CN101649935B - 一种圆弧螺纹牙型 - Google Patents
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Abstract
一种圆弧螺纹牙型是既适合切削成型螺纹，更适合采用管子的壁厚等于螺纹槽底壁厚的金属管子采用滚轧工艺成型螺纹。该种牙型不但是一种能彻底解决管道工作温差应力造成管子的螺纹接口管子被拉伸返松渗漏的问题的新颖牙型，而且还创造了令螺纹接口管子材料利用率达100％的应用性强的牙型。同时由于这种接口承受外力的强度与管子相等，因此该种牙型对安全推广薄壁金属管有着非常重要的意义。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种管子，特别是输送液体介质管子的连接。
背景技术
输送液体介质的管子要依靠可靠的连接才能正常工作，而螺纹接口连接是管子连接最方便和最常用的连接方法。
目前公知的管子接口连接的螺纹有60°和55°的三角形螺纹牙型。该种螺纹牙型由于是采用切削成型的加工方法来制造，所以管子的壁厚必须增加切削螺纹深度的厚度。这不但造成管子材料的有效利用率很低的严重浪费现象(例如根据国标3/4寸水、煤气输送钢管的外径是26.75毫米，螺纹沟槽底径是24.12毫米，当管子壁厚为2.2毫米时，螺纹沟槽底的壁厚就只有[24.12-(26.75-2×2.2)]÷2＝0.89毫米，这就是钢管的有效厚度，所以钢管的有效壁厚利用率只有0.89÷2.2×100％＝40％)，而且这种切削成型螺纹的方法还会因螺纹槽底壁厚与管子壁厚相差较大而产生螺纹接口工作温差轴力放大效应，令管子螺纹接口被拉伸返松出现渗漏的现象。例如管子的外径和管壁有效厚度如上例，则钢管的壁厚横截面积为(26.75-2.2)×π×2.2＝169.7mm2，钢管螺纹沟槽底壁厚的横截面积为(24.12-0.89)×π×0.89＝64.95mm2，当管道工作温差为35℃时，钢管产生的温差应力为±αEgΔt＝1.2×10-5×2.06×105×35＝±86.5MPa(式中：α-碳钢线胀系数，取1.2×10-5mm/mm·℃；Δt-工作温差，取35℃；Eg-材料弹性模量，取2.06×105MPa)，钢管在这温差应力作用下产生的轴向拉伸力达到167.9×86.5＝14.7kN，则钢管螺纹接口的螺纹沟槽底管壁承受的应力达到14.7÷64.95＝226MPa，大于碳钢材料的屈服极限，令螺纹接口的螺纹沟槽被拉伸变形，造成螺纹接口返松渗漏。同时，钢管这种三角形的螺纹牙型的配合，在螺纹牙顶和牙底都存在间隙，所以这种螺纹连接必须填充填充物才能达到螺纹接口的密封效果。
因此，减少螺纹沟槽的深度或令管子的壁厚等于螺纹沟槽底管壁厚度，不但可以节约管子的材料，而且还能彻底解决管子螺纹接口在管子工作温差轴力放大效应作用下被拉伸变形，造成螺纹接口出现渗漏的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种既可消除管子螺纹接口被管子工作温差轴力放大效应拉伸破坏及极易令薄壁金属管子采用滚轧工艺成为管材利用率达到100％的螺纹接口管子的新颖牙型。
