CN110114606B - 钢管用螺纹接头 - Google Patents

Abstract

提供一种能够在确保紧固完成后的较高的密封性能的同时抑制紧固过程中的各密封面的粘扣的钢管用螺纹接头。公扣(10)具有包含公扣锥形引导面(112a)的管口部(112)和包含锥面(113a)的公扣密封面(113)。母扣(20)具有包含母扣锥形引导面(22a)的管口承接部(22)、包含锥面(23a)的母扣密封面(23)以及缓冲面(24)。锥面(113a、23a)的锥角具有比各锥形引导面(112a、22a)的锥角大的第2锥角。螺纹接头(1)以满足Dp2＞Db2＞Dp1和Lb2＞Lp2的方式构成。母扣锥形引导面(22a)与锥面(23a)之间的缓冲面(24)具有0.75mm以上的长度，配置于比假想面(V)靠径向外侧的位置。

Description

钢管用螺纹接头

技术领域

本公开涉及一种钢管用螺纹接头。

背景技术

例如，在油井、天然气井等(以下也统称为“油井”)的勘探或生产、油砂、页岩气等非常规型资源的开发、二氧化碳的回收、储存(CCS(Carbon dioxide Capture andStorage))、地热发电或温泉等中，使用被称为油井管的钢管。钢管彼此之间的连结使用螺纹接头。

钢管用螺纹接头的形式大致被分为组合型和整体型。在组合型的情况下，在作为连结对象的一对管材中，一个管材是钢管，另一个管材是管接头。在该情况下，在钢管的两端部的外周形成有外螺纹部，在管接头的两端部的内周形成有内螺纹部。并且，通过将钢管的外螺纹部拧入管接头的内螺纹部而将两者紧固并连结在一起。在整体型的情况下，作为连结对象的一对管材均是钢管，不使用另外的管接头。在该情况下，在钢管的一端部的外周形成有外螺纹部，在另一端部的内周形成有内螺纹部。并且，通过将一个钢管的外螺纹部拧入另一个钢管的内螺纹部而将两者紧固并连结在一起。

通常，形成有外螺纹部的管端部的接头部分包含插入内螺纹部的要素，因此被称为公扣。另一方面，形成有内螺纹部的管端部的接头部分包含承接外螺纹部的要素，因此被称为母扣。上述的公扣和母扣是管材的端部，因此均呈管状。

对于钢管用螺纹接头而言，要求针对来自内部的压力流体(以下也称为“内压”)和来自外部的压力流体(以下也称为“外压”)的优异的密封性能。因此，在螺纹接头设有基于金属-金属接触的密封部。基于金属-金属接触的密封部由公扣密封面和具有比公扣密封面的直径稍小的直径的母扣密封面构成。若将螺纹接头紧固而将密封面彼此嵌合，则因公扣密封面的直径与母扣密封面的直径之差即干涉量而产生公扣密封面的缩径和母扣密封面的扩径。在这些密封面分别欲恢复为原来的直径的弹性恢复力的作用下，在密封面产生接触压力而整周密合，发挥密封性能。

在螺纹接头中，存在具有被称为管口部的构造以进一步提高密封部的密封性能的螺纹接头。管口部在公扣的顶端部与公扣密封面相邻地设置。管口部与母扣不干涉，因此放大公扣密封面的弹性恢复力。密封面彼此之间的密合力被管口部放大，因此密封部的密封性能提高。

在国际公开第2009/060552和日本特表2012-506000号公报中公开了在公扣台肩面与公扣密封面之间设有管口部的钢管用螺纹接头。在该螺纹接头中，在公扣的管口部的外周面和母扣的内周面中的与管口部相对应的部分存在在紧固状态下相互不接触的非接触区域。各非接触区域由锥面或圆筒面构成。

在日本特表2013-524116号公报中公开了公扣密封面和母扣密封面由曲率不同的曲面构成的钢管用螺纹接头。在该螺纹接头中，分别与公扣密封面和母扣密封面连续地设有锥面。

