BR0211131B1

BR0211131B1 - junta roscada para tubos.

Info

Publication number: BR0211131B1
Application number: BRPI0211131-4A
Authority: BR
Inventors: Jun Maeda
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2011-02-08
Also published as: ATE349645T1; JP2003028353A; CN1245585C; RO121534B1; MY129407A; EP1408269A4; PL367111A1; EP1408269A1; JP3876656B2; CN1527917A; RU2004104347A; US6957834B2; DE60217119D1; US20040217592A1; CA2452426A1; DE60217119T2; BR0211131A; PL200800B1; WO2003006867A1; CA2452426C

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "JUNTAROSCADA PARA TUBOS".

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a uma junta roscada para tubosque tem uma parte de vedação de metal a metal e que e para ser utilizadacom tubos de poço de óleo usado no desenvolvimento, produção e trans-porte de petróleo e gás natural, por exemplo.Fundamentos da Invenção

As condições de utilização de juntas para conectar tubos depoço de petróleo usados no desenvolvimento e produção de petróleo e gásnatural se tornaram mais rígidas à medida que poços de petróleo e poços degás se tornaram mais profundos, e um nível elevado de desempenho é re-querido com relação à resistência e impermeabilidade ao ar (também referi-do abaixo como propriedades de vedação).

Em tais poços, com juntas tubulares roscadas, tais como juntascom apoio ou juntas roscadas redondas que tem sido usadas, de modo con-veniente, nas quais a junção é feita unicamente por meio de engate roscadode roscas padrões API não é possível prover, adequadamente, tanto pro-priedades de resistência, quanto de vedação.

Portanto, juntas tubulares especiais foram propostas, as quaistêm uma parte de vedação de metal a metal com adequada resistência dejunta e excelente impermeabilidade ao ar, e essas têm sido realmente usadas.

Por exemplo, a proposta da patente US n9 4.732.416 é umajunta roscada para tubos que podem evitar concentrações de tensão for-mando-se uma parte de vedação metal a metal com uma forma na qual umasuperfície curvada contata uma superfície curvada.

A patente US ng 4.623.173 propõe uma junta roscada para tubosna qual uma superfície de vedação no lado de rosca macho de uma parte devedação metal a metal é especificada como uma superfície convexa tendoum raio de curvatura de pelo menos 100 mm, e uma superfície de vedaçãono lado de rosca fêmea é especificada como uma superfície de inclinação(uma superfície cônica) tendo um ângulo de afunilamento de 1,0 - 4,7° euma pressão P aplicada a uma parte de contato de metal a metal da superfí-cie de vedação (referida abaixo como simplesmente a "parte de contato") éespecificada como (a pressão interna aplicada à junta roscada)< P < a cargalimite do material da junta roscada).

As patentes US nQs 5.137.310 e 5.423.579 propõe juntas rosca-das para tubos nas quais uma parte de vedação de metal a metal tem umaforma na qual uma superfície cônica contata uma superfície cônica.

Na patente JP A 61-124792, uma junta roscada para tubos éproposta, na qual a aspereza da superfície (Ry)de uma superfície de veda-ção de uma parte de vedação de metal a metal é especificada como5-25 μm Rmax.

A patente JP A 06-10154 propõe uma junta roscada para tubostendo uma parte de vedação de metal a metal que foi submetida a um trata-mento de superfície para formar um revestimento de tratamento de superfí-cie com uma espessura que satisfaz uma relação prescrita com a asperezade superfície (Ry)(dentro da faixa 5-20 μιη^β um substrato.

A patente JP A 07-217777 propõe uma junta roscada que visamelhorar a resistência à formação de escoriações que tornem a espessurade um revestimento de tratamento de superfície, formada em uma parte devedação de metal, a metal maior do que a aspereza de superfície Rmax (Ry)de um substrato.

A patente JP A 08-145248 propõe uma junta roscada de aço deelevado Cr contendo pelo menos 10% de massa de Cr, na qual a dureza deuma superfície de vedação de metal a metal é feita pelo menos 10 Hv maiordo que a da outra superfície de vedação e a aspereza média da superfícietendo uma dureza mais elevada é feita para estar na faixa de 0,25 - 1,00 μm.

