BR112018004456B1

BR112018004456B1 - Junta roscada para tubulação de aço

Info

Publication number: BR112018004456B1
Application number: BR112018004456-3A
Authority: BR
Inventors: Keita INOSE; Masaaki Sugino; Sadao Douchi
Original assignee: Vallourec Oil And Gas France; Nippon Steel Corporation
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2022-08-23
Also published as: AU2016373923A1; PL3392543T3; JP6512586B2; CA3006937A1; JPWO2017104282A1; BR112018004456A2; US10495241B2; CN108291672B; EP3392543A4; MX2018003304A; CA3006937C; CN108291672A; MY193662A; EP3392543A1; AU2016373923B2; US20180363813A1; WO2017104282A1; EP3392543B1; EA033731B1; EA201891174A1

Abstract

JUNTA ROSCADA PARA TUBULAÇÃO DE AÇO. É fornecida uma junta roscada para tubos de aço que assegura um bom desempenho de vedação e reduz a corrosão da fenda. Uma junta roscada inclui um pino (10) e uma caixa (20). O pino (10) inclui uma primeira superfície de ressalto (11), uma primeira rosca macho (14), uma segunda superfície de ressalto (18) e uma segunda rosca macho (17). A caixa (20) inclui uma primeira superfície de ressalto (21), uma primeira rosca fêmea (24), uma segunda superfície de ressalto (28) e uma segunda rosca fêmea (27). Supondo que a distância entre as superfícies de ressalto do pino (10) seja representada como Lpin e a distância entre as superfícies de ressalto da caixa (20) é representada como Lcaixa, e a interferência dshld é definida pela Equação (1) dada abaixo, então, a junta roscada é construída de tal forma que as Equações (2) e (3) indicadas abaixo são satisfeitas. Nas Equações (2) e (3), P é o ângulo de rosca da primeira rosca macho (14), ?min e ? max são os limites inferior e superior, respectivamente, para a diferença entre o número de rotações de aperto e ? é o alongamento da porção do pino (10) localizado mais próximo da ponta do que se encontra a segunda superfície de ressalto (18).

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente divulgação refere-se a uma junta roscada usada para conectar tubos de aço.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[0002] Nos poços de petróleo, poços de gás natural, etc. (doravante coletivamente denominados como “poços de petróleo”), os produtos tubulares petrolíferos, como o tubo de revestimento e a tubulação, são usados para produzir os recursos subterrâneos. Os produtos tubulares petrolíferos são uma série de tubos de aço que estão conectados entre si e estes tubos de aço são conectados por juntas roscadas.

[0003] Essas juntas roscadas para tubos de aço são geralmente categorizadas como tipo de acoplamento e tipo integral. Uma junta de tipo acoplamento conecta um par de tubos, onde um dos tubos é um tubo de aço e o outro tubo é um acoplamento. Neste caso, uma rosca macho é fornecida sobre a periferia externa de ambas as extremidades do tubo de aço, enquanto uma rosca fêmea é formada na periferia interna de ambas as extremidades do acoplamento. Em seguida, a rosca macho do tubo de aço é enroscada na rosca fêmea do acoplamento, de modo que elas estejam apertadas e conectadas. Uma junta de tipo integral conecta um par de tubos que são ambos os tubos de aço e não usa um acoplamento separado. Neste caso, uma rosca macho é fornecida na periferia externa de um dos tubo de aço, enquanto uma rosca fêmea é formada na periferia interna da outra extremidade da mesma. Em seguida, a rosca macho de um tubo de aço é enroscada na rosca fêmea do outro tubo de aço, de modo que elas são apertadas e conectadas.

[0004] Geralmente, uma porção de extremidade de um tubo que inclui uma rosca macho e serve como uma porção de junta é referida como pino, uma vez que inclui um elemento a ser inserido na rosca fêmea. Por outro lado, uma porção de extremidade de um tubo que inclui uma rosca fêmea e serve como uma porção de junta é referida como caixa, uma vez que inclui um elemento que recebe a rosca macho. Uma vez que o pino e a caixa são partes finais de um tubo, eles são de forma tubular.

[0005] A FIG. 1 é uma vista transversal vertical de um exemplo de uma junta roscada convencional típica para tubo de aço. A junta roscada mostrada na FIG. 1 é uma junta roscada tipo acoplamento e inclui um pino 110 e uma caixa 120.

[0006] O pino 110 inclui, começando com a sua ponta em direção à sua base, uma superfície de ressalto 111, uma superfície de vedação 113 e uma rosca macho 114. A caixa 120 inclui, começando com a sua base em direção a sua ponta, uma superfície de ressalto 121, uma superfície de vedação 123 e uma rosca fêmea 124. A superfície de ressalto 121, superfície de vedação 123 e a rosca fêmea 124 da caixa 120 são proporcionadas de modo a corresponder à superfície de ressalto 111, à superfície de vedação 113 e à rosca macho 114 do pino 110. A rosca macho 114 do pino 110 e a rosca fêmea 124 da caixa 120 se encaixam uma na outra e as porções roscadas que possuem estas roscas são roscas trapezoidais constituídas por roscas cônicas.

[0007] A rosca macho 114 e a rosca fêmea 124 permitem o aparafusamento uma na outra, e estão em contato justo por encaixe em conjunto após a fixação, conseguindo assim um ajuste de interferência. À medida que o pino 110 é aparafusado, as superfícies de vedação 113 e 123 entram em contato, estão em contato próximo encaixando-se após a fixação, conseguindo desse modo um ajuste de interferência. Assim, as superfícies de vedação 113 e 123 formam uma porção de vedação por contato metal-a-metal. À medida que o pino 110 é enroscado, as superfícies de ressalto 111 e 121 entram em contato e são pressionadas uma contra a outra e, portanto, servem como retentores para limitar o aparafusamento do pino 110. Após a fixação, as superfícies de ressalto 111 e 121 servem para aplicar a chamada força axial de compressão de rosca no flanco de carga da rosca macho 114 do pino 110.

[0008] Em uma junta roscada com esta construção, além do contato próximo, encaixando-se entre a rosca macho 114 e a rosca fêmea 124, o contato próximo por ajuste mútuo entre as superfícies de vedação 113 e 123 assegura o desempenho de vedação.

[0009] Nos últimos anos, os poços terrestres e offshore tem se tornado cada vez mais profundos, o que significa que os ambientes de poços de petróleo tornaram-se cada vez mais rígidos com temperaturas mais elevadas e pressões mais altas, bem como maiores níveis de corrosão. Para lidar com ambientes tão difíceis, os produtos tubulares petrolíferos usados são em geral tubos de aço de parede pesada. É necessária uma junta roscada para conectar tais tubos de aço a fim de obter um bom desempenho de vedação contra uma pressão interna e uma pressão externa.

[0010] As técnicas convencionais para melhorar o desempenho de vedação de uma junta roscada incluem as que se seguem.

[0011] A FIG. 2 é uma vista em corte transversal vertical de um exemplo de uma junta roscada convencional para tubo de aço projetado para melhorar o desempenho de vedação. A junta roscada mostrada na FIG. 2 inclui duas porções de vedação com contato metal-metal. Além disso, as superfícies de ressalto são proporcionadas perto do meio da junta roscada conforme determinado ao longo da direção do eixo do tubo (vide, por exemplo, a Patente US n° 4.662.659).

[0012] Mais especificamente, como mostrado na FIG. 2, o pino 210 inclui, começando com a sua ponta em direção à sua base, uma primeira superfície de vedação 213, uma primeira rosca macho 214, uma superfície de ressalto 211, uma segunda superfície de vedação 216 e uma segunda rosca macho 217. A caixa 220 inclui, começando com a sua base em direção à sua ponta, uma primeira superfície de vedação 223, uma primeira rosca fêmea 224, uma superfície de ressalto 221, uma segunda superfície de vedação 226 e uma segunda rosca fêmea 227. A primeira porção roscada composta pelas primeiras rosca macho e fêmea 214 e 224 e a segunda porção roscada composta pelas segundas rosca macho e fêmea 217 e 227 são roscas trapezoidais constituídas por roscas cônicos.

[0013] A superfície cônica definida pela primeira porção roscada é mais próxima do eixo do tubo CL do que a superfície cônica definida pela segunda porção roscada porque as superfícies de ressalto 211 e 221 são fornecidas entre a primeira e a segunda porções roscadas.

[0014] A primeira rosca macho e fêmea 214 e 224 permitem um encaixe entre si, e estão em contato próximo, encaixando-se após a fixação, conseguindo assim um ajuste de interferência. As segundas roscas macho e fêmea 217 e 227 também conseguem um ajuste de interferência. À medida que o pino 210 é enroscado, as primeiras superfícies de vedação 213 e 223 entram em contato e as segundas superfícies de vedação 216 e 226 entram em contato, e as primeiras superfícies de vedação 213 e 223 e as segundas superfícies de vedação 216 e 226 estão em contato próximo ajustando-se entre si após a fixação, conseguindo desse modo um ajuste de interferência. À medida que o pino 210 é enroscado, as superfícies de ressalto 211 e 221 entram em contato e são pressionadas uma contra a outra.

[0015] Em uma junta roscada com esta construção, o contato próximo por ajuste de interferência entre as primeiras superfícies de vedação 213 e 223 assegura o desempenho da vedação principalmente contra uma pressão interna. Além disso, o contato próximo por ajuste de interferência entre as segundas superfícies de vedação 216 e 226 assegura o desempenho da vedação principalmente contra uma pressão externa.

DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO

[0016] Na junta roscada mostrada na FIG. 2, após a fixação, a superfície de ressalto 211 do pino 210 e a superfície de ressalto 221 da caixa 220 estão em contato uma com a outra. A ponta do pino 210 não entra em contato com a caixa 220 mesmo após a conclusão da fixação. Infelizmente, se houver um espaço entre a ponta do pino 210 e a caixa 220 após a fixação, provavelmente ocorrerá corrosão da fenda.

[0017] Um objetivo da presente divulgação é proporcionar uma junta roscada para tubos de aço que assegure um bom desempenho de vedação e reduza a corrosão da fenda.

[0018] Uma junta roscada para tubo de aço de acordo com a presente divulgação inclui um pino tubular e uma caixa tubular. O pino e a caixa são fixados juntos quando o pino é aparafusado na caixa. O pino inclui, em ordem a partir da sua ponta, uma primeira superfície de ressalto, uma primeira superfície de vedação, uma primeira rosca macho constituída por uma rosca cônica, uma segunda superfície de ressalto, uma segunda superfície de vedação e uma segunda rosca macho constituída por uma rosca cônica. A caixa inclui uma primeira superfície de ressalto, uma primeira superfície de ressalto, uma primeira rosca fêmea constituída por uma rosca cônica, uma segunda superfície de ressalto, uma segunda superfície de vedação e uma segunda rosca fêmea constituída por uma rosca cônica correspondente à primeira superfície de ressalto, primeiro superfície de vedação, primeira rosca macho, segunda superfície de ressalto, segunda superfície de vedação e segunda rosca macho do pino. O pino inclui um nariz localizado entre a primeira superfície de ressalto e a primeira superfície de vedação e contígua à primeira superfície de vedação. O pino inclui uma extensão não roscada localizada entre a segunda superfície de ressalto e a segunda superfície de vedação e contígua à segunda superfície de vedação. A caixa inclui um recesso correspondente ao nariz do pino. A caixa inclui uma extensão não roscada correspondente à extensão não roscada do pino. Após a fixação, as primeiras superfícies de ressalto entram em contato, as primeiras superfícies de vedação entram em contato, as segundas superfícies de vedação entram em contato, é formada uma fenda entre o nariz do pino e o recesso da caixa, é formado um espaço entre a extensão não roscada do pino e a extensão não roscada da caixa, a primeira rosca macho e a primeira rosca fêmea se encaixam entre si e a segunda rosca macho e a segunda rosca fêmea se encaixam entre si. Supondo que a distância, medida na direção do eixo do tubo, entre as primeira e segunda superfícies de ressalto do pino antes da fixação, é representada como pino L, a distância, conforme medida na direção do eixo do tubo, entre a primeira e segunda superfícies de ressalto da caixa antes da fixação é representada como caixa L, e a interferência δshld entre a segunda superfície de ressalto do pino e a segunda superfície de ressalto da caixa é definida pela Equação (1) dada abaixo, então, as Equações (2) e (3) indicadas abaixo são satisfeitas.

[0019] [Fórmula 1]

[0020] Aqui, P é o ângulo de rosca da primeira rosca macho, Δmin é o limite inferior do número de rotações de aperto após as primeiras superfícies de ressalto entrarem em contato ou as segundas superfícies de ressalto entrarem em contato durante a fixação, Δmax é o limite superior do número de rotações de aperto, e À é o alongamento da porção do pino localizado mais próximo da ponta do que a segunda superfície de ressalto que está durante a fixação.

[0021] Supondo que o diâmetro interno do pino seja representado como ID, o diâmetro mais interno da segunda superfície de ressalto do pino é representado como Dms, o diâmetro mais externo da primeira superfície de ressalto do pino é representado como Dis, e a interferência entre as primeiras roscas macho e fêmea é representada como δth, então, À é representado pelas Equações (4) e (5) apresentadas abaixo.

[0022] [Fórmula 2]

[0023] A junta roscada para tubo de aço de acordo com a presente divulgação assegura um bom desempenho de vedação e reduz a corrosão da fenda.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0024] [FIG. 1] FIG. 1 é uma vista em corte transversal vertical de um exemplo de uma junta roscada convencional típica para tubo de aço. [FIG. 2] FIG. 2 é uma vista em corte transversal vertical de um exemplo de uma junta roscada convencional para tubo de aço com desempenho de vedação melhorado. [FIG. 3] FIG. 3 é uma vista em corte transversal vertical esquemática de um pino e uma caixa utilizada para conceber a junta roscada para tubo de aço de acordo com uma modalidade. [FIG. 4] FIG. 4 mostra um modelo simplificado do pino e caixa mostrado na FIG. 3. [FIG. 5] FIG. 5 é um gráfico que mostra a relação entre a diferença Δ no número de rotações de aperto e interferência δshld entre os ressaltos intermediários. [FIG. 6] FIG. 6 é uma vista em corte transversal vertical de uma junta roscada para tubo de aço de acordo com a modalidade. [FIG. 7] FIG. 7 é uma vista em corte transversal vertical ampliada de uma porção da junta roscada da FIG. 6 localizada perto da extremidade interior conforme determinado ao longo da direção do eixo do tubo. [FIG. 8] FIG. 8 é uma vista em corte transversal vertical ampliada de uma porção da junta roscada da FIG. 6 localizada perto do meio, conforme determinado ao longo da direção do eixo do tubo. [FIG. 9] FIG. 9 é uma vista em corte transversal vertical simplificada do pino e caixa da junta roscada mostrada na FIG. 6.

MODALIDADES PARA REALIZAR A INVENÇÃO

[0025] Uma junta roscada que tem superfícies de ressalto localizadas perto do meio conforme determinado ao longo da direção do eixo do tubo é tipicamente construída de modo que a ponta do pino não entra em contato com a caixa após a fixação, porque o controle da posição na conclusão da fixação seria difícil se as superfícies de ressalto entrassem em contato umas com as outras e a ponta do pino deve entrasse em contato com a caixa após a fixação.

[0026] Infelizmente, se houver um espaço entre a ponta do pino e a caixa após a fixação, a corrosão da fenda provavelmente ocorrerá. Em vista disso, os presentes inventores tentaram criar uma junta roscada com superfícies de ressalto na extremidade interna conforme determinado ao longo da direção do eixo do tubo, além das próximas do meio, conforme determinado ao longo da direção do eixo do tubo. As superfícies de ressalto na extremidade interna determinadas ao longo da direção do eixo do tubo serão doravante mencionadas como superfície de ressalto interna ou primeira superfície de ressalto, e uma superfície de ressalto próxima do meio como determinada ao longo da direção do eixo do tubo como a superfície de ressalto intermediária ou segunda superfície de ressalto.

[0027] Se cada um dos pinos e caixas inclui uma superfície de ressalto interna e uma superfície de ressalto intermediária, é preferencial que o contato entre as superfícies de ressalto interna e o contato entre as superfícies de ressalto intermediárias comecem simultaneamente durante a fixação para evitar a aplicação de uma pressão de contato excessiva sobre cada superfície de ressalto. Na realidade, no entanto, devido a tolerâncias de fabricação e outros fatores, é difícil fazer com que as superfícies de ombro internas comecem a entrar em contato umas com as outras ao mesmo tempo em que as superfícies de ressalto intermediárias começam a entrar em contato umas com as outras. Em alguns casos, após a conclusão da fixação, as superfícies do ressalto internas ou as superfícies do ressalto intermediárias estão em contato umas com as outras.

[0028] A sincronização do contato entre as superfícies de ressalto internas e a das superfícies de ressalto intermediárias será descrita abaixo.

[0029] No pino, é proporcionada uma primeira rosca macho entre a superfície de ressalto interna e a superfície de ressalto intermediária, e uma segunda rosca macho é proporcionada mais próxima da base do que a superfície de ressalto intermediária. Na caixa, a primeira e segunda roscas fêmeas são fornecidas para corresponder a primeira e segunda roscas machos. Quando o pino e a caixa são fixados em conjunto, as porções do pino localizadas mais próximas da ponta do que a superfície de ressalto intermediária reduzem de diâmetro devido ao ajuste de interferência das primeiras roscas macho e fêmea a serem alongadas na direção do eixo do tubo.

[0030] No pino e caixa antes da fixação, as distâncias entre as superfícies de ressalto internas e as superfícies de ressalto intermediárias associadas, conforme medidas na direção do eixo do tubo, são representadas como Lpino [mm] e Lcaixa [mm], respectivamente, e a interferência de ressalto intermediária δshld [mm] é definida como Lcaixa menos Lpino.

[0031] Se δshld é maior do que o alongamento do pino, durante a fixação, as superfícies de ressalto intermediárias entram em contato antes que as superfícies de ressalto internas entrem em contato. Se δshld é muito grande, as superfícies de ressalto intermediárias e as roscas se estendem e se deformam plasticamente antes que as superfícies de ressalto internas entrem em contato, o que reduz o desempenho da vedação.

[0032] A posição na conclusão da fixação é controlada com base na relação entre o torque gerado e o número de rotações de aperto (ou seja, gráfico de torque). Um gráfico de torque apropriado não pode ser obtido se δshld é muito grande e, portanto, a deformação plástica das superfícies de ressalto intermediárias e/ou roscas ocorre antes que as superfícies de ressalto internas comecem a entrar em contato umas com as outras durante a fixação. Nesse caso, a posição na conclusão da fixação não pode ser decidida.

[0033] Se δshld é muito grande, as superfícies de ressalto internas podem não entrar em contato, mesmo quando a junta é apertada até ocorrer a deformação plástica nas superfícies de ressalto intermediárias e/ou roscas. Neste caso, é formado um espaço entre a ponta do pino e a caixa, como é o caso das juntas roscadas convencionais, o que significa que a corrosão da fenda pode ocorrer facilmente.