发明内容

在将螺纹接头紧固而使密封面彼此嵌合时，管口部放大密封面彼此之间的密合力而提高密封性能。然而，在紧固过程中，有可能因管口部放大密合力(接触力)而在各密封面产生粘扣。

本公开的目的在于，提供一种能够在确保紧固完成后的较高的密封性能的同时抑制紧固过程中的各密封面的粘扣的钢管用螺纹接头。

本公开涉及一种钢管用螺纹接头。螺纹接头包括管状的公扣和管状的母扣。公扣连接于钢管主体。母扣供公扣插入而与公扣紧固在一起。公扣具有公扣唇部和外螺纹部。公扣唇部构成公扣的顶端部。外螺纹部在公扣的外周设于比公扣唇部靠钢管主体侧的位置。外螺纹部由锥螺纹构成。公扣唇部具有第1公扣台肩面、管口部以及第1公扣密封面。第1公扣台肩面设于公扣的顶端。管口部设于比第1公扣台肩面靠外螺纹部侧的位置。管口部在外周面具有公扣锥形引导面。公扣锥形引导面随着朝向公扣的顶端去而直径变小。第1公扣密封面在公扣唇部的外周面设于比管口部靠外螺纹部侧的位置。第1公扣密封面包含随着朝向公扣的顶端去而直径变小的锥面。母扣具有第1母扣台肩面、管口承接部、第1母扣密封面、缓冲面以及内螺纹部。第1母扣台肩面与第1公扣台肩面相对应地设于母扣的里端。第1母扣台肩面在紧固状态下与第1公扣台肩面接触。管口承接部与管口部相对应地设置。管口承接部在内周面具有母扣锥形引导面。母扣锥形引导面随着朝向母扣的里端去而直径变小。第1母扣密封面与第1公扣密封面相对应地设于母扣的内周面。第1母扣密封面包含随着朝向母扣的里端去而直径变小的锥面。第1母扣密封面在紧固状态下与第1公扣密封面接触。缓冲面在母扣的内周面设于母扣锥形引导面与第1母扣密封面的锥面之间。内螺纹部与外螺纹部相对应地设于母扣的内周。内螺纹部由锥螺纹构成。公扣锥形引导面和母扣锥形引导面分别具有第1锥角。第1公扣密封面和第1母扣密封面的锥面分别具有第2锥角。第2锥角比第1锥角大。在非紧固状态下，在将所述公扣锥形引导面的靠所述公扣的顶端侧的端部的直径设为Dp1，将所述公扣锥形引导面的延长面与第1公扣密封面的锥面的延长面的交线的直径设为Dp2，将从公扣的顶端到公扣锥形引导面的延长面与第1公扣密封面的锥面的延长面的交线的在螺纹接头的管轴线方向上的长度设为Lp2，将母扣锥形引导面的延长面与第1母扣密封面的锥面的延长面的交线的直径设为Db2，将从母扣的里端到母扣锥形引导面的延长面与第1母扣密封面的锥面的延长面的交线的管轴线方向上的长度设为Lb2时，满足以下的式(1)和式(2)。

Dp2＞Db2＞Dp1 (1)

Lb2＞Lp2 (2)