Porém, mesmo com juntas roscadas especiais tendo uma partede vedação de metal a metal conforme descrito acima, se a aspereza desuperfície da vedação é grande, pode facilmente ocorrer vazamento. Emparticular, quando o fluido é um gás como em um poço de gás, fica fácilocorrer vazamento. Portanto, a pressão que é necessária para aplicar àspartes de contato das superfícies de vedação para evitar vazamento quandoa aspereza da superfície é grande torna-se elevada. Dependendo da condi-ção do contato das superfícies de vedação, ou das condições da carga apli-cada, não é possível aplicar uma pressão suficiente às superfícies de veda-ção e as juntas podem não apresentar propriedades de vedação desejadas.

Com juntas tubulares tendo uma parte de vedação de metal ametal, deve ser possível obter boas propriedades de vedação reduzindo-se aaspereza das superfícies de vedação e aumentando a pressão aplicada àspartes de contato. Porém, reduzir a aspereza da superfície requer uma altaprecisão de trabalho, o tempo de trabalho se torna maior e perde, do pontode vista do rendimento do trabalho e o custo torna-se elevado. Por outrolado, quando a força de contato aplicada à parte de vedação aumenta, apressão torna-se elevada se a largura das partes de contato é estreita, o quefacilita a ocorrência de escoriações, levando ao dano da junta.

Porém, nenhuma das juntas roscadas acima descrita tendo umaparte de vedação de metal a metal leva em consideração a relação da aspe-reza da superfície e da pressão aplicada às propriedades de vedação.

Por exemplo, as juntas tubulares para tubos, propostas nos pe-didos de patente US nQs 4.732.416; 4.623.173; 5.137.310 e 5.423.579 nãomencionam a aspereza de uma superfície de vedação, ou a pressão aplica-da.

Por outro lado, com cada uma das juntas roscadas para tubos,descritas na patente JP A 61-124792, JP A 06-10154, JP-A 07-217777 e JP-A 08-145248, a aspereza da superfície é prescrita com relação ao trata-mento de superfície e não há menção da relação entre a aspereza da super-fície e da pressão aplicada e a largura da parte de contato, ou a relação en-tre essas e as propriedades de vedação.

Assim, com juntas roscadas especiais tendo uma parte de veda-ção de metal a metal que foi proposta até agora foi difícil impedir totalmenteproblemas, tais como a formação de escoriações ou o vazamento dos flui-dos.

Descrição da Invenção

Os presentes inventores descobriram que os problemas acimamencionados, de juntas roscadas especiais, são causados pela relação daaspereza da superfície de vedação com a pressão aplicada e com a largurana direção axial da parte de contato, sobre a qual a pressão age na superfí-cie de vedação e que, otimizando essas relações, é possível conferir, eco-nomicamente, boas propriedades de vedação a uma junta tubular tendo umaparte de vedação de metal a metal.

A presente invenção refere-se a uma junta roscada para tubostendo uma parte de vedação de metal a metal e compreendendo uma roscamacho e uma superfície de vedação não-roscada formada em uma extremi-dade de um tubo de aço, e uma rosca fêmea e uma superfície de vedaçãonão-roscada que são formadas na superfície interna de um acoplamento, arosca fêmea engatando, de forma roscada, a rosca macho e a superfície devedação não-roscada do acoplamento apoiando-se contra a superfície devedação do tubo de aço e formando uma parte de contato anular. Uma juntaroscada para tubos, de acordo com a presente invenção, é caracterizada porum dos seguintes itens (1)-(3), com a pressão limite da superfície interna dotubo sendo Py:

(1) A aspereza da superfície Ry das superfícies de vedação não-roscadas do tubo de aço e o acoplamento é, no máximo, 25 μιτι e, ao sercomposta a junta roscada, uma parte de vedação de metal a metal pode serformada, na qual a pressão média Pm da parte de contato anular satisfazPm/Py > 3, e a largura na direção axial da parte que recebe uma pressão Psque satisfaz Ps/Py > 1 na parte de contato anular é pelo menos 1 mm;

(2) Na composição da junta roscada, para a superfície de veda-ção não-roscada tanto do tubo de aço quanto do acoplamento, a relaçãoentre a pressão média Pm da parte de contato anular e a aspereza da su-perfície Ry ^m)das superfícies de vedação satisfaz Pm/Py > 0,0032 χ Ry2 +1,0 e a largura na direção axial da parte que recebe uma pressão Ps quesatisfaz Ps/Py > 1 na parte de contato anular é pelo menos 1 mm; e

(3) A aspereza da superfície Ry das superfícies de vedação não-roscadas do tubo de aço e do acoplamento é pelo menos 30 μιη e, ao sercomposta a junta roscada, uma parte de vedação de metal a metal pode serformada, na qual a pressão média Pm da parte de contato anular satisfazPm/Py > 3, e a largura na direção axial da parte que recebe uma pressão Psque satisfaz Ps/Py > 1 na parte de contato anular é pelo menos 2 mm;

Preferivelmente, o tubo de aço tem uma parte de ressalto emsua superfície de extremidade e, correspondentemente, o acoplamento tam-bém tem uma parte de ressalto que se apóia na parte de ressalto da superfí-cie de extremidade do tubo de aço.

