台面。锥面32a的锥角优选做成例如2～10°，更优选做成3～7°。

曲率面33包含与锥面32a的两侧相邻地形成的前方曲率面33a和后方曲率面33b。前方曲率面33a以及后方曲率面33b形成为在套盒30的轴线方向的剖面中以预定的曲率描绘弧状。因此，曲率面33在套盒30的内周面形成弯曲的曲率旋转体面。对于曲率面33的曲率，只要设定该曲率以使得在与隔着曲率面33与锥面32a相反一侧的面和锥面32a之间形成连续的曲率面即可。

在螺纹接头10中，在阳螺纹部21与阴螺纹部31的连结的过程中，通过销20的密封面22与套盒30的密封面32接触，同时销20与套盒30在径向上干涉，从而得到密封面22、32的至少一部分遍及整周地紧贴的构造(金属接触密封件)。

即，在该金属接触密封件中，销20的外径被设定为比套盒30的内径稍大(将该直径差称为“密封干涉量”。)。在金属接触密封件中，通过使销20以及套盒30嵌合、在径向上干涉，在扩径了的套盒30和缩径了的销20之间分别产生欲恢复至原来的直径的弹性恢复力。利用该弹性恢复力，能够使密封面22、32紧密地紧贴。

图2是表示图1中的绕线部分X所示的螺纹接头10的销20和套盒30的各密封部的尺寸的主要部分剖视图。

此外，在图2中，附图标记41表示销20的后方曲率面23a的曲率半径。附图标记42表示销20的前方曲率面23b的曲率半径。附图标记43表示销20的锥面22a的锥角。附图标记44表示销20的密封面22的直径。附图标记45表示销20的密封面22的锥长度。另外，附图标记46表示套盒30的后方曲率面33b的曲率半径。附图标记47表示套盒30的前方曲率面33a的曲率半径。附图标记48表示套盒30的锥面32a的锥角。附图标记49表示套盒30的密封面32的直径。附图标记50表示套盒30的密封面32的锥长度。

螺纹接头10优选满足下述两个要素(A)以及要素(B)，更优选除了这些要素(A)以及要素(B)之外，还满足下述的要素(C)。

(A)销20的锥面22a的锥角43、与套盒30的锥面32a的锥角48实质上相同。在此，实质上相同意味着，锥角43与锥角48是相同的角度或者该角度的差收束于±0.5°的范围。

(B)具备在连结的完成时，与连接的中途的时刻相比，增加销20的密封面22与套盒30的密封面32之间的接触压力的接触压力增大机构40。在此，作为接触压力增大机构40，例示后述的图8～11所示那样的楔形螺纹和/或钩状台肩。

(C)销20的密封面22或者套盒30的密封面32形成于离开销20或者套盒30的各自的端面一定距离以上的位置。即，销20的密封面22以及套盒30的密封面32在两段螺纹的情况下，设置于上层螺纹部21a、31a与下层的螺纹部21b、31b的中间部。通过在中间部设置销20的密封面22以及套盒30的密封面32，能够将连结过程中的密封面22、32的锥角保持为一定，得到均匀的密封接触。

图3A是表示图1所示的螺纹接头10中的销20与套盒30的连结前的状态的示意图。图3B是表示图1所示的螺纹接头10中的销20与套盒30的连结完成时的状态的示意图。

如图3A以及图3B所示，作为销20、套盒30各自的密封面22、32，形成具有实质上相同的锥角43、48的锥面22a、32a，在密封面22、32的接触开始时使锥面22a、32a几乎平行地以宽的宽度接触。由此，比较容易地达成所述要素(A)。

但是，当在包含销20的顶端面的顶端部形成密封面22时，在包含销20的顶端面的顶端部(也称为唇部(リップ)。)设置的密封面22由于密封干涉量而伴随连结的进行而缩径，与此相伴，挠角(销20的锥面22a的锥角43)变大。与此相对，套盒30仅一样地扩径，挠角(套盒30的锥面32a的锥角48)几乎不变。即，即使能够在接触开始时使密封面22、32彼此几乎平行地接触，密封干涉量的影响伴随连结而渐渐地出现，与此相伴，销20、套盒30各自的密封面22、32的锥角43、48也变得不一致。在该情况下，难以使密封面22、32贯穿连结过程以宽的宽度继续地接触。

