CN101326394B - 用于管筒和导管的接头 - Google Patents

Abstract

一种用于管道的接头，具有：适于接收管道端部的第一接头部件；管道夹持装置，例如套圈(130、132)；以及第二接头部件(112)，其可连接于第一接头部件(124)以促使管道夹持装置在装配时夹持管道(T)并且进行密封。在本发明的一个方面，第二接头部件(112)的一部分至少部分地保持管道夹持装置(130、132)。保持部分也可构造成在安装前以手指拧紧状态将管道夹持装置保持到第二接头部件。在本发明的另一方面，在将接头和管道夹持装置装配到管道端部之前，提供工具以保持接头部件和管道夹持装置。

Description

用于管筒和导管的接头

相关申请 

本申请要求2005年10月20日申请的“用于带有夹头的管筒和导管的接头”的美国专利申请公开第2006/0138774号(申请序号11/255,499)的权益，其全部公开内容在此完全引入作为参考。本申请也要求2006年3月14日申请的“用于准备接头和管道连接件的工具”的美国专利申请序号第11/375,843的权益，其全部公开内容在此完全引入作为参考。 

背景技术

无扩口接头已经多年用于如管筒和导管这样的管道。无扩口接头用于连接或接合两个管筒或导管端部，或用于将管道端部连接到另一组件，例如箱桶、阀门、歧管等。无扩口接头的应用随着与接头一起使用的组件的类型的不同而不同。一种很普遍的无扩口接头的类型是套圈式接头。在套圈式接头中，一个或多个套圈用于把管道端部接合或连接到接头构件，所述接头构件一般称作接头体。然后接头体可接合到另一组件(或者是另一组件的一部分)。在套圈式接头中，套圈必须建立特别是在压力下的流体紧密密封，以及对管道的适当夹持并保护管道免受振动疲劳。高性能接头，例如可从Swagelok公司(Solon，Ohio)获得的，能够承受很多倍接头的额定压力而没有泄漏、没有振动疲劳，且管道不会爆裂达到使得管道在密封受损或套圈可能失去对管道的夹持力之前破裂的程度。 

套圈式接头具有优于其它端部连接件的优点，在于：其不依赖于任何管筒或导管端部的特殊准备，除了低成本的整平和修边以外。这是因为套圈形成密封和管筒夹持。 

使用套圈的无扩口接头因为其高可靠性而通常用于复杂的化学处理仪器。例如，在半导体工业中，这种接头保证了昂贵或有毒化学制品的密封。通常，这些应用是高纯度的，并因此依赖于由不锈钢或其它低腐蚀、高强度合金制成的管道。 

低成本市场，例如汽车工业，具有其自身对流体连接的性能要求。 最显著地是，汽车装配要求较简单的装配过程。汽车工业抵制使用套圈式接头，不仅仅是因为成本原因，也是因为装配需求。套圈是相当小的环形构件，其可能在低成本、高生产量的设备中掉落或丢失。一般的套圈式接头也通过公知的转数上紧来装配。两个螺纹部件，例如螺母和螺纹体，围住管道端部及一个或多个套圈。所述装配首先被拧紧至手指拧紧状态，然后，规定的转数，例如一又四分之一转或一又二分之一转，用来把接头上紧至最终的装配状态。周密地规定转数以防止转矩过大或上紧不足。另一方面，汽车工业一般希望通过转矩来装配零件。这允许简单的转矩扳手或工具用于进行最终的装配，保证接头已被适当地装配。 

特别供乘客使用的下一代机动车辆很可能进入代用燃料的领域，例如高压氢气。所需的压力等级将大大超过现有的用于套圈式无扩口接头的额定压力(虽然不是高性能套圈式无扩口接头的压力性能)。例如，预期需要以15000psi(15ksi)的压力来容纳气态氢气。现有的无扩口管接头的设定在10ksi以下。 

对于现有的高压无扩口接头，在至少一些应用中，用于接头的流体部件的材料必须被硬化。为此，用来制造接头体的材料块可以是通过热处理硬化的材料，在奥氏体不锈钢的示例中，材料块可以由加工硬化的棒料制成。对于直管节接头，用加工硬化的棒料制造接头是合适的。然而，更复杂的结构，例如肘形和T形形状，需要相当大的材料块。对于这些接头类型，必须去除相当大量的材料，这会迫使制造成本升高。 

另一方面，一些螺纹管接头由紧凑的锻件制成，这节省了材料和成本。锻制接头部件的使用适合接受用于低压应用。然而，锻造过程可造成消除任何先前加工硬化的材料退火。因此，锻制部件一般不适合高压应用。 

发明内容

根据本申请的一个发明方面，提供一种双套圈接头，其用于具有纵轴的管道，所述接头包括：第一接头部件，包括套圈凸轮面；第二接头部件，包括驱动面和以角度ε从所述驱动面伸出的锥形壁；和前套圈，包括圆锥形外表面和凸缘，所述圆锥形外表面向外从所述前套 圈的前部向后部形成锥形，所述凸缘从所述圆锥形外表面径向地向外伸出，所述凸缘包括第二圆锥形表面，所述第二圆锥形表面朝所述前套圈的后端以角度μ径向地向内形成锥形，其中所述角度μ大于所述角度ε，从而当所述接头处于手指拧紧状态时，在所述锥形壁与所述第二圆锥形表面之间形成差角；设置在所述第二接头部件的所述驱动面与所述前套圈之间的后套圈；其中，当所述接头被上紧时，所述前套圈的第二圆锥形表面在更大的表面积上接触所述第二接头部件的锥形壁。 

在优选实施方式中，在所述接头被上紧之后，所述第二圆锥形表面提供承重表面。

在优选实施方式中，所述第二接头部件是阳螺纹螺母。 

在优选实施方式中，所述第二接头部件的所述锥形壁是截头圆锥形的。 

在优选实施方式中，所述前套圈是低温渗碳的。 

在优选实施方式中，所述管道包含双相不锈钢。 

在优选实施方式中，所述管道包含双相不锈钢且所述前套圈是低温渗碳的。 

根据本申请的另一发明方面，接头组件可包括用于将管道夹持装置保持到第一接头部件的工具，作为将第一接头部件接合到第二接头部件之前的组件。在一个实施例中，在装配到管道端部之前，工具提供用于保持接头组件的一个或多个部件的部分，以及在接头部件已经装配到管道端部之后，提供用于保护或至少部分地覆盖接头部件中的至少一个或管道端部的部分。 