Na presente invenção, a aspereza de superfície Ry das superfí-cies de vedação não-roscadas significa a aspereza da superfície trabalhadado material de base de aço que compõe a junta roscada. Por conseguinte,no caso de uma junta roscada que foi submetida a um tratamento de super-fície, Ry não é a aspereza do revestimento do tratamento de superfície nasuperfície de vedação, mas é a aspereza da superfície de vedação antes deser feito o tratamento de superfície.

A pressão Ps aplicada à parte de contato anular significa que aforça por unidade de área aplicada na direção normal à superfície de veda-ção, e a largura na direção axial da parte de contato anular que recebe apressão é um comprimento medido ao longo da superfície de vedação. Asaber, a direção da pressão Ps e a direção axial da parte de contato anularsão perpendiculares uma à outra.

A pressão Ps é aplicada pelo engate roscado das roscas do tubodo aço e o acoplamento para compor a junta roscada. O valor da pressão Psé determinado pelas dimensões e pela forma das roscas e das superfíciesde vedação que são trabalhadas, dentro de uma determinada faixa e emuma quantidade predeterminada do engate roscado das roscas. O ajuste daquantidade de engate roscado é normalmente feito tanto detectando-se osressaltos de torque ou posicionando-se por meio de marcações apropriadas.

Ps/Py indica a proporção da pressão Ps das partes de contatopara a pressão interna limite Py (pressão de Von Mises) e é um valor semdimensões. Py é considerado como sendo a pressão máxima interna quepode ser aplicada a um tubo, de modo que, se Ps/Py > 1, a pressão é sem-pre maior do que a pressão interna, ou igual à mesma. Em uma junta rosca-da para tubos, de acordo com a presente invenção, um valor de Ps que sa-tisfaz Ps/Py > 1 é especificado como a pressão efetiva, e, na parte de con-tato anular que forma a parte de vedação metal a metal, a largura na direçãoaxial da parte que recebe essa pressão eficaz é especificada como sendopelo menos 1 mm, ou pelo menos 2 mm, conforme descrito acima.

A pressão média (Pm) é um valor obtido dividindo-se toda a dis-tribuição de pressão na direção axial na parte de contato anular ao longo docomprimento na direção axial da parte de contato (o comprimento da distri-buição de pressão)pelo comprimento do contato. Essa é a pressão supondoque uma pressão uniforme atua ao longo do comprimento da parte de con-tato. Embora o valor de Pm pudesse ser determinado pelas medidas depressão, pode ser determinado por meio de análise usando-se o método deelemento finito (FEM) da condição de distribuição de tensão da parte dajunta quando é feito o engate roscado usando os dados nas dimensões me-didas da parte de junta e das propriedades materiais.

A largura na direção axial da parte de contato que recebe umapressão Ps que satisfaz Ps/Py > 1 também pode ser determinada pelo mé-todo de elemento finito.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é uma vista esquemática do conjunto, de uma juntaroscada para tubos tendo uma parte de vedação metal a metal.

A figura 2 é uma vista ampliada que mostra a proximidade daparte de vedação de metal a metal da junta roscada.

A figura 3 é uma figura que mostra uma proporção de pressãomédia Pm/Py e os resultados de um teste de vedação para juntas roscadaspara tubos tendo uma aspereza de superfície Ry da ordem de 25 μιη.

A figura 4 é uma figura que mostra a proporção de pressão mé-dia Pm/Py e os resultados de um teste de vedação para juntas roscadaspara tubos tendo uma aspereza de superfície Ry da ordem de 12.5 μιη.

A figura 5 é uma figura que mostra a proporção de pressão mé-dia Pm/Py e os resultados de um teste de vedação para juntas roscadaspara tubos tendo uma aspereza de superfície Ry da ordem de 30 μιτι.A figura 6 é uma vista explicativa, esquemática, que mostra ométodo usado no teste de vedação.

A figura 7 é uma figura que mostra o teste de vedação comouma relação entre a proporção de pressão média Pm/Py e a aspereza desuperfície Ry.