[0034] Se δshld é menor do que o alongamento do pino, durante a fixação, as superfícies de ressalto internas entram em contato antes que as superfícies de ressalto intermediárias entrem em contato. Neste caso, a ponta do pino é certa de entrar em contato com a caixa, o que significa que não ocorre o problema de corrosão da fenda discutido acima. No entanto, se δshld é muito pequeno, as superfícies de ressalto internas e/ou as roscas se expandem e deformam plasticamente antes que as superfícies de ressalto intermediárias entrem em contato, o que diminui o desempenho de vedação. Além disso, se ocorrer deformação plasmática nas superfícies de ressalto internas e roscas, não é possível obter um gráfico de torque apropriado, o que significa que a posição na conclusão da fixação não pode ser decidida.

[0035] Os presentes inventores consideraram estes problemas e tentaram encontrar o intervalo adequado da interferência de ressalto intermediário δshld.

[0036] A FIG. 3 é uma vista em corte transversal vertical esquemática do pino e da caixa usada para essa tentativa. FIG. 3 mostra o pino e a caixa antes da fixação. No pino mostrado na FIG. 3, ID é o diâmetro interno do tubo [mm], Dms é o diâmetro mais interno da superfície de ressalto intermediária [mm], e Dis é o diâmetro mais externo da superfície de ressalto interno [mm].

[0037] A FIG. 4 mostra um modelo simplificado do pino e caixa mostrado na FIG. 3. Na FIG. 4, a porção do pino do modelo simplificado é representada por um cilindro escalonado composto por uma porção de pequeno diâmetro e uma porção de grande diâmetro. A porção de diâmetro pequeno corresponde à porção do pino que está localizada mais perto da ponta do que a superfície de ressalto intermediário e na qual a primeira rosca macho é fornecida. O diâmetro externo Dint [mm] da porção de diâmetro pequeno é definida pela seguinte equação, Equação (4):

[0038] [Fórmula 3]

[0039] Supondo que o ajuste de interferência com a interferência δth entre a primeira rosca macho do pino e a primeira rosca fêmea da caixa faz com que a porção de diâmetro pequeno seja alongada por À [mm] na direção do eixo do tubo durante a fixação, então, as Equações (6) a (8) são estabelecidas, onde V é o volume [mm3] da porção de diâmetro pequeno antes da deformação e V' é o volume [mm3] da mesma após a deformação e supõe-se que o volume e a espessura da parede permaneçam iguais antes e depois da deformação.

[0040] [Fórmula 4]

[0041] As equações (6) a (8) fornecem o alongamento À expresso pela seguinte equação, Equação (5):

[0042] [Fórmula 5]

[0043] Se o alongamento À do pino for igual à interferência de ressalto intermediária δshld, então, durante o processo de fixação do pino e da caixa, as superfícies de ressalto intermediárias começam a entrar em contato umas com as outras ao mesmo tempo em que as superfícies de ressalto intermediárias começam a entrar em contato umas com as outras. Se À for maior do que δshld, então, durante o processo de fixação, as superfícies de ressalto internas entram em contato antes que as superfícies de ressalto intermediárias entrem em contato. Se À for menor do que δshld, então, durante o processo de fixação, as superfícies de ressalto intermediárias entram em contato antes que as superfícies de ressalto internas entrem em contato.

[0044] Como discutido acima, se À^δsh|d, o ponto de tempo em que as superfícies de ressalto internas entram em contato é diferente do ponto de tempo em que as superfícies de ressalto intermediárias entram em contato. O número de rotações de aperto entre o ponto em que um par de superfícies de ressalto entra em contato e o ponto em que o outro par de superfícies de ressalto entra em contato, ou seja, a diferença Δ [rotações] entre o número de rotações de aperto desde o início da fixação até um par de superfícies de ressalto entrarem em contato e o número de rotações de aperto desde o início da fixação até o outro par de superfícies de ressalto entrar em contato, é representado pela seguinte equação, Equação (9):

[0045] [Fórmula 6]

, onde P é o ângulo de rosca [mm] da primeira rosca macho.

[0046] Na Equação (9), se Δ é positivo, as superfícies de ressalto intermediárias entram em contato primeiro; se Δ é negativo, as superfícies de ressalto internas entram em contato primeiro.

[0047] Os limites inferior e superior do número de rotações de aperto para exibir um desempenho de vedação suficiente serão representados como Δmin e Δmax, respectivamente. Então, para garantir um bom desempenho de vedação, após um par de superfícies de ressalto entrarem em contato, a fixação deve ser concluída por várias rotações de aperto que não são menores que Δmin e não maiores que Δmax. Ou seja, a diferença Δ entre o número de rotações de aperto deve atender à seguinte equação, Equação (10):

[0048] [Fórmula 7]

[0049] A FIG. 5 é um gráfico que mostra a relação entre a diferença Δ entre os números de rotações de aperto representadas pela Equação (9) e a interferência de ressalto intermediária δshld. Se Δ atender à Equação (10), δshld está nas seções rachuradas na FIG. 5. Os presentes inventores fizeram pesquisas extensas e encontraram os valores preferenciais de Δmin e Δmax e o intervalo adequado de δshld, e chegaram ao arranjo da junta roscada para tubo de aço de acordo com a modalidade.

[0050] A junta roscada para tubo de aço de acordo com a modalidade inclui um pino tubular e uma caixa tubular. O pino e a caixa são fixados juntos quando o pino é aparafusado na caixa. O pino inclui, em ordem a partir da sua ponta, uma primeira superfície de ressalto, uma primeira superfície de vedação, uma primeira rosca macho constituída por uma rosca cônica, uma segunda superfície de ressalto, uma segunda superfície de vedação e uma segunda rosca macho constituída por uma rosca cônica. A caixa inclui uma primeira superfície de ressalto, uma primeira superfície de ressalto, uma primeira rosca fêmea constituída por uma rosca cônica, uma segunda superfície de ressalto, uma segunda superfície de vedação e uma segunda rosca fêmea constituída por uma rosca cônica correspondente à primeira superfície de ressalto, primeiro superfície de vedação, primeira rosca macho, segunda superfície de ressalto, segunda superfície de vedação e segunda rosca macho do pino. O pino inclui um nariz localizado entre a primeira superfície de ressalto e a primeira superfície de vedação e contígua à primeira superfície de vedação. O pino inclui uma extensão não roscada localizada entre a segunda superfície de ressalto e a segunda superfície de vedação e contígua à segunda superfície de vedação. A caixa inclui um recesso correspondente ao nariz do pino. A caixa inclui uma extensão não roscada correspondente à extensão não roscada do pino. Após a fixação, as primeiras superfícies de ressalto entram em contato, as primeiras superfícies de vedação entram em contato, as segundas superfícies de vedação entram em contato, é formada uma fenda entre o nariz do pino e o recesso da caixa, é formado um espaço entre a extensão não roscada do pino e a extensão não roscada da caixa, a primeira rosca macho e a primeira rosca fêmea se encaixam entre si e a segunda rosca macho e a segunda rosca fêmea se encaixam entre si. Supondo que a distância, medida na direção do eixo do tubo, entre as primeira e segunda superfícies de ressalto do pino antes da fixação, é representada como pino L, a distância, conforme medida na direção do eixo do tubo, entre a primeira e segunda superfícies de ressalto da caixa antes da fixação é representada como caixa L, e a interferência δshld entre a segunda superfície de ressalto do pino e a segunda superfície de ressalto da caixa é definida pela Equação (1) dada abaixo, então, as Equações (2) e (3) indicadas abaixo são satisfeitas.

[0051] [Fórmula 8]

[0052] Aqui, P é o ângulo de rosca da primeira rosca macho, Δmin é o limite inferior do número de rotações de aperto após as primeiras superfícies de ressalto entrarem em contato ou as segundas superfícies de ressalto entrarem em contato durante a fixação, Δmax é o limite superior do número de rotações de aperto, e À é o alongamento da porção do pino localizado mais próximo da ponta do que a segunda superfície de ressalto que está durante a fixação.

[0053] Supondo que o diâmetro interno do pino seja representado como ID, o diâmetro mais interno da segunda superfície de ressalto do pino é representado como Dms, o diâmetro mais externo da primeira superfície de ressalto do pino é representado como Dis, e a interferência entre as primeiras roscas macho e fêmea é representada como δth, então, À é representado pelas Equações (4) e (5) apresentadas abaixo.

[0054] [Fórmula 9]

[0055] Em uma junta roscada que satisfaz as Equações (2) e (3), mesmo que as segundas superfícies de ressalto entrem em contato primeiro, as primeiras superfícies de ressalto entram em contato com várias rotações de aperto não menores que Δmin e não maiores que Δmax após as segundas superfícies de ressalto entrarem em contato, completando assim a fixação. Isto assegurará um bom desempenho de vedação e impedirá a formação de um espaço entre a ponta do pino e a caixa, reduzindo assim a corrosão da fenda facilitada por este espaço.

[0056] Se a interferência de ressalto intermediária δshld está ajustada para um valor que satisfaça as Equações (2) e (3), durante o processo de fixação, o ponto de tempo no qual as primeiras superfícies de ressalto entram em contato não é significativamente diferente do ponto de tempo em que as segundas superfícies de ressalto entram contato. Isso evitará uma deformação plástica excessiva nas superfícies de ressalto que começaram a entrar em contato primeiro, garantindo assim um bom desempenho de vedação.