附图说明

图1是接头的半个纵剖视图； 

图1A、1B和1C示出不同的螺纹选择，用于图1所示的示范性接头的接头部件； 

图2是图1所示的示范性接头的第一套圈的放大的半个纵剖视图； 

图3是图1所示的示范性接头的第二套圈的放大的半个纵剖视图； 

图4是图1所示的示范性接头的螺母的剖视图； 

图5是在夹头区域放大的图4的螺母的局部剖视图； 

图6是图1所示的示范性接头的接头体局部剖视图； 

图7是在套圈区域放大的、处于手指拧紧状态的图1所示的示范性接头的半个纵剖视图； 

图8是在套圈区域放大的、处于上紧状态的图1所示的示范性接头的半个纵剖视图； 

图9是用于图1所示的示范性接头的转矩-螺母位移的示例性数据的曲线图； 

图10是图1所示的示范性接头的螺母和两个套圈的纵剖视图，其中，所述螺母和两个套圈安装在工具上； 

图11是图10所示工具的透视图； 

图12A-B是图1所示的示范性接头的局部侧剖视图，示出使用工具组装接头的各个步骤； 

图13是以手指拧紧状态示出的接头的半个纵剖视图；

图13A是以手指拧紧状态示出的另一接头的半个纵剖视图； 

图14是在套圈区域放大的、处于上紧状态的图13所示的示范性接头的半个纵剖视图； 

图14A是在套圈区域放大的、处于上紧状态的图13A所示的示范性接头的半个纵剖视图； 

图15是螺母的剖视图； 

图16是在夹头区域放大的图15的螺母的局部剖视图； 

图17是图13所示的示范性接头的第一套圈的放大的半个纵剖视图； 

图18是图13所示的示范性接头的第二套圈的放大的半个纵剖视图； 

图19是以手指拧紧状态示出的接头的半个纵剖视图； 

图20是在套圈区域放大的、处于上紧状态的图19所示的示范性接头的半个纵剖视图； 

图21是以手指拧紧状态示出的另一接头的半个纵剖视图； 

图22A是供图21所示的示范性接头使用的驱动工具的俯视图； 

图22B是图22A的驱动工具的侧视图； 

图22C是供图21所示的示范性接头使用的另一驱动工具的透视图； 

图22D是处于已装配状态的图22C的驱动工具的透视图； 

图23是以上紧状态示出的另一接头的半个纵剖视图； 

图24是在套圈区域放大的、以手指拧紧状态示出的另一接头的半个纵剖视图； 

图25是在套圈区域放大的、以手指拧紧状态示出的另一接头的半个纵剖视图； 

图26是在套圈区域放大的、以手指拧紧状态示出的另一接头的半个纵剖视图； 

图27是在套圈区域放大的、以手指拧紧状态示出的另一接头的半个纵剖视图； 

图28是装配到工具的螺母和套圈的剖视图； 

图29A是用于保持接头组件的一个或多个部件的工具的透视图； 

图29B是用于保持接头组件的一个或多个部件的另一工具的透视图； 

图29C是用于保持接头组件的一个或多个部件的另一工具的透视图； 

图30是装配到示范性工具的螺母和套圈的剖视图，所述示范性工具类似于图29A的工具； 

图31是装配到图29A的示范性工具的螺母、套圈和管端的透视图； 

图32是图31的示范性工具和接头组件的覆盖部分的剖视图； 

图33是装配到工具的螺母和套圈的剖视图； 

图34是装配到图33的示范性工具的覆盖部分的螺母、套圈和管端的剖视图； 

图35是装配到工具的螺母和套圈的剖视图； 

图36是装配到图35的示范性工具的覆盖部分的螺母、套圈和管端的剖视图； 

图37是装配到两件式工具的螺母和套圈的透视图； 

图38是图37的示范性工具、螺母和套圈的剖视图；和 

图39是装配到图37的两件式工具中的一件上的螺母、套圈和管 端的剖视图。 

具体实施方式

虽然本文具体关于多种结构和材料特征描述了本发明，这种描述的意图实质上是示范性的，且不应当理解为限制性的含义。根据本发明的工具可供任何接头使用，所述接头包括所要保持在一起以用于装配的接头部件，所述接头包括但不限于本申请公开的接头，例如单套圈管接头、双套圈管接头、带有阴螺纹螺母的阳螺纹管接头、以及带有阳螺纹螺母的阴螺纹管接头。例如，主要按照用于汽车应用的不锈钢管接头来描述示范实施例。然而，本领域技术人员容易理解，可在汽车工业的范围之外使用本发明的方面和特征的任何一个或多个，所述方面和特征可供除不锈钢以外的材料使用，并且可供许多管道使用，包括但不限于管筒或导管。而且，本发明的方面中的很多方面可用于较低压力的接头，或者即使在接头本身可用在较低压力的应用时，本文公开的较高额定压力的原理可用于所述接头。此外，本文的示范实施例示出公知的阴型接头，意思是阴(即，内)螺纹部件接收并邻接管道端部。对本领域技术人员显而易见的是，本发明的很多方面可在阳型接头中获得应用。本发明也可应用于接头部件之间不需要螺纹连接的接头组件，例如，可以使用夹紧或栓紧的接头。本发明也可在本文的示范实施例之外的很大范围内获得关于连接的应用，所述连接可形成用于广泛的且不断扩大的流体部件种类，包括但不限于：其它管道、流动控制装置、容器、歧管等。这样，术语“管筒”和“管道”在本文中被广泛地使用，且用来涵盖如本文所述的接头连接件可装配到的所有流体部件，包括但不限于：金属管材和导管、塑料管材和导管、阀门、接头、歧管端部连接件和夹具端部。 

虽然本文将本发明的各个方面描述和图示为具体结合在示范实施例中，但是可以在很多替代实施例中、单独地或在所述替代实施例的各种组合及再次组合中实现所述各个方面。除非在本文中明确排除，所有这样的组合和再次组合的意味着落入本发明的范围之内。此外，虽然本文可能描述各种替代性实施例，其有关于本发明的各个方面和特征的，例如替代性的材料、结构、构造、方法、装置、软件、硬件、控制逻辑等，但这样的描述，无论是现在已知的还是以后形成 的，都不意味就是可用的替代性实施例的完整的或完全的列表。在本发明的范围内，本领域技术人员可容易地将本发明的方面、原理或特征中的一种或多种用于另外的实施例，即使这样的实施例没有在本文明确地公开。另外，即使本发明的一些特征、原理或方面在本文中可能描述为优选的设置或方法，但这种描述的意思不是暗示这样的特征是必要的或必须的，除非已经明确地这样表述。此外，可包括示范性或代表性的数值和范围以有助于理解本发明，然而，这种数值和范围不应理解为限制性的含义，并且只有在明确表述的时候才意味着关键数值或范围。 

虽然本文具体关于由不锈钢制成的接头部件描述了各种实施例，这种描述的意图实质上是示范性的，且不应当理解为限制性的含义。本领域技术人员可容易理解，可以使用多种不同类型的用于接头部件的金属材料以及金属管材材料实现本发明，包括但不限于：316、316L、304、304L；任何奥氏体或铁素体不锈钢；任何双相不锈钢；任何镍合金，例如哈氏合金(HASTALLOY)、因科镍合金(INCONEL)、蒙乃尔合金(MONEL)；合金825、合金625；任何沉淀硬化不锈钢，例如17-4PH；黄铜、铜合金；任何碳钢或低合金钢，例如12L14。材料选择的重要方面在于：管筒夹持装置优选应当表面硬化或穿透硬化至比值至少为3.3，并且优选比与接头一起使用的最硬的管材材料硬4倍或更多倍。因此，管筒夹持装置不必由与管材自身相同的材料制成。例如，管筒夹持装置可选自上述记载的不锈钢材料，或者其它能够表面硬化的适当材料，举出一些附加示例如镁、钛和铝。 

根据本申请的一个发明方面，示范性接头可设置用于高压等级下的工作而没有损害性的泄漏，由前述的两个套圈管接头获得夹持和振动性能，即使是在使用较低成本的制造过程和材料的一些实施例中。在一个实施例中，阳螺纹接头部件，例如螺母，包括约束管筒夹持装置的结构，例如套圈。因此，配对的阴螺纹接头部件不必由硬化材料形成。从而，根据另外的方面，本申请揭示了一种高压接头，其利用带有配对螺母的由一种材料制成的接头体，所述配对螺母由硬化材料制成。例如，所述接头体可以是退火不锈钢，而螺母可以是加工硬化不锈钢。这种组合可用于较高压力应用，所述应用可具有大于8ksi、甚至大于12ksi的额定压力。这部分地起因于螺母的使用，所述螺母 相对于接头体的硬度比约为1.3∶1到2∶1(维氏标度)或更大。在另一实施例中，套圈被表面硬化，例如通过低温渗碳过程以提供很硬的套圈。在另一实施例中，螺母提供对接头体的表面的次级压力密封。 

为了便于正确的装配和安装包括多个部件(例如套圈型接头连接件)的接头，可能有利的是，把一个或多个接头部件存储在一起作为组件，例如夹头螺母和套圈设为夹头螺母组件，从而使螺母和套圈能更快装配到接头体，并且确保包含所述套圈以及确保所述套圈的正确取向。在一些应用中，可能理想的是，将一个或多个接头部件预装配到管筒或管道端部，从而准备管道组件以允许以后在管道端部更快和/或更容易上紧流体连接件。例如，在准备管道以用于装配到套圈型接头连接件时，相应的接头体或螺纹工具可用螺母拧紧，以部分地或完全地将套圈拧紧到管道，从而在管道上保持螺母和套圈以作为管道组件。通过预先准备这种管道组件，可以更快地且用较小施加的转矩实施接头体向管道、螺母和套圈的将来的装配。这种预拧紧的管道组件，其中螺母和套圈已装配到管端，可以存储或运输用于将来在流体系统中的安装。另外，通过从接头体拆卸螺母可以将管道从流体系统移除，而螺母和套圈保留在管道端部上。移除的管道组件可以存储或运输用于将来在同一流体系统或不同流体系统中的安装。在任一情形下，可能理想的是，覆盖或保护管道组件的至少一部分，从而保护暴露表面不受损伤或污染，或者，在从使用中移除的管道组件的情况中，防止流体残余物或其它污染物从管道组件漏出。 

参考图1，示范性接头10包括第一接头部件12，其可实现为具有内螺纹14的阴螺纹体的形式。第一接头部件12接合或连接第二接头部件16，所述第二接头部件16可实现为具有外螺纹18的阳螺纹螺母的形式，当组装或装配接头10的时候，所述外螺纹18与第一部件12的螺纹14通过螺纹紧密配合。不同的螺纹选择和无螺纹的连接设计可用于第一和第二接头部件。 