Modalidades da Invenção

Os presentes inventores investigaram a relação da aspereza desuperfície da superfície de vedação, a pressão e a largura na direção axialda parte de contato anular que recebe a pressão com as propriedades devedação, para uma parte de vedação de metal a metal, de uma junta rosca-da pelo seguinte método.

Um tubo de aço tendo um diâmetro externo nominal de 88,9 mme uma espessura de parede nominal de 6,45 mm e feito de aço de baixocarbono para tubos de poço de óleo (L-80 de padrões API)foi preparadocomo um tubo de teste. Conforme mostrado nas figuras 1 e 2, uma roscamacho 1b e uma superfície de vedação não-roscada 1a para prover umcontato plano-a-plano (uma superfície de vedação cônica, não-roscada,como a proposta na patente US n2 5.137.310)foram formadas usinando-se asuperfície periférica externa de ambas as extremidades do tubo de teste (naponta de ambas as extremidades). O tubo de teste tinha uma parte de res-salto 1c em cada extremidade.

Um acoplamento 2 feito do mesmo material que o descrito acimapara conexão com o tubo de teste 1 tinha uma rosca fêmea 2b para engateroscado com a rosca macho 1 b do tubo de teste e uma superfície de veda-ção não-roscada 2a para apoio contra a superfície de vedação 1 a do tubo deteste em sua superfície periférica interna em ambas as suas extremidades.Este tinha uma parte de ressalto 2c para se apoiar contra a parte de ressalto1c do tubo de aço.

As superfícies de vedação não-roscadas 1 a e 2a do tubo de teste1 e o acoplamento 2 foram trabalhados de modo tal que a aspereza da super-fície Ry de cada um foi de 25 μιτι, que é condirerado como sendo o limite su-perior da aspereza de superfície Ry aplicado a uma junta roscada comum.As juntas roscadas para teste (referidas abaixo como "amostras"tendo uma parte de vedação de metal a metal foram preparadas unindo-seum tubo de teste 1 e cada extremidade de um acoplamento 2 por meio deengate roscado, conforme mostrado na figura 1. Nessa investigação, oitoamostras A1-A8 foram preparadas com a quantidade de interferência daparte de vedação sendo ajustada de acordo com a pressão, de modo tal queo valor da proporção Pm/Py da pressão média na parte de contato anular(referida abaixo como "parte de contato") para a pressão interna limite Py (aproporção Pm/Py sendo referida abaixo como a "proporção de pressão mé-dia") variada em incrementos de aproximadamente 0, 5 na faixa de 1,0 - 4,5.Essas amostras foram submetidas a um teste de vedação e as propriedadesde vedação foram investigadas. A interferência das roscas foi consideradazero, de modo que não tivesse influência na parte de vedação, e o engate devedação foi interrompido quando os ressaltos 1 c embutidos (a saber, aquantidade de engate roscado das roscas foi ajustada pela detecção dosressaltos de torque).

A proporção de pressão média Pm/Py que foi determinada pelaanálise usando-se o método de elemento finito, baseado nas dimensõesmedidas de cada parte, das partes de junta roscada, e dos dados de pro-priedades dos materiais é mostrada na tabela 1 e na figura 3, juntamentecom a aspereza de superfície das superfícies de vedação, os resultados doteste de vedação e a largura do contato.

Conforme mostrado na figura 6, o teste de vedação foi efetuadomantendo-se uma pressão interna prescrita de gás de nitrogênio (pressãolimite da extremidade revestida: pressão interna limite Py de Von Mises) poruma hora no interior de uma junta roscada de teste. Para detectar vaza-mentos na junta roscada durante o teste, conforme mostrado na figura, umcolar 3 foi provido na parte de extremidade roscada em ambas as extremi-dades do acoplamento 2, o gás vazado foi conduzido através do colar 3 eum conduto 4 para a água 5, e a ocorrência de vazamentos foi determinadapela observação de bolhas de ar geradas.

Nos resultados do teste de vedação na tabela 1, a marca O indi-ca que não foram desenvolvidos vazamentos durante uma hora de teste; amarca χ indica que foram desenvolvidos vazamentos. Da mesma forma, nafigura 3, a marca · indica que não foram desenvolvidos vazamentos, e amarca χ indica que foram desenvolvidos vazamentos. Conforme mostradona figura 1, uma junta roscada pode ser formada em cada extremidade deum acoplamento e a avaliação foi dada χ se um vazamento desenvolvido decada um.