[0057] Mesmo se as primeiras superfícies de ressalto estiverem em contato umas com as outras e as segundas superfícies de ressalto não estiverem em contato umas com as outras após a conclusão da fixação, não é formado um grande espaço entre as segundas superfícies de ressalto se a interferência de ressalto intermediária δshld estiver ajustada para um valor que satisfaça as Equações (2) e (3). Assim, se uma carga de compressão excessiva for aplicada, as segundas superfícies de ressalto também entram em contato, reduzindo assim a diminuição da resistência à compressão e diminuindo o desempenho da vedação.

[0058] As modalidades serão agora descritas em mais detalhes com referência aos desenhos. Os componentes iguais ou correspondentes nos desenhos são rotulados com os mesmos caracteres de referência e suas descrições não serão repetidas. Por conveniência de explicação, nos desenhos, os componentes podem ser mostrados de forma simplificada ou esquemática ou alguns componentes podem não ser exibidos.

[0059] [Construção da Junta Roscada para Tubo de Aço] FIG. 6 é uma vista em corte transversal vertical de uma junta roscada para tubo de aço de acordo com uma modalidade. A junta roscada é uma junta roscada tipo acoplamento e é composta por um pino 10 e uma caixa 20. FIG. 7 é uma vista em corte transversal vertical ampliada da porção de junta roscada da FIG. 6 localizada perto da ponta do pino 10. FIG. 8 é uma vista em corte transversal vertical ampliada da porção da junta roscada da FIG. 6 localizada perto do meio, conforme determinado ao longo da direção do eixo do tubo. Conforme determinado ao longo da direção do eixo do tubo, a direção relativa à ponta do pino 10 e a direção relativa à base da caixa 20 pode ser doravante denominada como “em direção ao interior“ ou “para frente”, e a direção em relação à base do pino 10 e a direção em relação à ponta da caixa 20 como “em direção ao exterior” ou “para trás”.

[0060] O pino 10 inclui, começando com a sua ponta em direção à sua base, uma primeira superfície de ressalto 11, um nariz 12, uma primeira superfície de vedação 13, uma primeira rosca macho 14, uma segunda superfície de ressalto 18, uma primeira extensão não roscada 15a, uma segunda superfície de vedação 16, uma segunda extensão não roscada 15b e uma segunda rosca macho 17. As primeira e segunda superfícies de vedação 13 e 16 possuem forma cônica. Mais exatamente, cada uma das primeira e segunda superfícies de vedação 13 e 16 tem a forma de uma face correspondente à periferia de um cone truncado que diminui de diâmetro em direção à ponta, ou a forma obtida combinando a periferia de um cone truncado e um face correspondente à periferia de um sólido de revolução obtido por rotação de uma curva tal como um arco em torno do eixo do tubo CL.

[0061] O nariz 12 é de forma cilíndrica e é contíguo à primeira superfície de vedação 13 localizada em direção ao interior e se prolonga na direção do eixo do tubo. A periferia externa do nariz 12 pode ser uma superfície cônica com uma inclinação igual à do afunilamento da primeira superfície de vedação 13 ou uma inclinação menor (ou seja, suave) ou maior (isto é, íngreme). Se a periferia externa do nariz 12 for uma superfície afunilada, esta periferia externa tem, mais exatamente, a forma de uma face correspondente à periferia de um cone truncado que diminui de diâmetro em direção à ponta, ou a forma obtida combinando a periferia de tal como um cone truncado e uma face correspondente à periferia de um sólido de revolução obtido por rotação de uma curva tal como um arco em torno do eixo do tubo CL.

[0062] A primeira superfície de ressalto 11 é proporcionada na ponta do nariz 12. A primeira superfície de ressalto 11 é uma superfície toroide que é substancialmente perpendicular ao eixo do tubo CL. Mais exatamente, a primeira superfície de ressalto 11 está ligeiramente inclinada de tal modo que a sua periferia externa está mais próxima da ponta do pino 10.

[0063] A segunda superfície de ressalto 18 está localizada entre a primeira rosca macho 14 localizada em direção ao interior e a primeira extensão não roscada 15a. A segunda superfície de ressalto 18 é contígua à primeira extensão não roscada 15a. Na presente modalidade, a segunda superfície de ressalto 18 é uma superfície toroide perpendicular ao eixo do tubo CL. Alternativamente, semelhante à primeira superfície de ressalto 11 na ponta do pino 10, a segunda superfície de ressalto 18 pode estar ligeiramente inclinada de tal modo que a sua periferia externa está mais próxima da ponta do pino 10.

[0064] A primeira extensão não roscada 15a é contígua para frente à segunda superfície de vedação 16 localizada em direção ao exterior e se estende na direção do eixo do tubo. A primeira rosca macho 14 localizada em direção ao interior é contígua à primeira extensão não roscada 15a. A segunda extensão não roscada 15b é contígua para trás para a segunda superfície de vedação 16 localizada em direção ao exterior e se prolonga na direção do eixo do tubo. A segunda rosca macho 17 localizada em direção ao exterior é contígua à segunda extensão não roscada 15b. A periferia externa da primeira extensão não roscada 15a pode ter qualquer forma que assegure uma rigidez suficiente e pode ser uma superfície cilíndrica, por exemplo, ou ter um afunilamento menor (ou mais suave) do que o afunilamento da porção roscada com a primeira rosca 14, ou pode ser uma superfície curva. O mesmo se aplica à periferia externa da segunda extensão não roscada 15b.

[0065] A caixa 20 inclui, começando com a sua base em direção à sua ponta, uma primeira superfície de ressalto 21, um recesso 22, uma primeira superfície de vedação 23, uma primeira rosca fêmea 24, uma segunda superfície de ressalto 28, uma primeira extensão não roscada 25a, uma segunda superfície de vedação 26, uma segunda extensão não roscada 25b e uma segunda rosca fêmea 27. A primeira superfície de ressalto 21, o recesso 22, a primeira superfície de vedação 23, a primeira rosca fêmea 24, a segunda superfície de ressalto 28, a primeira extensão não roscada 25a, a segunda superfície de vedação 26, a segunda extensão não roscada 25b e a segunda rosca fêmea 27 da caixa 20 são fornecidas para corresponder à primeira superfície de vedação 11, ao nariz 12, à primeira superfície de vedação 13, à primeira rosca macho 14, a segunda superfície de ressalto 18, a primeira extensão não roscada 15a, a segunda superfície de vedação 16, a segunda extensão não roscada 15b e a segunda rosca macho 17 do pino 10.

[0066] FIGS. 6 e 7 mostram uma implementação em que a primeira superfície de vedação 23 da caixa 20 se projeta em direção à primeira superfície de vedação 13 do pino 10. Alternativamente, a primeira superfície de vedação 23 da caixa 20 pode não se sobressair. Em tais implementações, a primeira superfície de vedação 13 do pino 10 sobressai em direção à primeira superfície de vedação 23 da caixa 20.

[0067] A primeira rosca macho 14 do pino 10 e a primeira rosca fêmea 24 da caixa 20 são roscas trapezoidais constituídas por roscas cônicas que se encaixam entre si e constituem a primeira porção roscada localizada em direção ao interior. A segunda rosca macho 17 do pino 10 e a segunda rosca fêmea 27 da caixa 20 são também roscas trapezoidais constituídas por roscas cônicas que se encaixam entre si e constituem a segunda porção roscada localizada em direção ao exterior.

[0068] A superfície cônica definida pela primeira porção roscada está localizada mais próximo do eixo do tubo CL do que a superfície cônica da segunda porção roscada, porque as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 são fornecidas entre a primeira porção roscada (ou seja, as primeiras roscas macho e fêmea 14 e 24) e a segunda porção roscada (ou seja, as duas roscas macho e fêmea 17 e 27). Assim, as porções do pino 10 que possuem a primeira rosca macho 14 e a primeira superfície de vedação 13 localizada em direção ao interior têm pequenos diâmetros externos e estas porções têm espessuras de parede pequenas. Por outro lado, as porções do pino 10 que têm a segunda superfície de vedação 16 e a segunda rosca macho 17 localizadas em direção ao exterior têm grandes diâmetros exteriores e estas porções têm grandes espessuras de 17/34 parede.

[0069] A primeira rosca macho e fêmea 14 e 24 permitem um encaixe entre si, e estão em contato próximo, encaixando-se após a fixação, conseguindo assim um ajuste de interferência. As segundas roscas macho e fêmea 17 e 27 também conseguem um ajuste de interferência.

[0070] À medida que o pino 10 é parafusado, as primeiras superfícies de vedação 13 e 23 entram em contato e as segundas superfícies de vedação 16 e 26 entram em contato, estão em contato próximo ajustando-se após a fixação, conseguindo desse modo um ajuste de interferência. Assim, as primeiras superfícies de vedação 13 e 23 formam uma primeira porção de vedação por contato de metal a metal e as segundas superfícies de vedação 16 e 26 formam uma segunda porção de vedação por contato metal-a-metal.

[0071] Após a fixação, é formada uma fenda entre o nariz 12 do pino 10 e o recesso 22 da caixa 20, é formado um espaço entre a primeira extensão não roscada 15a do pino 10 e a primeira extensão não roscada 25a da caixa 20, e é formado um espaço entre a segunda extensão não roscada 15b do pino 10 e a segunda extensão não roscada 25b da caixa 20.

[0072] Após a fixação, as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 são pressionadas uma contra a outra para entrar em contato. O contato de pressão entre as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 aplica uma força axial de compressão de rosca ao flanco de carga da primeira rosca macho 14 do pino 10. Em algumas implementações, as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 podem entrar em contato entre si após a fixação; em outras implementações, eles não podem entrar em contato umas com as outras após a conclusão da fixação e podem estar viradas uma para a outra com um espaço livre no meio. Se as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 estiverem em contato de pressão, uma força axial de compressão de rosca é aplicada principalmente ao flanco de carga da segunda rosca macho 17 do pino 10.