图1A、1B和1C示出用于接头体12和螺母16之间的螺纹连接的不同螺纹选择。图1A示出法线对称螺纹面19a和19b之间为30°(即，60度夹角)。图1B示出锯齿螺纹设计的任选使用，其中，螺纹面是不对称的，一个螺纹面19a一般在距法线大约45度的范围内，而相邻的螺纹面在距法线大约3度到5度的范围内。锯齿螺纹设计在一侧 上提供高强度载荷以在高转矩装配期间和高压力应用中帮助减少螺母的扩口。图1C示出梯形螺纹的使用，其中，螺纹面再次对称，但是具有距法线较陡的角度，例如大约3度到7度。与60度螺纹相比，梯形螺纹设计均匀地提供更高的强度载荷。 

接头10还包括管筒夹持装置。套圈是管筒夹持装置的示例，在这个示例中，包括两个套圈、前套圈或第一套圈20和后套圈或第二套圈22。然而，接头可设计成使用单个套圈或替代性的管筒夹持装置。螺母16和套圈20、22装到接头体12接收的管道端部T上。 

图2是图1所示的示范性接头的第一套圈或前套圈的放大剖视图。第一套圈20是大致环形的零件，带有大致圆筒形的内壁24，所述内壁24在管端T的外表面S上滑动(参见图1)。第一套圈20具有外表面26，所述外表面26在外部以大致锥形的方式从前部28向后部30形成锥形。前部28可包括尖锐前沿32和圆形鼻部34。后部30包括形成凸轮面38的截头圆锥形的凹部36。锥形的外表面26可会聚到轴向校直的凸缘40(其中，轴线X是管道和接头10的中心纵轴)。 

图3是图1所示的示范性接头的第二套圈或后套圈的放大剖视图。第二套圈22是大致环形的零件，带有大致圆筒形的内壁42，所述内壁42在管端T的外表面S上滑动(参见图1)。第二套圈22还包括鼻部46和轴向延伸的外表面44，所述外表面44围绕套圈的后部48延伸。鼻部46包括尖锐前沿50和第一锥形部52，所述第一锥形部52例如以大约15度的前角α从尖锐前沿50朝后部48延伸。第一锥形部52例如沿第一弧形部56，例如圆角，合并或融合到第二锥形部54。第二锥形部54在拐角或边缘58合并或融合到轴部44，所述拐角或边缘58可替代地为圆角。第二锥形部54例如以大约35度的角度β延伸。 

第二套圈22还包括具有从动面62的后端部60。从动面62例如以大约5度的角度δ(参考从法线到轴线X)在外部径向地延伸。从动面62沿第二弧形部64与轴部44合并或融合。 

图4-5示出图1所示的示范性接头的螺母的剖视图。螺母16具有限定中心孔66的大体圆筒形的构造，所述中心孔66在装配期间接收管端T。螺母16具有限定套节、凹部或笼部70的前端68。套节 70由圆筒形的第一部分72和截头圆锥形的部分74限定，所述截头圆锥形的部分74在内部朝螺母16的后端75径向地形成锥形。截头圆锥形的部分74形成驱动面，所述驱动面在上紧期间接触第二套圈或后套圈的从动面62。驱动面74例如以15度的角度τ形成。因为角度τ不同于角度δ，后套圈22的从动面62最初在外圆角64接触驱动面74(参见图7)。差角Φ，其中Φ＝τ-δ，保证了螺母16和第二套圈22之间的最初接触与管端T径向地隔开；因此，从动面62和驱动面74之间的接触不齐平。 

套节70形成在轴向延伸且大致圆筒形的壁或夹头76内。夹头76的大小适合在其中保持后套圈22和前套圈20的后部30的至少一部分，以形成螺母和套圈组件或夹头螺母组件78(参见图10)。在本文使用的术语夹头是对夹头部件的概念的简写引用，在这个示例中，阳螺纹螺母16具有即使在所述组件已卸载配对的接头部件的时候也能保持一个或多个套圈的结构。因此，当所述组件解除安装或者以手指拧紧状态仅仅安装在接头体12中时，包括夹头螺母16和一个或多个套圈20、22的夹头螺母组件78可用于将套圈和螺母保持在一起。 

在最后的上紧或甚至在最初装配到配对的接头部件之前，很多不同的技术可用于将套圈20、22保持在夹头螺母16内。例如，无污染的胶水或粘合剂可用于把套圈20、22保持在适当的位置，在上紧力的作用下，胶水释放其夹持力。或者，夹头壁76可在内部略微径向地弯折以在其中保持套圈20、22。此外，可以使用粘合剂，使得在上紧时分解成润滑剂以帮助减小上紧转矩。在本文公开的实施例中，使用工具将零件保持在一起成为夹头螺母组件78(参见图10)。 

参考图5，夹头76可包括锥形部分82，其在外部朝螺母16的后端75径向地形成锥形。锥形部分82例如以大约45度的角度θ延伸。 

螺母16还包括工具接合部分80，其允许转矩扳手或其它工具用于拧紧或上紧接头10。图1的示范实施例中的工具接合部分80实现为六角形部分80。能以多种方法形成工具接合部分80。例如，螺母16可包括键孔，其允许相应的键控扳手用于拧紧并上紧接头，如关于图21和22A-D所述。 

螺母16还可包括螺纹18和工具接合部分80之间的外径稍微减 小的颈部77。颈部77可用于提供固有检测功能以对转矩上紧和转数上紧的检验正确的上紧。固有检测的意思是与接头自身相关的结构或特征(与单独的工具或检测仪器相对)，其为装配者提供指示：接头已经被正确地装配和上紧。很多种结构或特征可实现固有检测功能，其中的一些示例公布于国际申请第03/07739号、美国专利申请第10/711,353号和美国专利第6,640,457B2中，上述文件的全部公开内容在此完全引入作为参考。也能以已知方式使用间隙量规确认接头10的适当上紧。 

参考图6，阴螺纹体12是以轴线X为中心的大致圆筒形的零件。阴螺纹体12在前端84具有适于接收管端T的开口83。中心孔86延伸通过阴螺纹体12并形成限定流体流动路径的端口88。端口88可用于与另一零件(例如阀门、三通管、弯管、歧管等)建立流体连通。应当注意，虽然阴螺纹接头部件12被显示为单独的孤立零件，但是所述部件的特征可替代性地并入到大容积体85中，例如歧管、阀门、泵、箱桶等，通常称作流体端口，通过所述特征可形成与阳螺纹接头部件的流体连接。 

阴螺纹体还包括形成台肩90的沉孔89。管端T在被阴螺纹体12接收的时候在底部抵靠台肩90。沉孔89可具有微小锥度，以在接头10上紧时帮助围绕管端T形成密封。 

阴螺纹接头部件12还包括第一锥形表面，例如截头圆锥形表面92，以及第二锥形表面，例如截头圆锥形表面94。第一截头圆锥形表面92形成阴螺纹体12中的第一凸轮面或套圈凸轮面，并且可轴向地邻近沉孔89的前端。第二截头圆锥形表面94形成阴螺纹体12中的第二凸轮面或夹头凸轮面，并且可轴向地邻近或靠近第一凸轮面92的前端。第一凸轮面或套圈凸轮面以角度σ形成。可选定角度σ以最优化与第一套圈20的鼻部34的凸轮作用。在一般的二套圈和一套圈接头中，这个角度大约是20度，但可以是从大约10度到大约45度的任一适当的值。 

第二凸轮面或夹头凸轮面94以角度ρ形成。在这个示例中，所述角度大约是45度，但这个角度不是必要的。角度σ和ρ可以彼此相同或不同。在本文的图示中，所述角度是不同的，因此，形成接合两个凸轮面92、94的径向台阶96。这个台阶可以是径向的，或者可 以具有其自身的角度、锥度或其它所需的外形。 

阳螺纹体12还包括阴螺纹14，所述阴螺纹14通过螺纹与阳螺母16上的螺纹18紧密配合。应当注意，前端体84也可通过封闭或去除端口86形成为帽盖，例如可以用于盖住流体管路的端部。阴螺纹体12可设有六角面，以在螺母16于上紧期间被拧紧时保持阴螺纹体。当然，上紧涉及到接头部件之间的相对轴向平移，在这一情况下，螺母16和阴螺纹体12受到螺母和阴螺纹体之间的相对旋转的作用，与哪个接头部件被保持和哪个接头部件被转动无关。在无螺纹连接中，上紧涉及到通过不同于两个螺纹部件的手段的两个接头部件之间的相对轴向平移，例如两个部件被夹紧装置压在一起。 

阴螺纹体12也可包括在套圈20、22的外部大致径向形成的加工硬化部分81。除了位于管筒夹持装置20、22的径向外部以外，适当时，加工硬化的总量和位置可选定用于特定的应用。加工硬化的部分优选从接头体12的前端84延伸到径向台阶96的至少径向外部的位置。然而，加工硬化部分可例如延伸到第一凸轮面92的后端的径向外部的位置，或者延伸接头体12的外表面的全长。通过使接头部件12的外部部分上的材料塑性变形完成加工硬化。能以多种方法使材料塑性变形。例如，可通过制成一系列大致轧制的圆周肋或通过在接头体12上轧制外部阳螺纹98来完成加工硬化。 