A aspereza da superfície Ry de uma amostra apresentada natabela 1 e na figura 3 foi o valor medido da aspereza das superfícies de ve-dação do tubo e do acoplamento que foram trabalhados para ter uma aspe-reza de superfície Ry de 25 µm (comprimento da medida: 0,5 mm, a médiapara as superfícies de vedação em um total de 4 locais para o tubo e o aco-plamento de duas juntas roscadas em ambas as extremidades do acopla-mento).

A largura do contato na tabela 1 é a largura na direção axial daparte de contato para a qual Ps/Py > 1 e foi determinado juntamente com apressão média Pm pelo método de elemento finito.

O método de avaliação acima descrito e o método medido tam-bém foram empregados para as tabelas 2, 3 e 5 e as figuras 4-5.

Tabela 1

<table>table see original document page 10</column></row><table>

*Largura na direção axial da parte da parte de contato para a qual Ps/Py >1A partir da tabela 1 e da figura 3, pode ser dito que, quando aaspereza Ry da superfície de vedação da junta roscada é 25 μιτι, os vaza-mentos não são produzidos se a proporção de pressão média Pm/Py é pelomenos 3. Considerou-se que os vazamentos não foram produzidos com aamostra A7 porque a aspereza da superfície foi a menor. Sem dúvida, as-sume-se que vazamentos também não são produzidos no caso em que aproporção de pressão média Pm/Py é pelo menos 3 e a aspereza da super-fície Ry é menos do que 25 μιτι.

Por conseguinte, pode-se concluir que os vazamentos não sãoproduzidos quando a proporção de pressão média Pm/Py é pelo menos 3 ea aspereza Ry das superfícies de vedação é no máximo 25 μιτι. Da mesmaforma, a partir do resultado da análise pelo método de elemento finito, foideterminado que os vazamentos não são produzidos quando a largura nadireção axial da parte na qual a pressão Ps na parte de contato é pelo me-nos a pressão interna limite Py (isto é, a largura de contato na tabela l)é ge-ralmente pelo menos 1,0 mm, conforme mostrado na tabela 1.

A partir do que foi acima exposto, de acordo com o primeiromodo da presente invenção, fazendo a proporção de pressão média Pm/Pyna parte de contato pelo menos 3, a largura na direção axial da parte na qualPs/Py >1 pelo menos 1 mm, e a aspereza média de ambas as superfícies devedação no máximo 25 μιτι, as propriedades de vedação na parte de metal ametal pode ser certamente garantida.

A seguir, do mesmo modo que o descrito acima, exceto que otrabalho foi feito de modo tal que a aspereza Ry das superfícies de vedaçãonão-roscadas do tubo e do acoplamento foi 12,5 μιτι, oito amostras B-1 a B-8foram preparadas com a quantidade de interferência da parte de vedaçãosendo ajustada de acordo com a pressão tal que a proporção média Pm/Pyvariada em incrementos de aproximadamente 0,5 dentro da faixa de 0,5 - 3.Esses foram submetidos ao mesmo teste de vedação descrito acima. O va-lor da proporção de pressão média Pm/Py que foi determinado pela análiseusando o método de elemento finito baseado nas dimensões medidas e nosdados de propriedades do material de cada parte de junta são mostradosjuntos com os resultados do teste de vedação, a aspereza de superfície e alargura de contato na tabela 2 e na figura 4.

Tabela 2

<table>table see original document page 12</column></row><table>

*Largura na direção axial da parte da parte de contato para a qual Ps/Py >1

A partir da tabela 2 e da figura 4, pode-se dizer que, quando aaspereza Ry das superfícies de vedação da junta roscada é em torno de 12,μιτι, não são produzidos vazamentos se a proporção de pressão médiaPm/Py for maior do que 1,5. Certamente, presume-se que vazamentos nãosão produzidos quando a aspereza de superfície Ry é menor do que 12,5μιη, se a proporção de pressão média Pm/Py é maior do que 1,5.

Se a aspereza de superfície Ry se aproximar do limite de zero,isto é, caso se torne uma superfície espelhada, as superfícies de vedação setornam completamente vedadas, então, contanto que uma pressão extre-mamente pequena seja garantida, os vazamentos não são produzidos. Asaber, à medida que a aspereza de superfície Ry aproxima-se do limite dezero, o valor da proporção de pressão média Pm/Py necessária para evitarvazamentos na parte de vedação aproxima-se do limite de 1.