为了即使密封干涉量的影响开始出现、也使密封面22、32的锥角43、48继续一致，只要如下设置即可：在设置于销20的顶端部的密封面22的更顶端侧处，形成具有充分的刚性的部分，使密封面22一样地缩径，抑制产生挠角。为此，在离开销20的端面一定距离以上的位置形成密封面22是有效的。

以上是关于在销20的顶端部设置有密封面22的情况的说明，但是在将密封面32设置于套盒30的顶端部的情况下可以说也是同样的。即，只要在套盒30的密封面32的更顶端侧形成具有充分的刚性的部分即可。

为了形成具有充分的刚性的部分，如图1所示，做成将阳螺纹部21的上层螺纹部21a以及下层螺纹部21b形成于密封面22的两侧、并且将阴螺纹部31的上层螺纹部31a以及下层螺纹部31b形成于密封面32的两侧的、所谓的中间密封构造。

若设为上述那样，则在连结过程中也维持作为密封面22、32的锥面22a、32a彼此以宽的接触宽度、并且均匀的接触，进一步降低粘扣的风险。

图4A是表示构成本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的一例的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结前的状态的示意图。图4B是表示图4A所示的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结过程中的状态的示意图。图4C是表示图4A所示的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结完成时的状态的示意图。

此外，在图4A～图4C中，对于与上述构成螺纹接头10的销20以及套盒30的各部分等同的部分标注相同的附图标记，并且省略其说明。另外，图4B中的附图标记A表示连结过程的接触压力的分布。图4C中的附图标记B表示连结完成时的峰值接触压力。

如图4A～图4C所示，将销20的密封面22的长度做成比套盒30的锥面32a的长度短。由此，在连结的过程中，如图4B中的附图标记A所示，锥面22a、32b彼此平行地接触，同时能够以更宽的接触宽度均匀地接触，因此能够防止高的接触压力的产生，并且将接触压力分布的变动抑制为较低。

另一方面，在连结的完成时刻，较短一方的锥面22a和在其两端部平顺地连接的后方曲率面23a以及前方曲率面23b全部与套盒30的锥面32a接触。由此，在连结即将结束之前密封面22、32彼此的接触压力增加。然后，在连结完成时，如图4C中的附图标记B所示，能够在后方曲率面23a以及前方曲率面23b接触于锥面32a的部分，产生接触压力比其他的部分高的峰值接触压力。

设为以上那样，在该螺纹接头10中，能够稳定地降低密封面22、32的粘扣风险，并且在连结完成后发挥稳定的密封性能。

接下来，对本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的其他例子进行说明。

图5A是表示构成本发明的一实施方式的钢管用螺纹接头的其他例子的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结前的状态的示意图。图5B是表示图5A所示的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结过程中的状态的示意图。图5C是表示图5A所示的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结完成时的状态的示意图。

此外，在图5A～图5C中，对与上述构成螺纹接头10的销20以及套盒30的各部分等同的部分标注相同的附图标记，并且省略其说明。另外，图5B中的附图标记A表示连结过程的接触压力的分布。图5C中的附图标记B表示连结完成时的峰值接触压力。

与图4A～图4C相反，图5A～图5C表示套盒30的前方曲率面33a以及后方曲率面33b形成于锥面32a的两侧、并且销20的锥面22a的长度45比套盒30的密封面32的长度50长的形态。在该形态的情况下，也能够稳定地降低密封面22、32的粘扣风险，并且在连结完成后发挥稳定的密封性能。

图6A是表示构成本发明的一实施方式的螺纹接头的其他例子的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结前的状态的示意图。图6B是表示图6A所示的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结过程中的状态的示意图。图6C是表示图6A所示的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结完成时的状态的示意图。