[0073] Será descrita abaixo a disposição para fazer com que, após a fixação, as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 entrem em contato umas com as outras e as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 entrem em contato umas com as outras ou se aproximem o suficiente umas das outras.

[0074] A FIG. 9 é uma vista em corte transversal vertical esquemática do pino 10 e da caixa 20 antes da fixação. Como mostrado na FIG. 9, a distância, medida na direção do eixo do tubo, entre as primeira e segunda superfícies de ressalto 11 e 18 do pino 10 antes da fixação será representada como Lpino [mm]. A distância, medida na direção do eixo do tubo, entre as primeira e segunda superfícies de ressalto 21 e 28 da caixa 20 antes da fixação será representada como Lcaixa [mm].

[0075] As primeiras superfícies de ressalto 11 e 12 e as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 são superfícies toroides que atravessam a direção do eixo do tubo. As primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 e as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 podem ser perpendiculares ao eixo de tubo CL, ou podem ser inclinadas em relação a um plano perpendicular ao eixo de tubo CL. Lpino é a distância entre o ponto mais interno da primeira superfície de ressalto 11 e o ponto mais interno da segunda superfície de ressalto 18, conforme medido na direção do eixo do tubo como pode ser visto em uma seção transversal, contendo o eixo do tubo CL, do pino 10 antes da fixação. Lcaixa é a distância entre o ponto mais interno da primeira superfície de ressalto 21 e o ponto mais interno da segunda superfície de ressalto 28, conforme medido na direção do eixo do tubo como pode ser visto em uma seção transversal, contendo o eixo do tubo CL, da caixa 20 antes da fixação.

[0076] Como mostrado na Equação (1) dada abaixo, a interferência de ressalto intermediária δshld [mm] é definida usando Lpino e Lcaixa. δshld é a interferência entre as segundas superfícies de ressalto 18 e 20 determinadas quando a deformação devido à fixação não é levada em consideração.

[0077] [Fórmula 10]

[0078] Durante uma fixação real, o ajuste de interferência da primeira porção roscada alonga a porção do pino 10 que está localizada mais perto da ponta do que a segunda superfície de ressalto 18 por À [mm]. Em vista disso, a relação de posição entre as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 e a segunda superfície de ressalto 18 e 28 devem ser determinadas levando em consideração o alongamento À do pino 10. Na presente modalidade, uma interferência de ressalto intermediária δshld é determinada de forma que as seguintes equações, Equações (2) e (3)são satisfeitas.

[0079] [Fórmula 11]

[0080] Aqui, P é o ângulo de rosca da primeira rosca macho 14 (FIG. 6). Δmin e Δmax são os limites inferior e superior, respectivamente, da diferença entre o número de rotações de aperto registradas quando um par das primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 e as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 entram em contato e o número de rotações de aperto registradas quando o outro par de superfícies de ressalto entram em contato durante o processo de fixação. Se a diferença Δ entre os números de rotações de aperto não é menor que Δmin e não maior que Δmax definido na Equação (3), a junção apresenta um desempenho de vedação suficiente.

[0081] O alongamento À do pino 10 pode ser calculado pelas seguintes equações, Equações (4) e (5):

[0082] [Fórmula 12]

[0083] Nas Equações (4) e (5), antes da fixação, o diâmetro interno do pino é representado como ID, o diâmetro externo da primeira superfície de ressalto 11 como Dis, e o diâmetro mais interno da segunda superfície de ressalto 18 como Dms. δ° é a interferência da primeira porção roscada.

[0084] Aqui, a interferência δth da primeira porção roscada é o valor obtido subtraindo o diâmetro de crista roscada fêmea 24 conforme medido nessa localização em uma seção transversal, contendo o eixo do tubo CL, da caixa 20 antes da fixação que está localizada para trás do ponto mais interno da primeira superfície de ressalto 21 por Lpino/2, a partir do diâmetro radial de rosca da primeira rosca macho 14 naquele local em uma seção transversal, contendo o eixo do tubo CL, do pino 10 antes da fixação que está localizada para trás do ponto mais interno da primeira superfície de ressalto 11 por Lpino/2.

[0085] Durante o processo de fixação, as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 podem entrar em contato entre si ao mesmo tempo em que as segundas superfícies de ressalto 18 e 28, ou um desses pares pode entrar primeiro em contato. De preferência, as segundas superfícies de ressalto 18 e 28, que têm áreas maiores, entram em contato umas com as outras, ou antes que, ou ao mesmo tempo que, as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21. As segundas superfícies de ressalto 18 e 28 podem entrar em contato umas com a outras, estabelecendo a interferência de ressalto intermediária δshld para um valor igual ou maior do que o alongamento À do pino 10. Alternativamente, como discutido acima, após a fixação, as segundas superfícies de ressalto18 e 28 podem não entrar em contato entre si e apenas as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 podem entrar em contato uma com a outra.

[0086] [Efeitos] Na junta roscada de acordo com a presente modalidade, as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 são proporcionadas na extremidade interior conforme determinado ao longo da direção do eixo do tubo, enquanto que as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 são proporcionadas perto do meio conforme determinado ao longo do eixo do tubo direção. De acordo com a presente modalidade, a interferência de ressalto intermediária δshld é definida como um valor que satisfaça as Equações (2) e (3) indicadas acima. Nesta disposição, mesmo que as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 entrem em contato primeiro, as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 podem ser colocadas em contato com um número de rotações de aperto subsequentes que não diminuirão o desempenho de vedação, ou seja, não menor que Δmin e não maior que Δmax, completando assim a fixação. Isto assegurará um bom desempenho de vedação e evitará a formação de uma fenda entre a ponta do pino 10 e a caixa 20, evitando assim a corrosão da fenda.

[0087] De acordo com a presente modalidade, a interferência de ressalto intermediária δshld é ajustada para um valor que satisfaça as Equações (2) e (3) dadas acima e as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 e as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 estão posicionadas em uma relação de posição apropriada. Assim, durante o processo de fixação, o ponto de tempo em que as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 entram em contato não é significativamente diferente do ponto de tempo em que as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 entram em contato. Isso evitará a deformação plasmática excessiva nas superfícies de ressalto que começam a estar em contato primeiro e roscas, garantindo assim um bom desempenho de vedação.

[0088] Mesmo que as primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 estejam em contato uma com a outra e as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 não estejam em contato uma com a outra após a conclusão da fixação, não é criado um grande espaço entre as segundas superfícies de ressalto 18 e 28 se a interferência de ressalto intermediária δshld é definida como um valor que satisfaça as Equações (2) e (3) indicadas acima. Assim, se uma carga de compressão excessiva for aplicada, as segundas superfícies de ressalto também entrarão em contato. Isso reduzirá a diminuição da resistência à compressão e/ou diminuirá o desempenho da vedação.

[0089] A junta roscada de acordo com a presente modalidade inclui primeiras superfícies de ressalto 11 e 21 e segundas superfícies de ressalto 18 e 28. Nesta disposição, uma área maior recebe uma carga de compressão do que em uma junta roscada convencional na qual as superfícies de ressalto são fornecidas em apenas um local. Isso garantirá uma alta resistência à compressão.

[0090] Na junta roscada de acordo com a presente modalidade, o contato próximo por encaixe entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23 localizadas em direção ao interior garante o desempenho de vedação principalmente contra uma pressão interna. Além disso, o contato próximo por encaixe entre as segundas superfícies de vedação 16 e 26 localizadas em direção ao exterior garante o desempenho da vedação principalmente contra uma pressão externa.

[0091] Particularmente, uma vez que o pino 10 inclui uma primeira extensão não roscada 15a contígua para frente à segunda superfície de vedação 16 localizada em direção ao exterior, a rigidez da primeira extensão não roscada 15a aumenta a resistência de redução de diâmetro da porção do pino 10 que possui a segunda superfície de vedação 16. Assim, mesmo quando uma pressão externa é aplicada na junta roscada, a deformação de redução do diâmetro do pino 10 é reduzida e a diminuição da pressão de contato entre as segundas superfícies de vedação 16 e 26 é reduzida. Isso melhorará o desempenho da vedação contra uma pressão externa. Além disso, a caixa 20 inclui uma primeira extensão não roscada 25a correspondente à porção do pino 10 que possui a primeira extensão não roscada 15a e um espaço é criado entre as primeiras extensões não roscadas 15a e 25a após a fixação. Isso permitirá lubrificação extra aplicada à junta a ser contida no espaço após a fixação. Isso evitará diminuição não intencional na pressão de contato entre as segundas superfícies de vedação 16 e 26 que podem ser causadas por um aumento na pressão da lubrificação.

[0092] O pino 10 e a caixa 20 incluem as segundas extensões não roscadas 15b e 25b contíguas para trás para as segundas superfícies de vedação 16 localizadas em direção ao exterior, e é criada uma abertura entre as segundas extensões não roscadas 15b e 25b após a fixação. Isso reduz a diminuição na pressão de contato devido à diminuição da interferência real entre as segundas superfícies de vedação 16 e 26 produzidas pelo efeito de ajuste de interferência da segunda porção roscada. Isso melhorará o desempenho da vedação contra uma pressão externa.