A partir dos três pontos de fronteira (Pm/Py = 3, Ry = 25 μιη),(Pm/Py = 1,5 Ry = 12,5 μιτι) e (Pm/Py = 1,0 Ry = 0) obtidos a partir dos re-sultados experimentais mostrados na tabela 1 e na tabela 2 e o limite em Ry,uma equação de segunda ordem usando a proporção de pressão médiaPm/Py e a aspereza de superfície Ry (μιτι)β descrevendo os limites para apresença, ou ausência de vazamentos é Pm/Py = 0,0032 χ Ry2 + 1,0.

Em uma segunda modalidade da invenção, as propriedades devedação podem ser garantidas se Pm/Py > 0,0032 χ Ry2 + 1.0. Porém, tam-bém nesse modo, a largura do contato (a largura na direção axial da partede contato na qual Ps/Py >1) é feito pelo menos 1,0 mm.

Na equação acima que descreve condições, a proporção depressão média Pm/Py é usada como um índice porque a pressão média Pmindica a força que atua na superfície de vedação por unidade de compri-mento ou unidade de área, e quando a força que atua nas superfícies tendouma aspereza de superfície uma contra a outra é grande, os vãos entre assuperfícies de contato que são produzidos pela aspereza de superfície sãocomprimidos e diminuem e, assim, considera-se que as propriedades de ve-dação das superfícies melhoram.

A seguir, do mesmo modo que o descrito acima, exceto que otrabalho foi feito de modo tal que a aspereza Ry das superfícies de vedaçãonão-roscadas era um valor maior (aproximadamente 30 pm), oito amostrasC-1 a C-8 foram preparadas com a quantidade de interferência da parte devedação sendo ajustada de acordo com a pressão, de modo tal que a pro-porção de pressão média Pm/Py variou em incrementos de aproximada-mente 0,5 dentro da faixa de 1,0-4,5 e essas foram submetidas ao teste devedação, conforme descrito acima. O valor da proporção de pressão médiaPm/Py que foi determinado pela análise usando o método de elemento finitobaseado nas dimensões medidas e nos dados de propriedades do materialde cada parte da junta é mostrado juntamente com os resultados do teste devedação, a aspereza da superfície e a largura do contato na tabela 3 e nafigura 5.

Tabela 3

<table>table see original document page 13</column></row><table>Tabela 3 (continuação)

<table>table see original document page 14</column></row><table>

"Largura na direção axial da parte da parte de contato para a qual Ps/Py >1

A partir da tabela 3 e da figura 5, pode-se ver que, se a asperezaRy das superfícies de vedação é até 30 μιη, de acordo com o terceiro mododa presente invenção, se a largura na direção axial da parte de contato querecebe uma pressão Ps de pelo menos a pressão interna limite Py na qualPs/Py >1 é pelo menos 2 mm e a proporção de pressão média Pm/Py é pelomenos 3, as propriedades de vedação podem ser garantidas com seguran-ça.

Porém, mesmo com uma junta roscada para tubos, de acordocom qualquer um dos modos acima da presente invenção, torna-se fácil aocorrência de escoriação se a proporção de pressão média se tornar muitogrande. O limite superior em Pm/Py, de modo tal que não ocorra escoriaçãodepende do material e se o pré-tratamento é efetuado, mas, em geral, o va-lor Pm/Py é, preferivelmente, pelo menos 5 e, mais preferivelmente, no má-ximo 4,5. Para impedir a ocorrência de escoriações, é vantajoso estabelecera proporção de pressão média Pm/Py próxima ao limite inferior prescrito pelapresente invenção. Ao fazer isso, mesmo com um material, ou condiçõescom as quais ocorrem escoriações, há uma boa possibilidade de ser impedira ocorrência de escoriações com segurança.

De qualquer modo, quanto à pressão Ps, do ponto de vista deresistência à formação de escoriações, é preferível que a pressão Ps nãoexceda o ponto de deformação Ys do material (Ps/Ys < 1).Dependendo do material que forma a junta roscada e as condi-ções de formação do mesmo, um tratamento apropriado de superfície podeser feito tanto na superfície roscada quanto na superfície não-roscada, paraconferir resistência à formação de escoriação. Alguns exemplos de tal trata-mento são o tratamento com fosfato, tratamento com lubrificante sólido, gal-vanização e galvanização a quente com base de zinco. O tratamento de su-perfície pode ser feito nas roscas e nas superfícies de vedação não-roscadas tanto no tubo de aço quanto no acoplamento, em cada um delesou em ambos. Uma graxa adequada, ou óleo, é geralmente aplicado a umajunta roscada antes da formação, mas, dependendo do tratamento de su-perfície, tal aplicação pode não ser necessária.