图7和8分别以手指拧紧状态和上紧状态示出在套圈区域放大的接头10。在图7的手指拧紧状态中，第一套圈或前套圈的鼻部28部分地位于由套圈凸轮面92形成的凸轮口内。注意，后套圈22以差角Φ接合螺母16的驱动面74。这保证了在上紧期间，第二套圈22的后端部分60将径向地从管端T的外表面S移开或保留在管端T的外表面S的外部。同时，后套圈22的鼻部46塑性变形，使得尖锐边缘50咬入或凹入到管面S中，产生坚实的管筒夹持台肩100和流体紧密密封。套圈鼻部46也铰接使得圆筒形壁42的部分102径向地压在管壁表面S上，以将后套圈22模压或夹压在与咬入部100轴向隔开的表面上。这个高度径向压缩的区域和后套圈22的夹压提供了对咬入部或凹入部100免受振动的良好保护。因此，后套圈22设计成在变形中进行铰接，并且在使后端部分60径向地从管端T的外表面S移开或保持在管端T的外表面S的外部的时候，对上紧咬入部或凹入 部100和套圈的后端60之间的夹压区域102产生作用。尤其通过套圈22的尺寸确定夹压区域102的确切位置。在一些情况中，夹压区域102可邻近咬入部或凹入部100，而在另一些情况中，夹压区域可出现在与咬入部或凹入部轴向隔开的位置。在一些情况中，夹压区域102可进一步以模压管端的凸起型面为特征。 

实施两个接头部件12、16之间的相对轴向平移以使夹头76的前锥形表面82接触并凸轮作用在接头体12的第二锥形表面94上。夹头76和v形表面94之间的接触产生冲制式的作用，使得夹头锥形表面82形成对凸轮面94的很强的流体紧密密封。同时，特别是在圆角34的前套圈表面形成对第一凸轮面92的密封。前套圈20可任意地模压或咬入到管壁S中以提供管筒夹持。 

套圈20、22的主要功能是产生流体紧密密封和管筒夹持，还产生对由外部系统感生振动的疲劳的抵抗力。前套圈20主要用于提供对接头体12和管筒外表面S的流体紧密密封，而后套圈22用于辅助密封管筒外表面S并提供良好的管筒夹持。根据具体应用的需要并取决于所使用的材料类型，可以选定这种应用中的几个套圈、或单个套圈的具体几何形状及操作。例如，后套圈22可在套圈的内部圆筒形壁42中设有一个或多个凹部，且套圈的从动面62可以是成型的。此外，套圈20、22中的一个或两个可被表面硬化，例如，通过低温渗碳过程提供很硬的耐腐蚀的套圈。可在套圈表面的部分或全部表面上应用表面硬化。许多出版的专利公开了这种可应用于套圈的表面硬化和几何学原理，例如颁给本发明的受让人的美国专利第6,629,708号；第6,547,888号；第6,165,597号；以及第6,093,303号，所述专利的全部公开内容在此完全引入作为参考，以及PCT国际公布第WO 02/063195A2号和第WO 02/063194A 3号也在此引入作为参考。然而，上述文件中的专利和原理对于本发明来说实质上是示范性的，并且不应当理解为限制性的含义。很多不同的表面硬化方法和很多种几何构造可用于在上紧期间适当地控制套圈的塑性变形以保证足够的密封和管筒夹持。 

在升高的压力下，例如15ksi，管壁会倾向于径向膨胀，向外推动套圈20、22。夹头76用于径向地抑制套圈20、22，并防止密封和管筒夹持的损失。注意，如果有前套圈20，接头体12不会对其约束 太多。通过夹头76获得对径向地处于压力下的前套圈20的抑制应力，对后套圈22的情况也是如此。这因为下文所要讨论的理由而具有重要性。此外注意，特别在图1中，任选的加工硬化外部81也将在装配状态中通过径向地约束和支撑夹头76来抑制更高的压力。 

一旦上紧，当夹头76接合接头体12中的第二凸轮面94时，不仅接头克服流体压力形成密封，而且装配者也会注意到上紧转矩的急剧显著的增加。图9是转矩-螺母16位移的示例性数据的曲线图。注意，在区域A中，由于套圈20、22在咬入管筒T、且凸轮作用于接头体凸轮面92和前套圈凸轮面38的时候产生塑性变形，转矩稍微缓慢且稳定地上升。然而，接头76一接触接头体12的第二凸轮面94，区域B中的转矩就急剧显著地增加。通过选定对应于适当上紧的合适的转矩值，接头10可被转矩上紧而非转数上紧。因此，简单的转矩扳手可用于组装接头10。由图9注意到，夹头原理提供很紧或很陡的转矩-螺母位移比。这与现有接头形成显著对比，在现有接头中，转矩随着套圈变形逐渐地增加。由于有太多因素能够影响渐变的转矩读数，转矩不可能始终用于准确地检测现有接头的适当上紧。替代地，一般通过计算螺母相对于接头体的转数或位移来上紧现有接头。例如，图9中的区域A示出经过螺母相对于接头体的显著位移，转矩可能相当小地增加，从而防止转矩与转数或位移发生关联。 

例如以角度ρ转变凸轮面94的角度允许接头10被重制。接头10的每次重制使夹头的子组件对于每次重制都进一步推进到接头体中，即使是很轻微。对于很急剧的转矩增加，角度ρ可接近90度(相对于轴线X)。这一替代性的设置会为转矩上紧提供转矩的显著增加，但是在一些情况中，可能在最初上紧之后减小重制接头10的能力。 

参考图8，以及以图14和21的替代实施例为例，实现转矩上紧的夹头前表面82和接头体锥形表面94之间的接触在上紧之后也为夹头产生对接头体的径向支撑。在使用时，这些实施例的这一特征进一步促进接头在更高压力下连同转矩上紧功能性的使用。 

其它实施例可用于实现转矩上紧而不用使夹头76接合接头体12。例如，套圈可设计成以实现转矩上紧的方式接合接头体，如关于图19-20所述。另外，螺母16和接头体12的任何两个大致径向的表面可设计成在接头10的适当上紧时接合，以提供急剧的转矩增加。 例如，接头体上的外部表面可设计成在完成上紧后接合螺母的外部表面。这些表面，如同凸轮面94和夹头锥形表面82，可转变角度以允许接头的重制。 

根据本发明的接头可用在低于12ksi、甚至低于8ksi的压力应用中，但是更显著地，可用作大于8ksi、甚至大于12ksi的更高额定压力的接头。本发明的许多特征和方面涉及接头承受更高额定压力的能力，如现在所要讨论的。 

与传统的阴型接头不同，本发明提供一种接头10，其中，通过阳螺纹接头部件而非阴螺纹接头部件克服压力以径向地约束套圈20、22，尤其是前套圈20。换句话说，前套圈20以类似于现有的阴螺纹接头设计的方式接合凸轮面92，但是通过夹头76克服压力而被径向地约束和保持。 

对于由不锈钢制成的接头，螺母16可被部分地加工硬化，例如，可以用棒料机加工，因为所述螺母必须足够坚固以在较高压力下约束套圈20、22。然而，阴螺纹体12不必由加工硬化的材料形成，因为其不必利用来在压力下保护套圈20、22。因此，接头体12可由退火材料形成，例如通过锻造或铸造。通过锻造或铸造例如奥氏体不锈钢形成接头体12，可显著地比通过硬化棒料形成所述接头体12更廉价。如果接头体是复杂形状(或复杂形状的一部分)，例如三通管或弯管，那么这就尤为适用。因此，用本发明可实现相当大的成本节省。此外，不能通过热处理硬化的奥氏体不锈钢可用来形成接头体而不需要对钢材加工硬化。由于奥氏体不锈钢的优良的耐腐蚀性，由奥氏体不锈钢形成接头体在很多应用中是有利的。 

提供能够在较高压力等级或工作压力下起作用的带有退火体的接头10也极大地扩大了其可适用的应用。例如，通过在较软退火金属制成的各种流体部件(例如，泵壳、汽缸盖、歧管、箱桶等)中提供阴螺纹口可形成接头体12。然而，另一替代实施例提出接头体12也可由加工硬化材料形成，或者使接头体12的一部分加工硬化(如果需要这样的话)，尤其是对于甚至更高的压力等级或工作压力。 

有选择地加工硬化接头体12的一部分使得接头承受高内压而没有可引起接头10的泄漏的变形或损伤。因此，有选择地加工硬化接头体提供类似的优点：在压力下不利用接头体保护管筒夹持装置20、 22。具体地，接头体12可由退火材料而非硬化的棒料形成。这样导致接头10可在较高压力或工作压力下起作用，但是以优于现有高压接头的显著的成本节约实现所述接头10。 