本发明的圆弧螺纹牙型(见图1)是由相互相切的上牙顶圆弧5、下牙底圆弧6组成，由于上、下牙圆弧的弧径相同及内外螺纹接口都具有1∶16的锥度，所以当内、外螺纹接口旋紧后，其接口的接触面形成一条上、下弯曲的接触面弧线8，从而避免了三角螺纹牙型存在的牙顶和牙底尖角形成的间隙，因此密封性能很好。由于上牙顶与下牙底圆弧螺纹相切点切线夹角9等于60°时，其螺纹高度12等于0.289P(P为螺纹的螺距)比60°三角螺纹牙型的螺纹高度(0.8P)减少64％的螺纹沟槽深度，所以不但减少管子预留切削螺纹深度的加工余量，达到节约材料的效果。同时，由于减少了管子壁厚与螺纹槽底壁厚的差距，所以彻底解决了管子螺纹接口被管子工作温差轴力放大效应拉伸变形，出现接口返松渗漏的问题。而且，由于这种牙型呈上、下弯曲的圆弧线，所以极易令管壁厚度等于螺纹沟槽底壁厚的薄壁管采用滚轧工艺成型螺纹，成为管子材料利用率100％的螺纹接口管子。并且，该种螺纹的接口是依靠内外螺纹的相互啮入，来承受外力，所以其螺纹接口可承受管子许用的拉伸强度，从而解决了目前薄壁金属管子存在连接强度低(如GB/T19228.1-2003《不锈钢卡压式管件》的第7.5条规定管子接口所承受的抗拉拔力的国家标准，只能承受管道在13℃工作温差产生的拉拔力，而我国普遍的年温差都大于25℃)，制约薄壁金属管子安全应用的问题。
本发明不但创造了无需切削就能方便薄壁管采用滚轧工艺成型螺纹接口的新颖牙型，令管子和管件都可成为管材利用率100％的螺纹接口，而且还创造了管子接口承受外力的强度与管子相等的新颖圆弧螺纹接口薄壁金属管子，为安全可靠推广薄壁金属管子创造有利条件。
附图说明
图1、圆弧螺纹牙型内外螺纹接口
1、外螺纹接口管；2、内螺纹接口管；3、管子壁厚；4、螺纹沟槽底壁厚t；5、上牙顶圆弧；6、下牙底圆弧；7、上下牙型圆弧相切点；8、内外螺纹接口管接触面弧线；9、上牙顶与下牙底圆弧相切点切线夹角α；10、内外螺纹接口锥度；11、上下牙型圆弧半径R；12、牙型高度H；13螺距P
具体实施方式
一种圆弧螺纹牙型是由相互相切并圆弧径相等的上牙顶圆弧5与下牙底圆弧6组成。当螺距13为P、相切点7的切线夹角9为α时，其上下圆弧半径11R小于或等于0.25R/cos α/2、牙型高度12H小于或等于0.5P(1/cosα/2-tgα/2)。当同规格的内外圆弧牙型接口管1、2相互旋紧后，由于内外圆弧牙型接口管都具有相同的圆锥度10及相等的弧径11和相等的牙型高度12，所以其内外牙型的接触面形成一条上下弯曲的圆弧连线8，避免了传统三角形螺纹牙顶和牙底尖角形成的间隙。由于这种牙型的牙顶和牙底都呈圆弧，所以方便管子壁厚3等于螺纹沟槽底壁厚4的薄壁金属管采用滚轧工艺令管壁产生上下弯曲的塑性变形，成为上下都具有圆弧的螺纹牙型。薄壁管子、管件应用这种牙型时，其壁厚3可根据管子强度来选取(即不需预留加工螺纹深度的余量)，其螺距P应大于或等于4tcosα/2。该种牙型可以是管子和管件的内外螺纹接口牙型，其牙型加工可以是切削或滚轧成型。
Claims (2)
1.一种圆弧螺纹牙型，其特征是：
由弧径相等且相切的上牙顶圆弧与下牙底圆弧组成；
内外圆弧螺纹牙型的接触面形成一条上下弯曲的圆弧连线；
当螺距为P、上牙顶圆弧与下牙底圆弧相切点的切线夹角为α时，其上牙顶与下牙底圆弧的半径R小于或等于0.25P/cosα/2；
圆弧螺纹牙型的高度H小于或等于0.5P(1/cosα/2-tgα/2)。
2.根据权利要求1所述的一种圆弧螺纹牙型，其特征是采用壁厚为t的薄壁管使用滚轧工艺成型圆弧螺纹牙型时，其圆弧螺纹牙型的螺距P应大于或等于4t cosα/2。
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