缓冲面在管轴线方向上具有0.75mm以上的长度。缓冲部在螺纹接头的径向上配置于比假想面靠外侧的位置。假想面由母扣锥形引导面的延长面和第1母扣密封面的延长面构成。

根据本公开的钢管用螺纹接头，能够在确保紧固完成后的较高的密封性能的同时抑制紧固过程中的各密封面的粘扣。

附图说明

图1是表示第1实施方式的组合型的钢管用螺纹接头的概略结构的纵剖视图。

图2是表示第1实施方式的整体型的钢管用螺纹接头的概略结构的纵剖视图。

图3是非紧固状态下的上述螺纹接头的管轴线方向上的内端部的放大图。

图4是紧固过程中的上述螺纹接头的管轴线方向上的内端部的放大图。

图5是紧固完成时的上述螺纹接头的管轴线方向上的内端部的放大图。

图6是用于说明上述螺纹接头的缓冲面的形状的图。

图7是用于说明上述螺纹接头的缓冲面的另一形状的图。

图8是用于说明上述螺纹接头的缓冲面的又一形状的图。

图9是表示第2实施方式的钢管用螺纹接头的概略结构的纵剖视图。

图10是表示第3实施方式的钢管用螺纹接头的概略结构的纵剖视图。

图11是表示第4实施方式的钢管用螺纹接头的概略结构的纵剖视图。

具体实施方式

如上所述，管口部提高密封部的密封性能。管口部具有提高公扣的顶端部(公扣唇部)的针对变形的刚度的作用。利用管口部的该作用，能够提高密封面彼此之间的接触表面压力，另外，即使在施加了复合载荷而在台肩部及其附近部分产生了微小的塑性变形的情况下，也能够维持稳定的接触表面压力。

管口部能够确保优异的密封性能，另一方面，也可能成为在螺纹接头的紧固过程中在各密封面产生粘扣的主要原因。其原因在于，根据管口部的提高密封面彼此之间的接触表面压力的功能，在紧固过程中密封面彼此之间滑动时也会提高密封面彼此之间的接触表面压力。

作为紧固过程中的粘扣的产生主要原因，还能够列举出公扣密封面与母扣密封面的偏向接触。即，在紧固过程中，若公扣密封面与母扣密封面在螺纹部未完全紧固而存在游隙的阶段开始接触，则存在公扣密封面和母扣密封面未在整周的范围内均匀地接触而在偏向接触的同时滑动的情况。在该情况下，在各密封面中的产生了偏向接触的部分产生粘扣的可能性较高。即使不至于产生粘扣，也有可能在各密封面产生划痕等损伤，导致密封性能的降低。

为了防止各密封面的粘扣，考虑利用例如镀铜或镀铜-锡-锌等耐粘扣性优异的表面处理。然而，这些表面处理存在成本较高、生产率较低这样的问题。

为了防止各密封面的粘扣，也考虑利用润滑剂。作为耐粘扣性优异的润滑剂，例如，能够列举出含有重金属的API(American Petroleum Institute)标准的螺纹脂(API标准涂料)等。然而，近年，考虑到环境，有时要求利用不含有重金属的螺纹脂(黄色涂料)。黄色涂料的耐粘扣性通常比API标准涂料的耐粘扣性差。由此，需要利用润滑剂以外的技术确保耐粘扣性。

本发明人等鉴于以上的状况，研究了一方面能够排除紧固过程中的粘扣的主要原因而另一方面在紧固完成后能够享受管口部的确保较高的密封性能的优点的方法。以下，具体地说明。

本发明人等考虑到，在公扣和母扣分别设置锥形引导面，在密封面彼此之间开始滑动之前使锥形引导面彼此之间干涉而滑动。由此，在密封面彼此之间开始滑动之前，使公扣的管轴线与母扣的管轴线一致。由此，能够防止公扣密封面和母扣密封面在偏向接触的状态下滑动。另外，能够使密封面彼此之间滑动的距离与公扣锥形引导面的直径与母扣锥形引导面的直径之差(干涉量)相对应地缩短。因而，抑制了各密封面的粘扣的产生。

锥形引导面彼此之间在紧固过程中滑动，但在紧固完成后不接触。在紧固状态下，公扣锥形引导面与母扣锥形引导面隔开间隙地相对。因此，在紧固状态下，利用锥形引导面即管口部提高密封面彼此之间的接触压力，发挥优异的密封性能。