如果，例如，接头10要额定在15ksi，那么，按照工业惯例，一般在达到且超过四倍所述压力等级(4比1的管筒夹持性能因数)、或在60ksi下测试所述接头10。在统计上，相当多的接头被测试达到且超过60ksi，从而以高置信度可靠地预测所述接头将经受至少四次预期的工作压力而没有泄漏。申请人已经发现，根据本发明的接头10可保持压力达到大约75ksi及更高，从而提供至少5比1的管筒夹持性能因数。从而，有选择地加工硬化接头10的一部分也允许对接头体12使用相对较轻的锻造。 

如上文所述，接头10可通过使接头的部分81塑性变形而被有选择地加工硬化。通过在接头体12上轧制一组圆周肋或外部阳螺纹98来加工硬化在套圈20、22的径向外部的接头10的一部分。可在机加工接头体12或其它零件的同时实施加工硬化。具体地，工件，例如接头体12，一般在多轴机器上进行机加工，所述多轴机器具有多个换位位置，在所述换位位置上按顺序完成各种机加工操作。这些操作中的一种是轧制肋部或螺纹98以加工硬化接头体12，所述接头体12不必接受单独的加工操作(脱离这一机器)以使其硬化。零件12可一次装载到机器上，进行包括加工硬化的机加工以形成螺纹98，然后卸载。 

另外，可在加工硬化过程中形成的阳螺纹98能为接头10提供更有用的构造。具体来讲，螺纹98可用于将某些接头增强件附接到接头12上。例如，一个或多个防松螺母可被拧到阳螺纹98上以进一步加固接头10。另外的例子可包括使用螺纹98以将接头体12安装到面板，或附接某一装置，所述装置能够支撑管筒T、辅助把管筒保持在接头10中、辅助减弱外部管筒振动的影响、或具有其它功能。 

因为对套圈表面硬化或渗碳的能力，用本文公开的接头10可进一步获得15ksi或更高的较高压力等级。这允许套圈20、22咬入并密封加工硬化的管道，例如需要用于更高压力应用的厚壁管材、或1/8硬化或应变硬化的材料。接头10提供后套圈22，其具有很大体积的材料，使得套圈更坚固以夹持管道，以及能够咬入到管道中。此 外，由夹头76形成的对第二凸轮面94的密封为接头体密封提供次级密封或辅助密封，所述接头体密封由前套圈20抵靠第一凸轮面92形成。通过使用较软的退火体可促进夹头对第二凸轮面94的密封。 

然而，本发明不限于供不锈钢材料使用。例如，汽车工业，尤其是代用燃料车辆，可能决定为各种接头和管道继续使用碳钢而不是不锈钢。本发明也在碳钢的使用中提供优点，即使碳钢可通过退火来硬化。这些优点包括但不限于更容易装配的夹头原理(在下文进一步描述)，提供夹头抵靠接头体的密封，并提供能够转矩上紧而非转数上紧的接头。 

图10是图1所示的示范性接头的螺母16和两个套圈20、22的纵剖视图，其中，螺母和两个套圈安装在工具103上。工具103提供简便的方法以在组装接头10之前将夹头螺母16和一个或多个套圈20、22一起保持为单个组件78。从而，组件78和工具103一起提供单个单元104，所述单元104能安装在配对的接头部件中，例如阴螺纹接头部件12，使得装配者只需要操作两个接头零件。因此，不用装配松散的套圈，且套圈可在制造厂安装以避免安装错误。在上文已经描述了用于提供夹头螺母组件的其它技术，例如使用粘合剂。 

图11示出工具103的示范实施例的透视图。参考图10和11，工具103包括头部105，头部105能用手抓住或者能用简易工具(例如钳子)夹住。工具103是单个塑料元件，但是在需要时可以使用其它材料。柔性指杆106a和106b从头部105伸出，并在其相应的远端包括凸起的唇缘107a和107b。唇缘107a、b和头部105限定狭槽或夹头108，夹头螺母16和套圈20、22可安装到所述狭槽或夹头108上。柔性指杆106a、b在径向上充分地压缩，以允许螺母16以及随后套圈20、22朝头部105移动经过唇缘107a、b。一旦越过唇缘107a、b，指杆106a、b向外快速返回，从而在工具103上将套圈20、22和螺母16一起保持为单个组件78。 

图12A和12B示出使用工具103组装接头10的各个步骤。为了组装接头10，组件78插到阴螺纹体12中，装配者可容易地使用手指压力使螺母16和接头体12旋转并通过螺纹接合(或者将螺母旋转到另一接头体的阴螺纹口中)。由于螺母16被拧到接头体12中，唇缘107a、b将接合接头体12内的表面，在这个情况中是第一凸轮面 92。组件78和工具103向接头体12中的进一步的轴向位移促使指杆106a、b由于抵靠接头体12的凸轮作用而被径向地压缩。 

组件78和工具103的持续的轴向位移促使指杆106a、106b充分地压缩，以便唇缘107a、107b在尺寸上小于套圈20、22和螺母16的内径。工具103从而自动脱离套圈。在此情况发生时，工具103可容易地从组件78和接头体12取出。注意，工具103可容易适用于任何尺寸的接头，而且也能编排色码或设有其它标记以指示有关组件78的信息，例如尺寸、材料、上紧转矩等。例如，凹槽109或其它合适的记号、标记或结构可设置在工具103上以为使用者提供可视指示：接头已经被适当地组装在手指拧紧位置，从而允许容易地移除所述工具。如图12B所示，工具的唇缘107a和107b的前端可任意地接合接头体12的表面以阻碍工具进入到接头体12中的进一步的轴向前进。这一情况可容易地被操作者识别为转矩的显著增加，因此操作者凭感觉知道可以移除所述工具。 

图13-18示出本发明的另一示范性接头。这个实施例的功能特征中的很多特征类似于前述实施例，除非另有记载。图13-18的示范性接头110包括阴螺纹体112和阳螺纹体114。阴螺纹体112包括第一凸轮面116和第二凸轮面118。在上紧期间，第二凸轮面118接合夹头124的内端122上的成角度的表面120，所述夹头124形成为螺母114的一部分(图14)。表面120的角度θ相对于接头110的中心纵轴X可以约为45度，但是在需要时可以使用其它角度。然而，在这个实施例中，夹头124包括锥形壁或圆锥壁126，其形成用于后套圈130、和前套圈132的至少一部分的锥形套节128。锥形套节128在拆卸期间提供对螺母114的更容易的抽出，因为套圈在螺母的抽出期间可脱离与壁126的接触。壁126可相对于中心纵轴X以大约5度到大约20度的角度ε形成锥形，但在需要时可以使用其它角度。后套圈130可包括锥形外壁部分134以便于拆卸，且前套圈132也可包括锥形外壁部分136。后锥形外壁和前锥形外壁134、136可相对于轴线X以例如大约5度到大约20度的适于获得期望效果的角度形成，但在需要时可以使用其它角度。从而，本发明揭示了一种夹头设计，其中，在拆卸时，螺母114和两个套圈130、132的整个组件可被抽出，或者螺母可被单独地移除。包括锥形套节可特别适用于较高压力 应用，因为套圈在上紧或者高压应用时不会粘到或“焊”到套节壁。套圈会脱离锥形套节，且螺母被抽出，使得在拆卸期间，转矩不会施加到套圈上。这将有助于保证能够实现接头的适当重制。 

图13A和14A示出本发明的替代实施例。该实施例与图13-18的实施例共同具有一些特征，并且同样的附图标记用于表示同样的特征。在该情况下，有前套圈132、后套圈130、螺母114和阴螺纹体112。螺母114包括具有锥形壁或圆锥壁126的前夹头124。夹头壁126相对于接头的中心纵轴X以角度ε形成。前套圈包括成型外壁部分136，在这个示例中，所述成型外壁部分136相对于纵轴X以角度μ形成。角度μ可以等于或约等于角度ε，但在一些情况中，理想的是使μ≠ε。例如，一般地，前套圈的后端在上紧时由于后套圈130施加的力而倾向于径向地移动离开管壁T。通过包含差角ω＝μ-ε，成型面136将在更大的表面积上接触夹头壁126，从而减小应力集中以有助于减小前套圈在重制后磨伤表面126并“粘贴”到夹头螺母的可能性。当前套圈是加工硬化的零件(例如具有表面硬化的表面)时更是如此。角度ω可以是任何合适的角度，例如2度，但是对于具体设计来说可以大于或小于2度。表面136从而用作承重表面以在高压下支撑套圈，并减少与夹头螺母114的磨损。 