[0093] piAlém disso, o pino 10 inclui um nariz 12 contíguo à primeira superfície de vedação 13 localizada em direção ao interior. A caixa 20 inclui um recesso 22 correspondente à porção do pino 10 que possui o nariz 12. É criada um espaço entre o nariz 12 e o recesso 22 após a fixação. Por exemplo, quando uma carga de tração excessiva é aplicada na junta roscada, a primeira superfície de ressalto 11 do pino 10 se separa da primeira superfície de ressalto 21 da caixa 20, diminuindo a interferência real entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23, que tende a soltar o contato. Mesmo nesses casos, a recuperação elástica do nariz 12 proporciona o efeito da amplificação da pressão de contato entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23. Assim, a diminuição da pressão de contato é reduzida como um todo, o que proporcionará alto desempenho de vedação contra uma pressão interna mesmo quando uma carga de tração excessiva é aplicada.

[0094] Na junção roscada de acordo com a presente modalidade, a provisão das segundas superfícies de ressalto 18 e 28 reduz as espessuras de parede das porções do pino 10 que possuem a primeira rosca macho 14 e a primeira superfície de vedação 13 localizada em direção ao interior. Assim, quando uma pressão interna é aplicada na união roscada, as porções com a espessura da parede diminuída deformam-se efetivamente de tal forma que seu diâmetro aumenta. Isto ampliará a pressão de contato entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23.

[0095] A provisão das segundas superfícies de ressalto 18 e 28 aumenta as espessuras de parede das porções do pino 10 que têm a segunda superfície de vedação 16 e a segunda rosca macho 17 localizada em direção ao exterior de modo que sua rigidez se torne relativamente alta. Assim, quando uma pressão externa é aplicada à junta roscada, a deformação de redução do diâmetro das porções afetadas é reduzida, mantendo assim a pressão de contato entre as segundas superfícies de vedação 16 e 26 em níveis elevados.

[0096] As implementações adequadas da junta roscada de acordo com a presente forma de modalidade serão fornecidas abaixo como suplementos.

[0097] Supondo que, no pino 10, a área de uma seção transversal do corpo do tubo de aço perpendicular ao eixo do tubo CL seja representada como A0, e o total das áreas projetadas das primeira e segunda superfícies de ressalto 11 e 18 em um plano perpendicular ao eixo do tubo CL é representado como A2, então, é preferencial que a relação entre essas áreas (doravante denominada “razão de área da área de ressalto total para o corpo de tubo de aço”), A2/A0, é de 30% ou superior. Mais preferencialmente, A2/A0 é 35% ou superior. Os motivos para isso são os seguintes: A2/A0 depende essencialmente das áreas das primeira e segunda superfícies de ressalto 11 e 18. Se A2/A0 é pequeno, isto significa que as áreas das primeira e segunda superfícies de ressalto 11 e 18 são pequenas de tal modo que, quando uma carga de compressão excessiva é aplicada à junta roscada, as primeira e segunda superfícies de ressalto 11 e 18 não podem resistir a esta carga de compressão. Em seguida, a primeira superfície de ressalto 11, bem como o nariz 12 contíguas a ela e a primeira superfície de vedação 13, são deformadas plasticamente de tal modo que o contato entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23 torna-se instável. Ao mesmo tempo, a segunda superfície de ressalto 18, bem como a primeira extensão não roscada 15a contíguas a ela e a segunda superfície de vedação 16 são deformadas plasticamente de modo que o contato entre as segundas superfícies de vedação 16 e 26 torna-se instável. Como resultado, a pressão de contato entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23 e a pressão de contato entre as segundas superfícies de vedação 16 e 26 podem diminuir. Em vista disso, é preferencial que a proporção da área de ressalto total para o corpo de tubo de aço A2/A0 seja relativamente grande.

[0098] Nenhum limite superior para a razão de área da área de ressalto total para o corpo de tubo de aço A2/A0 é especificado. No entanto, se A2/A0 é muito grande, isso significa efetivamente que as áreas das primeira e segunda superfícies de ressalto 11 e 18 são muito grandes, o que significa que os diâmetros exteriores das primeira e segunda superfícies de ressalto 11 e 18 do pino 10 são muito grandes. Como resultado, os diâmetros internos das porções da caixa 20 que têm a primeira rosca 24 e a primeira superfície de vedação 23 devem ser muito grandes. Para fornecer uma área de seção transversal suficiente da seção perigosa da caixa 20, o diâmetro externo da caixa deve ser grande. Além disso, é difícil fornecer comprimentos suficientes de engate da primeira e segunda porções roscadas. Em vista disso, por razões práticas, a razão de área da área de ressalto total com o corpo de tubo de aço A2/A0 é de preferência 60% ou inferior.

[0099] Supondo que, no pino 10, o total das áreas projetadas das primeira e segunda superfícies de ressalto 11 e 18 em um plano perpendicular ao eixo do tubo CL é A2 e a área projetada da primeira superfície de ressalto 11 em um plano perpendicular ao eixo do tubo CL é A1, então, a razão dessas áreas (doravante denominada “razão de área da primeira superfície de ressalto para todo o ressalto”), A1/A2, é de preferência 35% ou superior. Mais preferencialmente, A1/A2 é 40% ou superior. Os motivos para isso são os seguintes: A1/A2 depende essencialmente da área da primeira superfície de ressalto 11 em relação à segunda superfície de ressalto 18. Se A1/A2 é baixo, isto significa que a área da primeira superfície de ressalto 11 é pequena de tal modo que, quando uma carga de compressão excessiva é aplicada à junta roscada, a primeira superfície de ressalto 11 não pode resistir a esta carga de compressão. Em seguida, a primeira superfície de ressalto 11, bem como o nariz 12 contíguas a ela e a primeira superfície de vedação 13, são deformadas plasticamente de tal modo que o contato entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23 torna-se instável. Como resultado, a pressão de contato entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23 pode diminuir. Em vista disso, é preferencial que a razão de área da primeira superfície de ressalto para todo o ressalto A1/A2 é relativamente grande.

[0100] Nenhum limite superior para a razão de área da primeira superfície de ressalto para todo o ressalto A1/A2 é especificado. No entanto, se A1/A2 é muito grande, isso significa essencialmente que a área da primeira superfície de ressalto 11 é muito grande em relação à segunda superfície de ressalto 18, o que significa que a espessura de parede do nariz 12 contígua à primeira superfície de ressalto 11 do pino 10 bem como as espessuras das porções do pino que têm a primeira rosca macho 14 e a primeira superfície de vedação 13 são demasiado grandes. Como resultado, quando uma pressão interna é aplicada à junta roscada, estas porções não se deformam efetivamente de modo a aumentar seu diâmetro e, portanto, o efeito da amplificação da pressão de contato entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23 não pode ser obtido. Em tais casos, a pressão de contato entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23 pode diminuir. Em vista disso, por razões práticas, é preferencial que a relação da área da primeira superfície de ressalto com todo o ombro A1/A2 é de 55% ou inferior.

[0101] Como mostrado na FIG. 8, é preferencial que o diâmetro externo mínimo da primeira extensão não roscada 15a do pino 10 seja maior do que o diâmetro da superfície inclinada padrão 19b. A superfície cônica padrão 19b é uma superfície cônica com um diâmetro externo menor do que o da extensão 19a do afunilamento das superfícies radiais roscadas da segunda rosca macho 17 duas vezes a altura da rosca da segunda rosca macho 17. Os motivos para isso são os seguintes: O diâmetro externo da primeira extensão não roscada 15a depende essencialmente da espessura da parede da primeira extensão não roscada 15a. Se o diâmetro externo da primeira extensão não roscada 15a for pequeno, isto significa que a espessura da parede da primeira extensão não roscada 15a é pequena, de modo que, quando uma pressão externa é aplicada à junta roscada, a resistência de redução do diâmetro da porção tendo a segunda superfície de vedação 16 derivada da rigidez da primeira extensão não roscada 15a é insuficiente. Em seguida, a pressão de contato entre as segundas superfícies de vedação 16 e 26 pode diminuir. Em vista disso, é preferencial que o diâmetro externo da primeira extensão não roscada 15a seja relativamente grande.

[0102] Nenhum limite superior para o diâmetro externo da primeira extensão não roscada 15a é especificado. Contudo, o diâmetro externo da primeira extensão não roscada 15a deve ser tal que a primeira extensão não roscada 15a não interfere com a segunda superfície de vedação 26 da caixa 20 durante a fixação.

[0103] É preferencial que o comprimento da primeira extensão não roscada 15a do pino 10 conforme medido ao longo do eixo do tubo começando na extremidade dianteira da segunda superfície de vedação 16 é pelo menos uma vez o ângulo de rosca da segunda rosca macho 17. Se o comprimento da primeira extensão não roscada 15a for pequeno, quando uma pressão externa for aplicada à junta roscada, a pressão de contato entre as segundas superfícies de vedação 16 e 26 pode diminuir pelas mesmas razões que nas implementações onde a espessura de parede da primeira extensão não roscada 15a é pequena.

[0104] Nenhum limite superior para o comprimento da primeira extensão não roscada 15a é especificado. Contudo, se o comprimento da primeira extensão não roscada 15a é excessivamente largo, isso significa que o comprimento total da junta é longo, o que aumenta o tempo de processamento ou custos dos materiais, aumentando proporcionalmente os custos de fabricação. Além disso, se o comprimento da primeira extensão não roscada 15a for maior que um certo nível, a saturação próxima é alcançada em relação à melhoria do desempenho de vedação. Assim, por razões práticas, é preferenciai que o comprimento da primeira extensão não roscada 15a não seja maior que cinco vezes o ângulo de rosca da segunda rosca macho 17.

[0105] É preferencial que o comprimento da segunda extensão não roscada 15b do pino 10 conforme medido ao longo do eixo do tubo começando na extremidade traseira da segunda superfície de vedação 16 é pelo menos uma vez o ângulo de rosca da segunda rosca macho 17. Se o comprimento da segunda extensão não roscada 15b for pequeno, a interferência real entre as segundas superfícies de vedação 16 e 26 derivadas do ajuste de interferência do segundo conjunto de rosca pode diminuir, o que pode diminuir a pressão de contato entre as segundas superfícies de vedação 16 e 26.