然而，在向公扣和母扣分别导入了锥形引导面的情况下，在紧固过程中，母扣锥形引导面与母扣密封面之间的分界部分会在强有力地按压于公扣锥形引导面的状态下滑动。因此，该分界部分的接触表面压力升高，即使不至于产生粘扣，也有可能产生表面的磨损损伤或塑性变形。若该损伤或变形波及母扣密封面的区域，则公扣密封面损耗。其结果，存在产生粘扣，或者密封性能，特别是针对外压的密封性能降低的可能性。

本发明人等为了应对上述的问题，在母扣锥形引导面与母扣密封面之间设置缓冲面。即，通过在母扣锥形引导面与母扣密封面之间的分界部分形成缓冲面而使母扣密封面远离母扣锥形引导面。由此，能够防止母扣锥形引导面的端部的损伤或变形波及母扣密封面。

实施方式的钢管用螺纹接头是基于以上的见解而完成的。

实施方式的钢管用螺纹接头包括管状的公扣和管状的母扣。公扣连接于钢管主体。母扣供公扣插入而与公扣紧固在一起。公扣具有公扣唇部和外螺纹部。公扣唇部构成公扣的顶端部。外螺纹部在公扣的外周设于比公扣唇部靠钢管主体侧的位置。外螺纹部由锥螺纹构成。公扣唇部具有第1公扣台肩面、管口部以及第1公扣密封面。第1公扣台肩面设于公扣的顶端。管口部设于比第1公扣台肩面靠外螺纹部侧的位置。管口部在外周面具有公扣锥形引导面。公扣锥形引导面随着朝向公扣的顶端去而直径变小。第1公扣密封面在公扣唇部的外周面设于比管口部靠外螺纹部侧的位置。第1公扣密封面包含随着朝向公扣的顶端去而直径变小的锥面。母扣具有第1母扣台肩面、管口承接部、第1母扣密封面、缓冲面以及内螺纹部。第1母扣台肩面与第1公扣台肩面相对应地设于母扣的里端。第1母扣台肩面在紧固状态下与第1公扣台肩面接触。管口承接部与管口部相对应地设置。管口承接部在内周面具有母扣锥形引导面。母扣锥形引导面随着朝向母扣的里端去而直径变小。第1母扣密封面与第1公扣密封面相对应地设于母扣的内周面。第1母扣密封面包含随着朝向母扣的里端去而直径变小的锥面。第1母扣密封面在紧固状态下与第1公扣密封面接触。缓冲面在母扣的内周面设于母扣锥形引导面与第1母扣密封面的锥面之间。内螺纹部与外螺纹部相对应地设于母扣的内周。内螺纹部由锥螺纹构成。公扣锥形引导面和母扣锥形引导面分别具有第1锥角。第1公扣密封面和第1母扣密封面的锥面分别具有第2锥角。第2锥角比第1锥角大。在非紧固状态下，在将所述公扣锥形引导面的靠所述公扣的顶端侧的端部的直径设为Dp1，将所述公扣锥形引导面的延长面与第1公扣密封面的锥面的延长面的交线的直径设为Dp2，将从公扣的顶端到公扣锥形引导面的延长面与第1公扣密封面的锥面的延长面的交线的在螺纹接头的管轴线方向上的长度设为Lp2，将母扣锥形引导面的延长面与第1母扣密封面的锥面的延长面的交线的直径设为Db2，将从母扣的里端到母扣锥形引导面的延长面与第1母扣密封面的锥面的延长面的交线的管轴线方向上的长度设为Lb2时，满足以下的式(1)和式(2)。

Dp2＞Db2＞Dp1 (1)

Lb2＞Lp2 (2)