前套圈的成型面136可以如图所示由大致径向延伸的凸缘137形成。这为前套圈提供了更多的体积以及环向应变载荷，帮助其承受更高的压力并帮助以更高压力抑制后套圈。 

在很多应用中，可以用有选择的应变硬化(如上文所述)使接头体和螺母应变硬化或退火。为了进一步减小磨损和粘附，夹头螺母，且特别是内表面126可例如使用上文所述的方法或其它合适的表面硬化方法进行表面硬化。在引用的参考文件中的上文所述的方法尤为适用，因为所述方法提供良好的耐腐蚀性和很硬的表面以消除磨损。在一些应用中，整个螺母114可被表面硬化。这具有帮助防止螺母114的管孔TB(参见图14A)在装配重制期间塌陷到管端T上。已经观测到使用螺母114达到50次或更多次重制而没有磨损，所述螺母已经如本文所述被表面硬化。表面硬化的表面126，例如尤其是低温渗碳表面，也可以排除对昂贵润滑剂的需求，因为简单的润滑油或其它合适的润滑剂可与表面硬化的表面上形成的氧化物一起使用。 

图19和20示出本发明的另一实施例，其中，图19是处于手指拧紧位置的接头的纵剖面图，图20示出处于上紧位置的接头。在这个实施例中，接头150包括设计上可类似于上文所述实施例的螺母152和接头体154。然而，在这个实施例中，夹头156的轴向长度155缩短，因为夹头156仅仅用于保持后套圈158。前套圈160不再包含在夹头156内。如前述实施例，类似于图10-12的工具可用于保持单个的部件组件。 

在这个示例中，前套圈160包括扩大的径向延伸凸缘162。凸缘162的大小适合装在接头体154的孔164内。凸缘162还包括从动后表面166，以及在凸缘的前部169的密封面168。密封面168以例如大约45度的角度θ延伸。密封面168在上紧期间接合接头体154的第一凸轮面170。这为转矩设计提供可靠的次级压力密封和上紧，在功能上类似于前述实施例的夹头的前端的接合。 

这个示例中的从动面166是大致径向的，并且在上紧期间接合夹头156的前端172，使得夹头直接向前驱动前套圈160。后套圈158也向前驱动前套圈160，直到夹头156接合前套圈凸缘162为止。前套圈160还包括接合接头体154的第二凸轮面176的锥形鼻部174。凸缘162可适当地按尺寸成形，使得凸缘特别在压力下由接头体壁178支撑。从而，接头体154可由加工硬化的原材料形成，或者可具有选择性地应用于退火体的加工硬化。 

图21是本发明的另一示范性接头的半个纵剖面图。在这个实施例中，接头180包括设计上可类似于上文所述实施例的接头体182和套圈184、186。然而，在这个实施例中，接头180包括不同的螺母188。螺母188具有大致圆筒形的构造，其限定用于接收管端T的通道190。螺母188具有外螺纹192，用于与阴螺纹接头部件(例如接头体182)的内螺纹194接合。螺母188具有包括一个或多个键孔198的后表面或外表面196。每个键孔198适于接收键控驱动工具202、202’的键片200且被所述键片200驱动。 

键控驱动工具202、202’可采取很多种不同的形式。合适的驱动工具的示例包括但不限于图22A-D所示的驱动工具202、202’。可以使用包含键片的任何驱动工具，所述键片构造成接合螺母188中的孔198。 

在图22A和22B所示的实施例中，驱动工具是键控扳手202，其具有细长的手柄部分203，手柄部分203有大致矩形的横截面。手柄部分203的横截面形状可以是除了矩形以外的形状。例如，手柄部分203可具有椭圆或圆形的横截面。键片200以大约直角从手柄部分203伸出。虽然直角是优选的，但是键片200可以以除了直角之外的角度从手柄部分203伸出。键片200适于和键孔198紧密配合以允许键控扳手202充分地旋转螺母188以上紧接头180。 

键控扳手202也包括沿手柄部分203的中心轴206延伸的空隙开口204。空隙开口204的大小和位置适合允许键控扳手202跨叉在管道上并接合螺母188而没有管筒干涉。 

在图22C和22D所示的实施例中，驱动工具202’是六角工具，适于与螺母188上的键孔198接合。六角工具202’允许螺母188以更常用的六角扳手拧紧或放松。图示实施例的六角工具202’包括两个半体243a、243b，所述两个半体设有对应的定位销246a、246b和配合孔245a、245b，用于连接所述两个半体243a、243b。在接合时，两个半体243a、243b限定用于接收管筒T的内孔或空隙开口244(参见图21)。六角工具202’的两件式构造允许环绕不能接近自由管端的管材装配所述工具，例如已经安装在流体系统中的管材。定位销246a、246b和配合孔245a、245b可以，但非必需地，设有微小的过盈配合，以允许一旦环绕管筒T的圆周装配好后，半体243a、243b保持连接。两个半体都设有突出的键片240a、240b，所述突出的键片适于对准并插入到螺母188的相应键孔198中，如图21所示。 

为了拧紧或放松圆筒形螺母188，半体243a、243b环绕管筒T连接，且突片240a、240b插到键孔198中。然后六角扳手(未示出)置于六角工具的六角面上，并沿拧紧或放松方向转动以相应地调整螺母188。在完成调整时，六角工具202’就从接头组件移开以防止随后对螺母188的调整。 

选定螺母188的长度使得，当螺母完全旋紧到接头体182中的时候，螺母188的后表面196与接头体182的端部齐平，或者凹入。没有从接头体182突出的标准六角构造。因此，不小心放松或移除螺母188的可能性被减小，因为拆卸接头180的能力限于仅仅那些具有特定键控扳手202的个人。另外，为螺母188上的键孔198提供不同的 位置可允许结合特定扳手制造特定产品(大小等)。 

此外，因为螺母188不从接头体182突出，装配后的接头180就更小。这可有益于非常重视空间的应用，例如汽车应用。最后，在螺母188可允许成本降低的时候，螺母188也是有益的，因为整个螺母可被镀银(用于螺纹192的润滑)而无需为了装饰效果选择性地镀敷螺纹或剥掉六角区域的镀层(用于标准阴螺纹螺母)。因此，通过浸渍整个螺母188可完成镀银。 

图23是以上紧状态示出的本发明的另一示范性接头的半个纵剖面图。在这个实施例中，接头210包括设计上可类似于上文所述实施例的接头体212、螺母216、套圈220和222。然而，在这个实施例中，接头体212包括外部凸轮面224，其在适当上紧时接合螺母216上的锥形面226。外部凸轮面224可位于接头体212的前端228上。螺母216的锥形面226从轴线X远离接头体212向外形成锥形。锥形面226例如可以位于工具接合部(例如六角部230)上。 

图24是以手指拧紧状态示出的本发明的另一示范性接头的半个纵剖面图。在这个实施例中，接头250包括设计上可类似于上文所述实施例的接头体252、螺母256和第一套圈260。然而，在这个实施例中，螺母256包括整体套圈262，所述整体套圈262可以取代第一套圈260，或者，如图24所示，起到第二套圈的作用。选定整体套圈262的几何形状(例如，锥形外表面部分264、圆角部分266和268、鼻部270等)以响应于被驱动进入凸轮面(例如第一套圈260的后部274上的凸轮面272)中的鼻部实现整体套圈的适当的径向向内的铰合作用。在接头中所利用的整体套圈的原理已经公开于国际公布第WO 02/063194A2号，其整体公开内容在此完全引入作为参考。然而，该文件中的公布内容和原理对于本发明来说实质上是示例性的，且不应当理解为限制性的含义。 

图25是以手指拧紧状态示出的本发明的另一示范性接头的半个纵剖面图。在这个实施例中，接头280包括设计上可类似于上文所述实施例的接头体282、螺母286和第一套圈290。然而，在这个实施例中，螺母286包括可分离套圈292，所述可分离套圈292可以取代第一套圈290，或者，如图25所示，起到第二套圈的作用。可分离套圈292通过脆弱的网部294连接到螺母286。在接头280部分上紧 时，可分离套圈292接合凸轮面，例如第一套圈290的后部298上的凸轮面296，并且从螺母286断开或分离。一旦分离，可分离套圈292就起到类似于前述实施例所述套圈的作用。在接头中所利用的可分离套圈的原理已经公开于国际公布第WO 02/063195A2号，其整体公开内容在此完全引入作为参考。然而，该文件中的公布内容和原理对于本发明来说实质上是示例性的，且不应当理解为限制性的含义。 