此外，在图6A～图6C中，对与上述构成螺纹接头10的销20以及套盒30的各部分等同的部分标注相同的附图标记，并且省略其说明。另外，图6B中的附图标记A表示连结过程的接触压力的分布。图6C中的附图标记B表示连结完成时的峰值接触压力。

图6A～图6C表示销20和套盒30双方的密封面22、32具备具有实质上相同的锥角43、48的锥面22a、32a的形态。另外，表示在位于销20的锥面22a的、销20的顶端侧的一侧设置前方曲率面23b，在套盒30的锥面32a的、套盒30的顶端侧设置前方曲率面33a的形态。在该情况下，即使销20和套盒30双方的锥面22a、32a的长度45、50相同，在密封面22、32的接触开始时以及连结过程中，也可维持以宽的接触宽度、并且均匀的接触，降低粘扣的风险。

图7A是表示构成本发明的一实施方式的螺纹接头的其他例子的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结前的状态的示意图。图7B是表示图7A所示的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结过程中的状态的示意图。图7C是表示图7A所示的销20、套盒30各自的密封面22、32的连结完成时的状态的示意图。

此外，在图7A～图7C中，对与上述构成螺纹接头10的销20以及套盒30的各部分等同的部分标注相同的附图标记，并且省略其说明。另外，图7B中的附图标记A表示连结过程的接触压力的分布。图7C中的附图标记B表示连结完成时的峰值接触压力。

图7A～图7C表示销20和套盒30双方的密封面22、32具备具有实质上相同的锥角43、48的锥面22a、32a的形态。另外，表示在销20的锥面22a的、与销20的顶端侧相反的一侧设置后方曲率面23a，在套盒30的锥面32a的、与套盒30的顶端侧相反的一侧设置后方曲率面33b的形态。在该情况下，即使销20和套盒30双方的密封面22、32的锥面22a、32a的长度45、50相同，在密封面22、32的接触开始时以及连结过程中，也可维持以宽的接触宽度、并且均匀的接触，降低粘扣的风险。

根据图7A～图7C所示的形态，在连结初期、即密封面22、32的接触开始时和其后的连结过程中，销20和套盒30的密封面22、32中的具有锥角的锥面22a、32a平行地接触，能够在连结过程中不发生曲率面23、33彼此的接触而降低峰值接触压力。

接下来，对上述螺纹接头10所具备的接触压力增大机构40进行说明。

接触压力增大机构40是在连接即将完成之前增加密封接触力的增大接触压力的机构，对于该机构可以考虑多种。作为其中之一可举出将阳螺纹部21以及阴螺纹部31各自的螺纹形状做成楔形螺纹。

图8是表示代表性的楔形螺纹40－1的结构例的示意图。此外，在图8中，附图标记a、a′表示螺纹牙的负载面。附图标记b、b′表示螺纹牙的***面。附图标记c、c′表示螺纹所占有的厚度。

在接触压力增大机构40中，与密封面22、32相邻的楔形螺纹40－1在连结即将完成之前螺纹的斜面彼此相互填缝而锁止，密封面22、32的接触力增加。因此，例如图4C中的附图标记B所示那样，在连结完成时，在曲率面23a、23b接触于锥面32a的部分，能够产生接触压力比其他的部分高的峰值接触压力。

楔形螺纹40－1只要在上层螺纹部21a、31a以及下层螺纹部21b、31b的与密封面22、32相邻的部位具有至少1个即可。楔形螺纹40－1优选与密封面22、32相邻地形成至少1.5齿距，更优选阳螺纹部21(21a、21b)以及阴螺纹部31(31a、31b)全部是楔形螺纹40－1。

此外，图8所示的楔形螺纹40－1中，螺纹牙的顶面以及底面相对于接头轴L平行。在该情况下，螺纹牙的负载面a、a′的高度比***面b、b′的高度低，锥角越大、螺纹的顶面的间隙越宽，则负载面a、a′的高度越低。