缓冲面在管轴线方向上具有0.75mm以上的长度。缓冲部在螺纹接头的径向上配置于比假想面靠外侧的位置。假想面由母扣锥形引导面的延长面和第1母扣密封面的延长面构成。

在上述实施方式中，以各密封面所包含的锥面的锥角比各锥形引导面的锥角大且满足上述式(1)和式(2)的方式构成各锥形引导面。由此，在密封面彼此之间开始滑动之前，锥形引导面彼此之间干涉而使公扣的管轴线与母扣的管轴线一致。因此，能够防止密封面彼此之间的偏向接触。另外，能够使密封面彼此之间滑动的距离与锥形引导面的干涉量相对应地缩短。由此，能够防止紧固过程中的各密封面的粘扣。

在上述实施方式中，缓冲面介于母扣锥形引导面与母扣密封面之间。由此，母扣密封面与母扣锥形引导面分开。因此，即使在紧固过程中母扣锥形引导面损伤或变形，也能够防止该损伤或变形波及母扣密封面。由此，能够防止母扣密封面对公扣密封面的损耗，能够抑制粘扣的产生。

在上述实施方式中，通过满足上述式(1)和式(2)，从而在紧固完成后，使公扣锥形引导面与母扣锥形引导面隔开间隙地相对。由此，在紧固状态下，利用公扣锥形引导面放大公扣密封面的弹性恢复力，提高密封面彼此之间的接触表面压力。因此，能够确保较高的密封性能。

这样，根据上述实施方式，能够在确保紧固完成后的较高的密封性能的同时抑制紧固过程中的各密封面的粘扣。

也可以是，上述第1公扣台肩面包含公扣主台肩面和公扣副台肩面。公扣副台肩面配置于公扣主台肩面的外周侧。也可以是，上述第1母扣台肩面包含母扣主台肩面和母扣副台肩面。母扣主台肩面与公扣主台肩面相对应地设置。母扣主台肩面在紧固状态下与公扣主台肩面接触。母扣副台肩面与公扣副台肩面相对应地设置。母扣副台肩面在紧固状态下能够与公扣副台肩面接触。不过，也可以是，公扣副台肩面和母扣副台肩面在紧固状态下相互不接触。

也可以是，上述公扣还具有第2公扣密封面。第2公扣密封面在公扣的外周面设于管轴线方向上的中央部或钢管主体侧的端部。也可以是，上述母扣还具有第2母扣密封面。第2母扣密封面与第2公扣密封面相对应地设于母扣的内周面。第2母扣密封面在紧固状态下与第2公扣密封面接触。

也可以是，上述公扣还具有第2公扣台肩面。也可以是，上述母扣还具有第2母扣台肩面。第2公扣台肩面设于管轴线方向上的中央部或钢管主体侧的端部。第2公扣台肩面与管轴线方向交叉。第2母扣台肩面与第2公扣台肩面相对应地配置。第2母扣台肩面在紧固状态下与第2公扣台肩面接触。

也可以是，上述第1公扣密封面和上述第1母扣密封面中的至少一者还包含曲面。该曲面与锥面连续地设置。该曲面具有1种以上的曲率。

也可以是，上述缓冲面包含曲面。该曲面分别与母扣锥形引导面和第1母扣密封面连续地设置。该曲面具有1种以上的曲率。

也可以是，上述缓冲面在管轴线方向上具有2mm以下的长度。

以下，参照附图，具体地说明实施方式。对图中相同和相当的结构标注相同的附图标记，不重复相同的说明。为了便于说明，在各图中，有时将结构简化或示意化地表示，或者省略一部分结构地表示。

＜第1实施方式＞

[螺纹接头的结构]

(整体结构)

图1和图2分别是表示第1实施方式的钢管用螺纹接头1A、1B的概略结构的纵剖视图。图1所示的螺纹接头1A是组合型的螺纹接头。图2所示的螺纹接头1B是整体型的螺纹接头。在以下的说明中，在不特别区分螺纹接头1A、1B时，统称为螺纹接头1。