[0106] Nenhum limite superior para o comprimento da segunda extensão não roscada 15b é especificado. Contudo, se o comprimento da segunda extensão não roscada 15b é excessivamente largo, isso significa que o comprimento total da junta é longo, o que aumenta o tempo de processamento ou custos dos materiais, aumentando proporcionalmente os custos de fabricação. Além disso, se o comprimento da segunda extensão não roscada 15b for maior que um certo nível, a saturação próxima é alcançada em relação à melhoria do desempenho de vedação. Assim, por razões práticas, é preferenciai que o comprimento da segunda extensão não roscada 15b não seja maior que cinco vezes o ângulo de rosca da segunda rosca macho 17.

[0107] É preferencial que o comprimento do nariz 12 do pino 10 conforme medido ao longo do eixo do tubo CL não seja menor que 5 mm. Os motivos para isso são os seguintes: se o comprimento do nariz 12 for pequeno, quando uma carga de tração excessiva é aplicada à junta roscada, a recuperação elástica da primeira superfície de vedação 13 produzida pelo nariz 12 é insuficiente. Então, a pressão de contato entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23 pode diminuir. Assim, é preferencial que o comprimento do nariz 12 seja relativamente 27/34 grande.

[0108] Nenhum limite superior para o comprimento do nariz 12 é especificado. No entanto, se o comprimento do nariz 12 for excessivamente grande, isso significa que o comprimento total da junta é grande, o que aumenta o tempo de processamento ou os custos de material, aumentando proporcionalmente os custos de fabricação. Além disso, se o comprimento do nariz 12 for maior do que um determinado nível, a saturação próxima é alcançada em relação à melhoria do desempenho de vedação. Assim, por razões práticas, é preferencial que o comprimento do nariz 12 não seja maior do que cinco vezes o ângulo de rosca da primeira rosca macho 14.

[0109] De outro modo, a presente divulgação não está limitada às modalidades acima, e são possíveis várias modificações sem se afastar do espírito da presente divulgação. Por exemplo, quando uma pressão interna é aplicada na junta roscada, pode-se adicionar um meio para mitigar o contato próximo, encaixando-se entre as primeiras roscas localizadas em direção ao interior somente na área próxima da primeira porção de vedação. Assim, a porção do pino 10 que possui a primeira superfície de vedação 13 localizada em direção ao interior pode deformar para aumentar o seu diâmetro de forma mais eficaz, ampliando assim a pressão de contato entre as primeiras superfícies de vedação 13 e 23. Os meios podem ser uma porção de rosca incompleta nas primeiras roscas macho e fêmea 14 e 24 dispostas na área das primeiras roscas na proximidade da primeira porção de vedação, a porção de rosca incompleta tendo uma forma de rosca incompleta. Em uma implementação dessa construção, a porção de rosca incompleta tem alturas de rosca menores do que a altura normal da rosca, em que as superfícies de crista de rosca da primeira rosca fêmea 24 da caixa 20 são uma superfície cilíndrica paralela ao eixo do tubo CL. Assim, é fornecido um espaço entre as superfícies de crista de rosca da primeira rosca fêmea 24 e as superfícies radiais de rosca da primeira rosca macho 14 apenas na região com a porção de rosca incompleta. Nessa implementação, o comprimento da porção de rosca incompleta é de três a nove vezes o ângulo de rosca da primeira rosca fêmea 24 (cerca de 15 a 45 mm).

[0110] A disposição da junta roscada da modalidade descrita acima pode ser aplicada a uma rosca de tipo integral ou de tipo acoplamento.

[0111] [Exemplos] Utilizou-se uma análise de simulação numérica utilizando o método de elemento finito elástico-plástico para determinar os efeitos da junta roscada para tubo de aço de acordo com a presente divulgação.

[0112] <Condições de Teste> Para uma pluralidade de amostras com diferentes interferências de ressalto intermediárias δshld, uma análise de elementos finitos foi realizada para comparar seus desempenhos. Cada amostra era uma junta roscada de tipo acoplamento que tinha a estrutura básica mostrada nas FIGS. de 6 a 8. As condições comuns de teste são fornecidas abaixo. (1) Dimensões do tubo de aço 7-5/8 [polegadas] x 1,06 [polegadas] (com um diâmetro externo de 193,68 [mm] e uma espessura de parede de 27,0 [mm]), ou 8-5/8 [polegadas] x 1,15 [polegadas] (com um diâmetro externo de 219,1 [mm] e uma espessura de parede de 29,2 [mm]). (2) Grau de tubo de aço P110 de acordo com os padrões da API (ou seja, um aço carbono com uma tensão de cedência nominal de 110 [ksi]). (3) Dimensões da rosca (comum a todas as roscas) Ângulo da rosca: 5,08 [mm], ângulo de flanco do flanco de carga: - 3°, ângulo de flanco do flanco do encaixe: 10°, espaço no flanco do encaixe: 0,15 [mm].

[0113] Na análise de elementos finitos, as várias amostras foram modeladas onde o material era um material elástico-plástico com endurecimento isotrópico, o módulo de elasticidade era de 210 [GPa], a tensão de cedência era de 0,2% e o limite de elasticidade era de 110 [ksi] (= 758,3 [MPa]).

[0114] <Método de Avaliação> [Primeira análise] A primeira análise analisou o aperto das roscas de cada amostra. Na primeira análise, depois que as superfícies de ressalto de um par entraram em contato, o aperto foi realizado até que as superfícies de ressalto do outro par entraram em contato. No entanto, se, após as superfícies de ressalto de um par entrarem em contato, as superfícies de ressalto do outro par não entraram em contato mesmo após 15/100 voltas de aperto, o aperto foi interrompido neste ponto.

[0115] Na primeira análise, a diferença entre o ponto de tempo em que as superfícies de ressalto interiores (11, 21) entraram em contato e o ponto de tempo no qual as superfícies de ressalto intermediárias (18, 28) entraram em contato foi avaliado usando os quatro níveis a seguir: - excelente; as superfícies de ressalto intermediárias entraram em contato e as superfícies de ressalto internas entraram em contato, onde o valor absoluto da diferença Δ entre o número de rotações de aperto não era maior que 3 [*1/100 voltas]; - bom; as superfícies de ressalto internas entraram em contato e então as superfícies de ressalto intermediárias entraram em contato, onde o valor absoluto da diferença Δ entre o número de rotações de aperto não era maior que 3 [*1/100 voltas]; - aceitável; as superfícies de ressalto internas entraram em contato primeiro, onde o valor absoluto da diferença Δ entre o número de rotações de aperto foi maior do que 3 [*1/100 voltas]; e - ruim; as superfícies de ressalto intermediárias entraram em contato primeiro, onde o valor absoluto da diferença Δ entre o número de rotações de aperto foi maior do que 3 [*1/100 voltas].

[0116] [Segunda análise] Na segunda análise, para cada amostra, uma modelagem histórica de carga da série A da ISO13679 foi aplicada ao modelo após a fixação. Na segunda análise, depois que as superfícies de ressalto internas ou as superfícies de ressalto intermediárias entraram em contato, foram feitas 3/100 voltas de aperto, e este ponto foi tratado como a conclusão da fixação.

[0117] A segunda análise avaliou os desempenhos de vedação contra pressões externas e internas. Os desempenhos de vedação contra as pressões externa e interna foram avaliados comparando a força de contato por unidade de comprimento circunferencial da primeira porção de vedação (13, 23) no ciclo de pressão interna do histórico de carga (ou seja, primeiro e segundo quadrantes) e a força de contato por unidade de comprimento circunferencial da segunda porção de vedação (16, 26) no ciclo de pressão externa (ou seja, terceiro e quarto quadrantes) do histórico de carga. Maiores forças de contato significam melhor desempenho de vedação. O desempenho da vedação foi avaliado usando os quatro níveis seguintes usando valores relativos, onde a força de contato de uma amostra com uma interferência de ressalto intermediária δshld= 0 é 1. - excelente; as forças de contato tanto da primeira quanto da segunda porção de vedação não eram menores que 0,9; - bom; as forças de contato tanto da primeira quanto da segunda porção de vedação não foram menores que 0,8 e a força de contato de pelo menos uma porção foi menor do que 0,9; - aceitável; as forças de contato tanto da primeira quanto da segunda 5 porção de vedação não eram menores que 0,7 e a força de contato de pelo menos uma porção foi menor do que 0,8; e -ruim; a força de contato de uma das primeira e segunda porção de vedação foi menor do que 0,7.

[0118] A Tabela 1 mostra uma visão geral das condições de teste e 10 avaliações para as amostras.

[0119] [Tabela 1]

* Depois que as superfícies de ressalto interna entraram em contato, foi realizado um aperto adicional com 15/100 voltas e ainda as superfícies de ressalto intermediárias não estavam em contato.

[0120] A Tabela 1 mostra os valores da interferência de ressalto intermediária δshld calculados para as amostras com base na Equação (1) fornecida acima. Além disso, a Tabela 1 mostra os valores do alongamento À do pino, limite inferior para δshld (= PAmin+À) e limite superior para δshld (= PAmax+À) calculado com base nas Equações (2) a (5) fornecidas acima. O conjunto das amostras n° 1 a 7 e o conjunto das amostras n° 8 a 18 são de tubos de aço de diferentes dimensões, resultando em diferentes alongamentos de pinos À; no entanto, como resultado de fornecer os valores em 2 figuras significativas, os limites inferior e superior de δshld são iguais.