A forma da parte de vedação metal a metal de uma junta rosca-da para tubos, de acordo com a presente invenção pode ser uma forma naqual as superfícies de vedação formadas na parte de extremidade do tubode aço e no acoplamento são ambas superfícies cônicas, ou uma forma naqual uma é uma superfície curvada e a outra é uma superfície cônica, umaforma em que ambas são superfícies curvadas, ou similares. Porém, levandoem consideração a deformação da extremidade do tubo, ou do acoplamento,devido ao engate roscado da parte de vedação, é necessário satisfazer acondição acima descrita na largura da direção axial da parte de contato naqual Ps/Py >1.

Exemplos

Usando os testes de tubo e os acoplamentos tendo as mesmasdimensões e sendo dos mesmos materiais, conforme anteriormente descrito,várias juntas roscadas para teste (amostras)foram preparadas e as proprie-dades de vedação foram investigadas pelo mesmo teste de vedação, con-forme anteriormente descrito.

Cada amostra foi preparada de modo tal que a proporção depressão média Pm/Py e a aspereza da superfície Ry das superfícies de ve-dação não-roscadas 1 a e 2 a do tubo de teste e do acoplamento, respecti-vamente, tivesse os valores mostrados na tabela 4. A quantidade de interfe-rência das roscas foi considerada zero, de modo que não tivesse nenhumainfluência na parte de vedação, e a compressão foi interrompida quando oressalto 1c foi tocado.

Conforme mostrado na figura 1, a amostra tinha dois tubos deteste 1, cada um tendo uma rosca macho 1b e uma superfície de vedaçãonão-roscada 1 a formada na superfície periférica externa de sua extremidadedisposta em ambas as extremidades de um acoplamento 2 tendo uma roscafêmea 2b e uma superfície de vedação não-roscada 2 a formada em suasuperfície periférica interna, em ambas as extremidades. Por conseguinte,cada amostra tinha duas partes de junta roscadas e o número de identifica-ção foi feito 1-A e 1-B, por exemplo (a junta roscada no lado A e no lado Bpara a amostra n9 1).

Conforme mostrado na tabela 4, com algumas amostras, a aspe-reza de superfície Ry das superfícies de vedação das duas juntas roscadasA e B da mesma amostra eram diferentes uma da outra. Porém, os valorestrabalhados da aspereza de superfície Ry das superfícies de vedação dostubos e o acoplamento em uma única junta roscada eram os mesmos. Amédia dos valores medidos da aspereza de superfície do tubo e do acopla-mento para cada junta é mostrado na tabela 5.

Em cada amostra preparada, um teste de vedação no qual umapressão interna (pressão limite da extremidade revestida: pressão internalimite Py de Von Mises) foi mantida por uma hora, foi feito do modo acimadescrito para garantir as propriedades de vedação. Os resultados são mos-trados na tabela 5 e a figura 7 junto com os resultados de trabalho dos tubosde teste.

Na tabela 5 e figura 7, os resultados do teste de vedação marca-dos com * indicaram que ocorreram escoriações quando a junta foi afrouxadaapós o teste de vedação. O "número de modo correspondente" na tabela 5significa o numero de um dos modos acima descritos da presente invenção.

A figura 7 é um gráfico que mostra a proporção de pressão mé-dia Pm/Py na ordenada e a aspereza Ry das superfícies de vedação na ab-cissa. A curva mostrada pela linha pontilhada na figura indica Pm/Py =0,0032 χ Ry2 + 1,0.Tabela 4

<table>table see original document page 17</column></row><table>

Tabela 5

<table>table see original document page 17</column></row><table>o tratamento ocorre durante a perda

a largura na direção axial da parte de contato para a qual Ps/Py >1

A partir da figura 7 e da tabela 5, foi confirmado que, com asamostras de junta roscadas satisfazendo qualquer das condições da pre-sente invenção (isto é, as amostras da tabela 5 que não sejam os exemploscomparativos), podem ser garantidas boas propriedades de vedação. Poroutro lado, todas as amostras de junta roscada dos exemplos comparativosque não satisfazem quaisquer das condições da presente invenção geraramvazamento.

A saliência ocorrida com a amostra ID N99-B, apesar de umapequena proporção média de pressão Pm/Py de 1,6 foi devido ao fato daaspereza da superfície ter sido muito pequena (3 μητι).