参考图26和27，夹头螺母组件原理也可与单个套圈的管接头300一起使用。图示的实施例是相似的，除了在图27的实施例中形成夹头套节的内表面是锥形的。从而，在两个实施例中，阴螺纹体302接收阳螺纹体304。螺母304在一端包括由轴向延伸的大致圆筒形的延伸部308形成的夹头306。夹头306从而形成接收套圈312的部分或全部的套节310。套圈312包括锥形前端，其在接头的上紧期间接合锥形凸轮面314，以促使套圈塑性变形为紧密夹持和密封接合管端(未示出)，所述管端接收在阴螺纹体302中并且在底部抵靠沉孔316。套节310由内表面318限定，所述内表面318在图26的实施例中是大致圆筒形的，而在图27的实施例中是锥形的。套圈312可包括如上文所述的成型外表面320，还可包括如上文所述的外表面320和套节310的内表面之间的差角。套圈和夹头螺母可被完全或有选择地表面硬化或者被硬化以用于特殊应用。套圈312还可包括从动面322，其接合夹头306的套节310的驱动面324。套圈从动面322可被成型以便于套圈在最后的上紧期间的变形，使得套圈呈现铰合作用以夹压管端。成型面322可例如是凸起形状。从动面322也能以差角接合驱动面324，使得进一步促进套圈的夹压和铰合。 

图28示出使用工具或心轴400的另一实施例。在这个实施例中，工具400按大小成形以接收并保持阴螺纹体402和关联的前套圈404及后套圈406。该布置也可与单个套圈的设计一起使用。工具400的操作和使用可如图10的实施例的前述内容一样。使用工具400允许制造商为最终使用者提供带有套圈和螺母的螺母套圈组件，所述套圈和螺母已经适当地组合在由零件形成的单个子组件410中，用于安装到具有相关联的阳螺纹体(未示出)的管端上。工具400可包括夹持件408，以允许对工具的更容易的手工抓握，以便在螺母402和套圈已装配到相关主体之后移除所述工具。 

图29A-C和30-39示出图10和11所示类型的工具的附加实施例，其中，所述工具适于提供保护装置，用于在套圈已经至少部分地在管端上拧紧之后保护螺母、套圈和/或管端。通常，使用相应的接头体或具有用于装配螺母的螺纹的预拧紧工具将接头组件的螺母和套圈与管端预组装在一起，以便便于将来管端在接头中的安装，如图32所示。保护装置，例如帽盖或保护罩，可至少部分地覆盖该组件的螺母、套圈和/或管端，在安装在流体系统中之前，所述帽盖或保护罩在组件的存储或运输期间可防止这些部件的表面的损伤或污染。 

本发明揭示的工具可与任何接头一起使用，所述接头包括所要保持在一起用于和管道或其它连接件组装的接头部件，所述接头包括但不限于本申请公开的接头，例如单套圈管接头、双套圈管接头、带有阴螺纹螺母的阳螺纹管接头、以及带有阳螺纹螺母的阴螺纹管接头。 

在图29A、29B、29C和30的示范实施例中，工具500包括头部505，头部505可用于抓住或通过工具夹持，例如钳子。工具500可以是单个塑料元件，但在需要时可以使用其它材料或部件组合。工具的保持部分可以是任何构造的形式，所述构造为将来装配到管端而保持螺母和套圈。在示例中，柔性指杆506a和506b从头部505伸出以形成保持部分或心轴506。指杆506a、506b在其相应的远端可包括凸起的唇缘507a、507b。唇缘507a、507b和头部505限定狭槽或夹头508，夹头螺母16和套圈20、22可安装到所述狭槽或夹头108上，如图30所示。柔性指杆506a、506b在径向上充分地压缩，以允许螺母16以及随后套圈20、22朝头部505移动经过唇缘507a、507b。一旦越过唇缘507a、507b，指杆506a、506b向外快速返回，从而在工具上将套圈20、22和螺母16保持在一起。 

在示范实施例中具有保护部分。保护部分可采取很多种不同的构造。例如，保护部分可适于完全覆盖螺母、套圈和管道端部中的一个或多个，或者保护部分可适于部分地覆盖螺母、套圈和管道端部中的一个或多个，通过防止由于和另一表面的接触引起的损伤或污染，可以为接头部件提供足够的保护。图29A、30、31和32所示的示范实施例的工具500包括一对叉头510a、510b，所述叉头从头部505伸出以形成保护部分510。叉头510a、510b在其相应的远端包括向内的突出部或突片512a、512b。突片512a、512b的位置和尺寸可适于 对准螺母16的外表面中的凹部，例如螺纹槽沟17，或阳螺纹和螺母六角部之间的空间，从而在装配到螺母16时防止保护部分掉落，如图31和32所示。叉头510a、510b可以在相对于保持部分506的任何取向上。例如，在图29A和31的示范实施例中，叉头510a、510b取向为垂直于指杆506a、506b，而在图30的示范实施例中，叉头510a、510b取向为平行于指杆506a、506b。工具500的头部505可形成保护部分510的上表面或覆盖面。在图29A所示的示例中，头部505可设有孔515，孔515被定位以在保护部分510装配在螺母16、套圈20、22和管端T上的时候接收管端T，如图31和32所示。应当注意，保护部分可包括至少部分地围住、覆盖或保护螺母16、套圈20、22和管端T的任何结构，例如帽盖形延伸部510’或插头510”，分别如图29B和29C所示。图29B的工具500’的帽盖形延伸部510’可适于完全覆盖已装配到管端T的螺母16和套圈20、22，并且可在内表面(未示出)设有阴螺纹以用于接合螺母16的阳螺纹。图29C的工具500”的插头510”的大小适于紧贴地装在管孔中，和/或可以被唇缘或凸脊512”围绕，所述唇缘或凸脊512”适于接合或夹持管端T的外径。 

通过前述的图10、11、12A和12B所示的工具103，组件78可插到相应的阴螺纹接头体12的套节中，在组件78在接头体12中手指拧紧安装时，工具500自动脱离组件78，允许工具500被移除且管端T插到组件78中。通过把螺母16拧紧到接头体12中，套圈被固定到管端T，例如如图21所示。为了把螺母和套圈装配到管端T，螺母可被完全拧紧到接头体，类似于接头连接件由接头体构成，或者螺母可仅仅部分地拧紧到接头体，或者不完全上紧，以施加的足够转矩使套圈充分变形以抓握管端T。然后接头体12可从预拧紧的管道组件79拆卸，所述管道组件包括螺母16、套圈20、22和管端T。根据图29A、29B、29C和30-32所示的示范实施例，在准备管道端部以安装在接头中的方法中，第一接头部件或螺母16和一个或多个夹持装置或套圈20、22被保持在工具500的保持部分或心轴506上。通过将螺母16和接头体12拧在一起，螺母16、套圈20、22和保持部分56与第二接头部件或接头体12接合，从而产生单个接头组件。由于螺母16被拧到接头体12中，唇缘507a、507b将接合接头体12内的表面，在这个情况下是第一凸轮面92。组件78和工具500向接头 体12中的进一步的轴向位移促使指杆506a、506b由于抵靠接头体12的凸轮作用而被径向地压缩。夹头螺母组件78和工具500的持续的轴向位移促使指杆506a、506b充分地压缩，以便唇缘507a、507b在尺寸上小于套圈20、22和螺母16的内径。工具500从而自动脱离套圈。在此情况发生时，工具500可容易地从接头螺母组件78和接头体12取出，而套圈被接头体12和螺母16保持住。 

一旦工具已从单个接头组件取出，管道端部可插过螺母16并进入到接头体12中，以用于和螺母16及套圈20、22的装配。通过将螺母16和接头体12拧紧，套圈20、22变形以夹持管道端部T，形成包括螺母16、套圈20、22和管端T的管道组件79。这种拧紧可准备管道端部T、套圈20、22和螺母16用于将来装配到接头体12，或者同一接头体12用于把螺母和套圈固定到管道端部T或不同的接头体12，例如已经安装在流体系统中的接头体12。 

为了保护这个管道组件79，工具500的保护保护部分510可装配在管端T、套圈20、22和/或螺母16上，如图14所示。保护部分510可仅仅部分覆盖管端T、套圈20、22和螺母16中的一个或多个，如图29A所示。或者，保护部分可完全覆盖管端T、套圈20、22和螺母16中的一个或多个，如图29B所示。而且，保护部分可用于堵住管端T以防止污染物进入管道，如图29C所示。图31的示范实施例的突片512a、512b对准螺母16的螺纹沟槽，将叉头510a、510b保持到螺母16的侧面。管道端部T插在孔515中，进一步对准和固定管道组件79上的保护部分510。另外，工具500在保护部分和保持部分之间可设有任何类型的可分离连接部，以允许通过在可分离连接部处分离或分开所述工具，将保持部分与保护部分分离。在示范实施例中，可分离连接部是保护部分510和保持部分506之间的颈状收缩部或凹槽518，其允许通过在凹槽518处折断工具以使保持部分506与保护部分510分离或断开。在其它实施例(未示出)中，这种可分离连接部可包括压紧的、颈状收缩的、或穿孔的横截面、粘合剂或类似的易破裂的连接部、使用紧固件、或螺纹连接件的任何类型(未示出)。通过在螺母16和套圈20、22已经装配到管端T之后将保持部分506与保护部分510分离，加盖的组件可占据更少的空间，使得更易于存储和运输管道组件79。图32示出在保持部分506已经与保护 部分510分离后的加盖的管道组件79的横截面。 