[0121] Para as amostras n° 1, 2, 7 a 9 e 16, δshld foi inferior ao limite inferior ou superior ao limite superior, o que significa que a Equação (2) não foi atendida. Por outro lado, para as amostras n° 3 a 6 e 10 a 15, δshld não foi inferior ao limite inferior e não superior ao limite superior, e assim a Equação (2) foi atendida.

[0122] <Resultados dos Testes> [Primeira análise] Para as amostras n° 3 a 5 e 10 a 13, as superfícies de ressalto internas entraram em contato primeiro, o que significa que não há espaço entre a ponta do pino e a caixa. Além disso, como δshld não foi inferior ao limite inferior e não superior ao limite superior, o valor absoluto da diferença Δ Entre o número de rotações de aperto foi relativamente pequeno. Ou seja, o número de rotações de aperto registradas entre o ponto de tempo em que as superfícies de ressalto internas entraram em contato e o ponto de tempo em que as superfícies de ressalto intermediárias entraram em contato foi pequeno, evitando a deformação plástica das superfícies de ressalto internas.

[0123] Particularmente, para as amostras n° 5, 12 e 13, o valor absoluto de Δ não foi superior a 3/100 voltas. Assim, em um processo de aperto normal em que, após o ressaltamento, o ponto de cerca de 3/100 voltas de aperto é tratado como conclusão, tanto as superfícies de ressalto internas e as superfícies de ressalto intermediárias entraram em contato, garantindo alta resistência à compressão.

[0124] Para as amostras n° 1, 2, 8 e 9 também, as superfícies de ressalto internas entraram em contato primeiro, o que significa que não há espaço entre a ponta do pino e a caixa. No entanto, para as amostras n° 1, 2, 8 e 9, δshld foi inferior ao limite inferior e o valor absoluto de Δ foi maior do que o das amostras n° 3 a 5 e 10 a 13. Assim, o número de rotações de aperto registradas entre o ponto de tempo em que as superfícies de ressalto internas entraram em contato e o ponto de tempo em que as superfícies de ressalto intermediárias entraram em contato foi grande, causando uma deformação plástica excessiva das superfícies de ressalto internas.

[0125] Para as amostras n° 6, 14 e 15, as superfícies de ressalto intermediárias entraram em contato primeiro. No entanto, para as amostras n° 6, 14 e 15, δshld não era inferior ao limite inferior e não superior ao limite superior, e assim, após as superfícies de ressalto intermediárias entrarem em contato, as superfícies de ressalto internas entraram em contato com um pequeno número de rotações de aperto. Assim, é improvável que a deformação plástica das superfícies de ressalto intermediárias se desenvolva nessas juntas.

[0126] Para as amostras n° 6, 14 e 15, o valor absoluto de Δ não foi superior a 3/100 voltas. Assim, em um processo de fixação normal, essas juntas asseguram que as superfícies de ressalto internas e as superfícies de ressalto intermediárias entrem em contato, proporcionando alta resistência à compressão. Além disso, essas juntas são particularmente preferenciais para evitar a deformação plástica uma vez que as superfícies de ressalto intermediárias, que têm áreas maiores, entram em contato primeiro.

[0127] Para as amostras n° 7 e 16 também, as superfícies de ressalto intermediárias entraram em contato primeiro. No entanto, para as amostras n° 7 e 16, δshld foi superior ao limite superior e o valor absoluto de Δ foi maior do que os das amostras n° 6, 14 e 15. Assim, o número de rotações de aperto entre o ponto de tempo em que as superfícies de ressalto intermediárias entraram em contato e o ponto de tempo em que as superfícies de ressalto internas entraram em contato foi grande, causando uma deformação plástica excessiva das superfícies de ressalto intermediárias.

[0128] Para as amostras n° 7 e 16, o valor absoluto de Δ foi maior do que 3/100 voltas. Assim, um processo de fixação normal não pode fazer com que as superfícies de ressalto internas dessas juntas entrem em contato, criando um espaço entre a ponta do pino e a caixa. Assim, é provável o desenvolvimento de corrosão da fenda.

[0129] [Segunda análise] Para as amostras n° 5, 6 e 12 a 15, δshld não era inferior ao limite inferior e não superior ao limite superior, e o valor absoluto de Δ não era maior do que 3/100 voltas. Assim, depois que as superfícies de ressalto de um par entraram em contato, as superfícies de ressalto internas e as superfícies de ressalto intermediárias entraram em contato. As amostras n° 5, 6 e 12 a 15 apresentaram bom desempenho de vedação contra pressões externas e internas.

[0130] Para as amostras n° 3, 4, 10 e 11, as superfícies de ressalto internas entraram em contato primeiro. Para as amostras n° 3, 4, 10 e 11, o valor absoluto de Δ foi maior do que 3/100 voltas e, portanto, as superfícies de ressalto intermediárias não entraram em contato. No entanto, para as amostras n° 3, 4, 10 e 11, δshld não foi inferior ao limite inferior e não superior ao limite superior, o que significa bom desempenho de vedação contra pressões externas e internas.

[0131] Para as amostras n° 1, 2, 8 e 9, δshld foi inferior ao limite inferior. Para as amostras n° 7 e 16, δshld foi superior ao limite superior. Assim, as amostras n° 1, 2, 7 a 9 e 16 tiveram um desempenho de vedação significativamente diminuído, particularmente contra uma pressão externa.

[0123] Os resultados das primeira e segunda análises mostram que a definição de δshld para tal valor em que as Equações (2) e (3) sejam atendidas, assegurará que as superfícies de ressalto internas entrem em contato, evitando a corrosão da fenda e, ao mesmo tempo, proporcionando um bom desempenho de vedação. Além disso, a definição de δshld para tal valor em que as Equações (2) e (3) sejam atendidas, evitarão a deformação plástica excessiva das superfícies de ressalto.

Claims

1. Junta roscada para tubo de aço que inclui um pino (10) tubular e uma caixa (20) tubular, em que o pino (10) e a caixa (20) são juntamente fixados à medida que o pino (10) é aparafusado na caixa (20), em que o pino (10) inclui, em ordem a partir da sua ponta, uma primeira superfície de ressalto (11), uma primeira superfície de vedação (13), uma primeira rosca macho (14) constituída por uma rosca cônica, uma segunda superfície de ressalto (18), uma segunda superfície de vedação (16) e uma segunda rosca macho (17) constituída por uma rosca cônica, a caixa (20) inclui uma primeira superfície de ressalto (21), uma primeira superfície de vedação (23), uma primeira rosca fêmea (24) constituída por uma rosca cônica, uma segunda superfície de ressalto (28), uma segunda superfície de vedação (26) e uma segunda rosca fêmea (27) constituída por uma rosca cônica correspondente à primeira superfície de ressalto (11), primeira superfície de vedação (13), primeira rosca macho (14), segunda superfície de ressalto (18), segunda superfície de vedação (16) e segunda rosca macho (17) do pino (10), o pino (10) inclui um nariz (12) localizado entre a primeira superfície de ressalto (11) e a primeira superfície de vedação (13) e contíguo à primeira superfície de vedação (13) e inclui ainda uma extensão não roscada (15a) localizada entre a segunda superfície de ressalto (18) e a segunda superfície de vedação (16) e contígua à segunda superfície de vedação (16), a caixa (20) inclui um recesso (22) correspondente ao nariz (12) do pino (10) e inclui ainda uma extensão não roscada (25a) correspondente à extensão não roscada (15a) do pino (10), após a fixação, as primeiras superfícies de ressalto (11, 21) entram em contato, as primeiras superfícies de vedação (13, 23) entram em contato, as segundas superfícies de vedação (16, 26) entram em contato, é formada uma fenda entre o nariz (12) do pino (10) e o recesso (22) da caixa (20), é formado um espaço entre a extensão não roscada (15a) do pino (10) e a extensão não roscada (25a) da caixa (20), a primeira rosca macho (14) e a primeira rosca fêmea (24) se encaixam entre si e a segunda rosca macho (17) e a segunda rosca fêmea (27) se encaixam entre si, caracterizada pelo fato de que, supondo que a distância, medida na direção do eixo do tubo, entre a primeira (11) e segunda superfícies de ressalto (18) do pino (10) antes da fixação, é representada como pino L, a distância, conforme medida na direção do eixo do tubo, entre a primeira (21) e segunda superfícies de ressalto (28) da caixa (20) antes da fixação é representada como caixa L, e a interferência δshld entre a segunda superfície de ressalto (18) do pino (10) e a segunda superfície de ressalto (28) da caixa (20) é definida pela Equação (1) dada abaixo, então, as Equações (2) e (3) indicadas abaixo são satisfeitas: [Fórmula 1]

onde P é o ângulo de rosca da primeira rosca macho (14), Δmin é o limite inferior do número de rotações de aperto após as primeiras superfícies de ressalto (11, 21) entrarem em contato ou as segundas superfícies de ressalto (18, 28) entrarem em contato durante a fixação, Δmax é o limite superior do número de rotações de aperto, e À é o alongamento da porção do pino (10) localizado mais próximo da ponta do que a segunda superfície de ressalto (18) está durante a fixação e, supondo que o diâmetro interno do pino (10) seja representado como ID, o diâmetro mais interno da segunda superfície de ressalto (18) do pino (10) é representado como Dms, o diâmetro mais externo da primeira superfície de ressalto (11) do pino (10) é representado como Dis, e a interferência entre as primeiras roscas macho e fêmea (14, 24) é representada como δth, então, À é representado pelas Equações (4) e (5) apresentadas abaixo: [Fórmula 2]