De acordo com a presente invenção, sem tornar a aspereza dasuperfície de vedação pequena demais e, assim, prolongando o tempo deusinagem, ou aumentando os custos de trabalho, ou tendo a dificuldade derepetir a tentativa e erro para encontrar um ponto de equilíbrio entre o custoe as propriedades de vedação, a menor aspereza de superfície necessáriapode ser determinada para uma pressão que é aplicada levando-se em con-sideração a resistência à formação de escoriações, e uma junta roscadamais racional e econômica, tendo uma vedação de metal a metal, pode serobtida.

Claims

1. Junta roscada para tubos, tendo uma parte de vedação demetal a metal e compreendendo uma rosca macho (1b) e uma superfície devedação não-roscada (1a) formada em uma extremidade de um tubo de aço(1), e uma rosca fêmea (2b) e uma superfície de vedação não-roscada (2a)que são formadas na superfície interna de um acoplamento (2), a rosca fê-mea (2b) se engatando, de forma roscada, com a rosca macho (1b) e com asuperfície de vedação não-roscada (2a) do acoplamento (2) apoiando-secontra a superfície de vedação (1a) do tubo de aço (1) e formando uma partede contato anular, caracterizada pelo fato de que a aspereza de superfícieRy das superfícies de vedação não-roscadas (1a, 2a) do tubo de aço (1) edo acoplamento (2) é no máximo 25 pm e, ao se compor a junta roscada,uma parte de vedação de metal a metal pode ser formada, na qual a pressãomédia Pm da parte de contato anular satisfaz Pm/Py >3ea largura na dire-ção axial da parte que recebe uma pressão Ps que satisfaz Ps/Py > 1 naparte de contato anular é pelo menos 1 mm, com a pressão limite da super-fície interna do tubo sendo Py.

2. Junta roscada para tubos, tendo uma parte de vedação demetal a metal e compreendendo uma rosca macho (1b) e uma superfície devedação não-roscada (1a) formada em uma extremidade de um tubo de aço(1), e uma rosca fêmea (2b) e uma superfície de vedação não-roscada (2a)que são formadas na superfície interna de um acoplamento (2), a rosca fê-mea (2b) se engatando, de forma roscada, com a rosca macho (1b) e com asuperfície de vedação não-roscada (2a) do acoplamento (2), apoiando-secontra a superfície de vedação (1 a) do tubo de aço (1) e formando uma partede contato anular, caracterizada pelo fato de que, na formação da junta ros-cada, para as superfícies de vedação não-roscadas (1a, 2a) tanto do tubo deaço (1) quanto do acoplamento (2), a relação entre a pressão média Pm daparte de contato anular e a aspereza de superfície Ry (pm) satisfaz Pm/Py >-0,0032 χ Ry2 + 1 ,Oea largura na direção axial da parte que recebe umapressão Ps que satisfaz Ps/Py > 1 na parte de contato anular é pelo menos1mm, com a pressão limite da superfície interna do tubo sendo Py.

3. Junta roscada para tubos tendo uma parte de vedação demetal a metal e compreendendo uma rosca macho (1b) e uma superfície devedação não-roscada (1a) formada em uma extremidade de um tubo de aço(1), e uma rosca fêmea (2b) e uma superfície de vedação não-roscada (2a)que são formadas na superfície interna de um acoplamento (2), a rosca fê-mea (2b) se engatando, de forma roscada, com a rosca macho (1b) e com asuperfície de vedação não-roscada (2a) do acoplamento (2) apoiando-secontra a superfície de vedação (1a) do tubo de aço (1) e formando uma partede contato anular, caracterizada pelo fato de que a aspereza Ry das super-fícies de vedação não-roscada (1a, 2a) do tubo de aço (1) e do acoplamento(2) é no máximo 30 pm e, ao se compor a junta roscada, a pressão médiaPm da parte de contato anular satisfaz Pm/Py > 3, e a largura na direçãoaxial da parte que recebe uma pressão Ps que satisfaz Ps/Py > 1 na partede contato anular é pelo menos 2 mm, com a pressão limite da superfícieinterna do tubo sendo Py.

4. Junta roscada para tubos, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a superfície de extremi-dade do tubo de aço (1) tem uma parte de ressalto (1c) e, correspondente-mente, o acoplamento (2) também tem uma parte de ressalto (2c) capaz deapoiar-se contra a parte de ressalto (1c) da extremidade do tubo de aço (1).