图33-36示出保持工具的示范实施例，所述保持工具构造成与接头组件一起使用，所述接头组件具有阳螺纹接头体和阳螺纹螺母。然而，应当注意，本发明揭示的工具可与任何接头一起使用，所述接头包括所要保持在一起以用于装配的接头部件，所述接头包括但不限于本申请公开的接头，例如单套圈管接头、双套圈管接头、带有阴螺纹螺母的阳螺纹管接头、以及带有阳螺纹螺母的阴螺纹管接头。 

在图33和34的示范实施例中，工具600包括头部605，头部605能用手抓住或者能用简易工具(例如钳子)夹住。工具600可以是单个塑料元件，但是在需要时可以使用其它材料或部件组合。工具的保持部分可以是任何构造的形式，所述构造以预装配的布置保持螺母和套圈。在示例中，柔性指杆606a和606b从头部605伸出以形成保持部分或心轴606。指杆606a、606b在其相应的远端可包括凸起的唇缘607a、607b。唇缘607a、607b和头部605限定狭槽或夹头608，阴螺纹螺母402和套圈404、406可安装到所述狭槽或夹头608上，如图33所示。柔性指杆606a、606b在径向上充分地压缩，以允许螺母402以及随后套圈404、406朝头部605移动经过唇缘607a、607b。一旦越过唇缘607a、607b，指杆606a、606b向外快速返回，从而在工具600上将套圈404、406和螺母402一起保持为单个组件678。 

在示范实施例中具有保护部分，在螺母和套圈已经固定到管道端部形成管道组件之后，所述保护部分可用于保护螺母、套圈和管道端部中的一个或多个。保护部分可采取很多种不同的构造。例如，保护部分可完全覆盖螺母、套圈和管道端部中的一个或多个，或者帽盖可部分地覆盖螺母、套圈和管道端部中的一个或多个，通过防止由于和另一表面的接触引起的损伤或污染，可以为接头部件提供足够的保护。图33和34所示的示范实施例的工具包括一对叉头610a、610b，所述叉头从头部605伸出以形成保护部分610。叉头610a、610b在其相应的远端可包括向内的突出部或突片612a、612b。突片612a、612b的位置和尺寸可适于对准螺母402的外表面中的凹部或台肩，例如阴螺纹螺母六角部417的边缘，从而在装配到螺母402时防止保护部分掉落，如图34所示。工具600的头部605可形成保护部分610的上表面或覆盖面。这样，头部605可设有孔615，孔615被定位以 在保护部分610装配在螺母402、套圈404、406和管端T上的时候接收管端T。 

应当注意，保护部分可包括至少部分地围住、覆盖或保护螺母402、套圈404、406或管端T的任何结构。一种这样的替代性实施例是图35和36所示的工具600’。虽然示范性保持部分606’和图33和34的示范性工具600的示范性保持部分606以相同的方式产生作用，但是示范性保护部分610’是设有阳螺纹部分612’的插头式构造，所述阳螺纹部分612’适于通过螺纹与螺母402的阴螺纹接合。保护部分610’中的套节614’为套圈404提供空隙，而处在套节614’的底部的头部605’中的孔615’被定位以接收管端T。 

与图29A-32的工具500类似，图33-34和35-36的工具600、600’可在相应的保护部分610、610’和保持部分606、606’之间分别设有颈状收缩部或凹槽618、618’，其允许通过在凹槽618、618’处折断工具以使保持部分606、606’与保护部分610、610’分离或断开。只要便于这种折断，这种凹槽618、618’可包括工具600、600’的压紧的、颈状收缩的、或穿孔的横截面的任何类型。或者，工具的保护部分和保持部分可通过其它可分离连接部可分离地连接，例如通过紧固件、粘合剂、断裂片或螺纹连接件(未示出)。通过在螺母402和套圈404、406已经装配到管端T之后将保持部分606、606’与保护部分610、610’断开，加盖的管道组件可占据更少的空间，对于工具600如图34所示，对于工具600’如图36所示，使得更易于存储和运输管道组件。 

图37-39示出接头组件和保持工具的又一实施例。这个示范实施例使用两件式布置，其中，保持部分设置在单独的保持件700A上，保护部分设置在单独的保护件700B上。保持件700A和保护件700B可各自设有对齐端面701A、701B，更易于螺母16和套圈20、22组的存储和叠放。保持件700A的保持部分可以是任何构造的形式，所述构造把螺母16和套圈20、22保持为预装配的布置。在示例中，如图38所示，柔性指杆706a和706b从头部705A伸出以形成保持部分或心轴706。指杆706a、706b在其相应的远端可包括凸起的唇缘707a、707b。唇缘707a、707b和头部705限定狭槽或夹头708，夹头螺母16和套圈20、22可安装到所述狭槽或夹头108上，如图38所示。 柔性指杆706a、706b在径向上充分地压缩，以允许螺母16以及随后套圈20、22朝头部705移动经过唇缘707a、707b。一旦越过唇缘707a、707b，指杆706a、706b向外快速返回，从而在保持件上将套圈20、22和螺母16一起保持为单个组件78。 

本发明的示范实施例的保护部分可采取很多种不同的构造。例如，保护部分可完全覆盖螺母、套圈和管道端部中的一个或多个，或者帽盖可部分地覆盖螺母、套圈和管道端部中的一个或多个，通过防止由于和另一表面的接触引起的损伤或污染，可以为接头部件提供足够的保护。图37-39所示的示范实施例的保护件700B包括一对叉头710a、710b，所述叉头从头部705B伸出以形成保护部分710。叉头710a、710b在其相应的远端可包括向内的突出部或突片712a、712b。突片712a、712b的位置和尺寸可适于对准螺母16的外表面中的凹部，例如螺纹沟槽17，或阳螺纹和螺母六角部之间的空间，从而在装配到螺母16时防止保护部分掉落，如图37-39所示。保护件700B的头部705B可形成保护部分710的上表面或覆盖面。这样，头部705B可设有孔715，孔715被定位以在保护部分710装配在螺母16、套圈20、22和管端T上的时候接收管道端部T，如图39所示。应当注意，保护部分可包括至少部分地围住、覆盖或保护螺母16、套圈20、22和管端T的任何结构，例如帽盖形延伸部或插头(未示出)。利用图29A-32的工具500，在螺母16和套圈20、22已经装配到管端且保护件700B已经装配到管道组件后，可以丢弃保持件700A，如图39所示。在替代实施例中，保持件700A和保护件700B可设置为整体的塑料部件，具有齐平的断裂端以为保持的夹头螺母组件78或加盖的管道组件79维持减小的尺寸。 

本发明已经参照优选实施例进行了描述。在阅读和理解本说明书后，本领域的其他技术人员会想到改进和改造。本发明的意图是包括所有这样的改进和改造，只要所述改进和改造落入所附权利要求或其等价权利要求的范围内。 

Claims (7)

1.一种双套圈接头，用于具有纵轴的管道，所述接头包括：

第一接头部件，包括套圈凸轮面；

第二接头部件，包括驱动面和以角度ε从所述驱动面伸出的锥形壁；和

前套圈，包括圆锥形外表面和凸缘，所述圆锥形外表面向外从所述前套圈的前部向后部形成锥形，所述凸缘从所述圆锥形外表面径向地向外伸出，所述凸缘包括第二圆锥形表面，所述第二圆锥形表面朝所述前套圈的后端以角度μ径向地向内形成锥形，其中所述角度μ大于所述角度ε，从而当所述接头处于手指拧紧状态时，在所述锥形壁与所述第二圆锥形表面之间形成差角；

设置在所述第二接头部件的所述驱动面与所述前套圈之间的后套圈；

其中，当所述接头被上紧时，所述前套圈的第二圆锥形表面在更大的表面积上接触所述第二接头部件的锥形壁。

2.根据权利要求1所述的接头，其特征在于：在所述接头被上紧之后，所述第二圆锥形表面提供承重表面。

3.根据权利要求1所述的接头，其特征在于：所述第二接头部件是阳螺纹螺母。

4.根据权利要求1所述的接头，其特征在于：所述第二接头部件的所述锥形壁是截头圆锥形的。

5.根据权利要求1所述的接头，其特征在于：所述前套圈是低温渗碳的。

6.根据权利要求1所述的接头，其特征在于：所述管道包含双相不锈钢。

7.根据权利要求1所述的接头，其特征在于：所述管道包含双相不锈钢且所述前套圈是低温渗碳的。

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