如图1和图2所示，螺纹接头1包括管状的公扣10和管状的母扣20。将公扣10插入母扣20而将公扣10和母扣20紧固在一起。

公扣10连接于钢管主体。钢管主体是指包含公扣10的钢管中的未插入母扣20的部分。以下，为了便于说明，在螺纹接头1的管轴线方向上，有时将公扣10的顶端侧称为内侧或前侧，将钢管主体侧称为外侧或后侧。

公扣10包括公扣唇部11和外螺纹部12。公扣唇部11构成公扣的顶端部。外螺纹部12配置于比公扣唇部11靠钢管主体侧的位置。

公扣唇部11包含公扣台肩面111、管口部112以及公扣密封面113。公扣台肩面111、管口部112以及公扣密封面113从管轴线方向上的内侧朝向外侧依次配置。

公扣台肩面111设于公扣10的顶端。公扣台肩面111也可以包含后述的公扣主台肩面和公扣副台肩面。

管口部112设于比公扣台肩面111靠外螺纹部12侧的位置。管口部112在外周面具有公扣锥形引导面112a。公扣锥形引导面112a是随着朝向公扣10的顶端去而直径变小的锥面。即，公扣锥形引导面112a由以管轴线CL为轴心的圆锥台的侧面构成。

公扣密封面113设于比管口部112靠外螺纹部12侧的位置。公扣密封面113包含随着朝向公扣10的顶端去而直径变小的锥面。关于公扣密封面113的锥面，在后文详细地说明。

外螺纹部12在管轴线方向上配置于公扣唇部11的外侧。外螺纹部12设于公扣10的外周。外螺纹部12由锥螺纹构成。

母扣20包括母扣台肩面21、管口承接部22、母扣密封面23、缓冲面24以及内螺纹部25。

母扣台肩面21与公扣台肩面111相对应地设于母扣20的里端。母扣台肩面21在紧固状态下与公扣台肩面111接触，与公扣台肩面111一起形成台肩部。公扣台肩面111和母扣台肩面21承担用于限制公扣10的拧入的止挡件的作用。公扣台肩面111和母扣台肩面21在接头内部承担产生螺纹的紧固轴向力的作用。

管口承接部22与公扣10的管口部112相对应地设于母扣20。管口承接部22在管轴线方向上设于比母扣台肩面21靠外侧的位置。管口承接部22在内周面具有母扣锥形引导面22a。

母扣锥形引导面22a是随着朝向母扣20的里端去而直径变小的锥面。即，母扣锥形引导面22a由以管轴线CL为轴心的圆锥台的内侧面构成。

母扣锥形引导面22a和公扣锥形引导面112a具有干涉量。在将公扣10和母扣20紧固在一起的期间，母扣锥形引导面22a与公扣锥形引导面112a接触。在紧固完成后，母扣锥形引导面22a与公扣锥形引导面112a不接触。

母扣密封面23在管轴线方向上配置于比管口承接部22靠外侧的位置。母扣密封面23与公扣密封面113相对应地设于母扣20的内周面。母扣密封面23和公扣密封面113具有干涉量。公扣密封面113和母扣密封面23在紧固状态下嵌合密合而成为过盈配合的状态。公扣密封面113和母扣密封面23在紧固状态下形成基于金属-金属接触的密封部。

缓冲面24设于母扣20的内周面。缓冲面24在母扣20的内周面构成母扣锥形引导面22a与母扣密封面23之间的分界部分。

内螺纹部25与外螺纹部12相对应地设于母扣20的内周。内螺纹部25由能够与构成外螺纹部12的锥螺纹啮合的锥螺纹构成。在紧固状态下，内螺纹部25与外螺纹部12一起形成螺纹部。螺纹部优选为单线螺纹或双线螺纹。