与此相对，在与螺纹的锥线平行地配置螺纹牙的顶面以及底面的情况下，能够将负载面a、a′设置得高，直至所施加的螺纹所占有的厚度范围(包括螺纹顶面和底面的齿距线间的半径方向上的宽度)的全部为止。与楔形螺纹40－1相比，在螺纹啮合时在径向上紧密连结销20和套盒30的力(即在即将连结之前增大密封接触力的力)进一步提高。因此，若使用这样的楔形螺纹40－1，则作为接触压力增大机构40的效果进一步提高。另外，若阳螺纹部21(21a、21b)以及阴螺纹部31(31a、31b)的任一个都是锥螺纹，并且是楔形螺纹，则更优选。

作为构成接触压力增大机构40的其他的机构，可举出例如与销20以及套盒30的密封面22、32的前后某一侧、或者两侧相邻地设置的钩状台肩。

图9～11是表示钩状台肩的例子的示意图。其中，图9、10是表示与销20以及套盒30的密封面22、32的前后某一方相邻地设置有1个钩状台肩的情况的示意图。另一方面，图11是表示与销20以及套盒30的密封面22、32的前后相邻地设置有两个钩状台肩的情况的示意图。

此外，在图9～11中，附图标记20表示销。附图标记30表示套盒。附图标记22表示销20的密封面。附图标记24表示销20的台肩面。附图标记21a表示销20的阳螺纹。附图标记32表示套盒30的密封面。附图标记34表示套盒30的台肩面。附图标记31a表示套盒30的阴螺纹。附图标记T表示密封面22、32中的锥面22a、32a。附图标记R表示密封面22、32中的曲率面。

若与密封面22、32的前侧或者后侧的一方或者双方相邻地设置钩状台肩面24、34，则由台肩的抵接所产生的反作用力的径向成分在使密封面22、32进一步紧贴的方向上作用，能够增加密封接触力。

实施例

在本实施例中，为了证实本发明的效果，对于在螺纹接头的上下两层的螺纹的中间部具有表1A以及表1B所示的4种密封形状的钢管用螺纹接头，进行有限元素分析，并且实际进行连结试验，评价了密封面的耐粘扣性能以及密封性能。在此，在表1A以及表1B中示出销的密封形状。在表2中示出套盒的密封形状。

[表1A]

[表1B]

首先，对有限元素分析的要领进行说明。用于试验的是具有楔形螺纹的集成型的高级接头。在表1A以及表1B中示出该螺纹接头的各规格。在本实施例中，通过实施模拟了螺纹接头的连结的解析，着眼于连结初期与连结完成时的密封面的接触压力。

对于编号1、3的材料，使用了13Cr钢(公称屈服强度YS＝794MPa)。对于编号2、4的材料，使用了API规格的碳素钢Q125(公称屈服强度YS＝862MPa(125ksi))。

在表2中示出有限元素分析的结果。

[表2]

由表2可知，在连结初期，编号3、4的密封接触宽度与编号1、2相比增加，能够再现所谋求的密封的接触开始状态。另外，密封面的峰值接触压力大幅地降低至0.3～0.6YS左右。根据该结果，证明了在应用了本发明的螺纹接头中，密封面具有高的耐粘扣性能。

在表2中，也一并示出连结完成时的接触压力。根据表2可知，在连结完成时，编号3、4的峰值接触压力与编号1、2相比大幅增加至YS的2倍左右。

根据该结果可知，在应用了本发明的螺纹接头中，密封面在连结完成时具有充分的密封性能。

接下来，对实际的连结试验进行说明。在该试验中，通过反复的连结分解试验，评价了螺纹接头的密封面的耐粘扣性能。

对于耐粘扣性能，在API的试验规格中对每个钢管反复进行3次以上连结/分解试验，若不产生粘扣则认为合格。

如表3所示那样，对于使用具有编号1′、3′、4的密封形状的螺纹接头，评价了耐粘扣性能。此外，编号1′、3′虽然密封形状与编号1、3相同，但是螺纹接头的尺寸不同，因此标注了不同附图标记。密封形状的详细如表1所示那样。

对于试样，销、套盒都用喷砂器进行表面处理，对于润滑剂，使用了API规格的螺纹复合油。

反复总结连结/分解试验的结果并在表3示出。

[表3]

尺寸	密封形状	连结/分解成功次数
			7-5/8″39#	编号1′	1
7-5/8″39#	编号3′	10
			5-1/2″23#	编号4	14

如表3所示，对于编号1′的螺纹接头，在第2次的连结/分解时产生了粘扣，而在编号3′、4的螺纹接头中，在3次以上的连结/分解时也未产生密封面的粘扣，因此证实了应用了本发明的螺纹接头的一方耐粘扣性能优异。

附图标记说明

10 钢管用螺纹接头

20 销

21 阳螺纹部

21a 上层螺纹部

21b 下层螺纹部

22 密封面

22a 锥面

23 曲率面

23a 后方曲率面

23b 前方曲率面

30 套盒

31 阴螺纹部

31a 上层螺纹部

31b 下层螺纹部

32 密封面

32a 锥面

33 曲率面

33a 前方曲率面

33b 后方曲率面

40 接触压力增大机构

Claims (10)

1.一种钢管用螺纹接头，其特征在于，具备：

销，其具有：阳螺纹部，该阳螺纹部由两段螺纹形成；和密封面，该密封面形成于该两段螺纹的中间部，包含锥面以及与该锥面相邻的曲率面；和

套盒，其具有：阴螺纹部，该阴螺纹部由两段螺纹形成；和密封面，该密封面形成于该两段螺纹的中间部，包含锥面以及与该锥面相邻的曲率面，

所述销的锥面的锥角与所述套盒的锥面的锥角实质上相同，

所述钢管用螺纹接头具有如下构造：所述阳螺纹部与所述阴螺纹部通过螺纹结合而连结，在该连结的过程中，一边所述销的密封面与所述套盒的密封面接触，一边所述销与所述套盒在径向上干涉，由此彼此的密封面的至少一部分遍及整周地紧贴，

所述钢管用螺纹接头还具备接触压力增大机构，该接触压力增大机构在所述连结的完成时，与所述连结的中途的时刻相比，增加所述销的密封面与所述套盒的密封面的接触压力。

2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

所述销的曲率面形成于所述销的顶端侧，所述套盒的曲率面形成于所述套盒的顶端侧。

3.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

所述销的曲率面形成于与所述销的顶端侧相反的一侧，所述套盒的曲率面形成于与所述套盒的顶端侧相反的一侧。

4.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

所述销的曲率面形成为与所述销的锥面的两侧相邻，所述套盒的锥面的长度比所述销的密封面的长度长。

5.权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

所述套盒的曲率面形成为与所述套盒的锥面的两侧相邻，所述销的锥面的长度比所述套盒的密封面的长度长。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

在所述连结的完成时，在所述销的密封面与所述套盒的密封面的接触面中的、所述曲率面与所述锥面的接触部分，产生峰值接触压力。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

所述接触压力增大机构，通过在所述阳螺纹部的与所述密封面相邻的部位形成的楔形螺纹、和在所述阴螺纹部的与所述密封面相邻的部位形成的楔形螺纹的连结，来增加所述销的密封面与所述套盒的密封面的接触压力。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

所述接触压力增大机构，通过与所述销的密封面以及所述套盒的密封面的前后某一方相邻的钩状台肩，来增加所述销的密封面与所述套盒的密封面的接触压力。

9.根据权利要求1～5中任一项所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

所述阳螺纹部以及所述阴螺纹部包含楔形螺纹。

10.根据权利要求1～5中任一项所述的钢管用螺纹接头，其特征在于，

所述销的锥面的锥角和所述套盒的锥面的锥角是2～10°。