图2所示的螺纹接头1B的公扣10还包括公扣密封面13。公扣密封面13在公扣10的钢管主体侧的端部设于公扣10的外周面。

螺纹接头1B的母扣20还与公扣密封面13相对应地具备母扣密封面26。公扣密封面13和母扣密封面26具有干涉量。因此，公扣密封面13和母扣密封面26在紧固状态下嵌合密合而成为过盈配合的状态。公扣密封面13和母扣密封面26在紧固状态下形成基于金属-金属接触的密封部。

(螺纹接头的内端部的结构)

图3是图1和图2所示的螺纹接头1的管轴线方向上的内端部的放大图。

如图3所示，在本实施方式中，公扣台肩面111包含公扣主台肩面111a和公扣副台肩面111b。母扣台肩面21包含母扣主台肩面21a和母扣副台肩面21b。

公扣主台肩面111a是与螺纹接头1的管轴线方向交叉的环状面。在本实施方式中，公扣主台肩面111a以外周部位于比内周部靠管轴线方向上的内侧的位置的方式倾倒。

公扣副台肩面111b是设于公扣主台肩面111a的外周侧的环状面。公扣副台肩面111b与螺纹接头1的径向交叉。公扣副台肩面111b具有与公扣主台肩面111a的倾斜相反的倾斜。即，公扣副台肩面111b以外周部位于比内周部靠管轴线方向上的外侧的位置的方式倾倒。

母扣主台肩面21a和母扣副台肩面21b是分别与公扣主台肩面111a和公扣副台肩面111b相对应地设于母扣20的环状面。母扣主台肩面21a与公扣主台肩面111a相对应地以外周部位于比内周部靠管轴线方向上的内侧的位置的方式倾倒。母扣副台肩面21b具有与母扣主台肩面21a的倾斜相反的倾斜。母扣副台肩面21b与公扣副台肩面111b相对应地以外周部位于比内周部靠管轴线方向上的外侧的位置的方式倾倒。

公扣主台肩面111a和母扣主台肩面21a在紧固状态下相互接触。另一方面，公扣副台肩面111b和母扣副台肩面21b构成为在紧固状态下能够接触，但在通常的紧固状态下也可以不接触。公扣副台肩面111b和母扣副台肩面21b例如能够在对螺纹接头1作用了较高的压缩载荷或施加了过大的紧固转矩的情况下相互接触。公扣副台肩面111b与母扣副台肩面21b接触，从而抑制公扣唇部11的扩径变形。

公扣台肩面111也可以不具有公扣副台肩面111b。在该情况下，母扣台肩面21也不具有母扣副台肩面21b。

公扣密封面113包含锥面113a。锥面113a随着朝向公扣10的顶端去而直径变小。即，锥面113a由以管轴线CL为轴心的圆锥台的侧面构成。在非紧固状态下，锥面113a具有比公扣锥形引导面112a的锥角大的锥角。

优选的是，公扣密封面113的锥面113a经由具有1种以上的曲率的曲面而与公扣锥形引导面112a连接。同样，优选的是，在锥面113a与外螺纹部12(图1和图2)之间设有具有1种以上的曲率的曲面。在该情况下，公扣密封面113的管轴线方向上的两端部由曲面构成。具有1种以上的曲率的曲面是指由从观察公扣10的由包含管轴线CL的平面切断而得到的截面(纵截面)时的圆弧、椭圆弧以及抛物线这3种曲线中选择的1种以上的曲线构成的面。不过，公扣密封面113也可以仅由锥面113a构成。

母扣密封面23包含锥面23a。锥面23a随着朝向母扣20的里端去而直径变小。即，锥面23a由以管轴线CL为轴心的圆锥台的侧面构成。在非紧固状态下，锥面23a的锥角与公扣密封面113的锥面113a的锥角相等，比母扣锥形引导面22a的锥角大。在非紧固状态下，母扣锥形引导面22a的锥角与公扣锥形引导面112a的锥角相等。

锥面113a、23a的锥角优选为比公扣锥形引导面112a和母扣锥形引导面22a的锥角大2°～25°，更优选为比公扣锥形引导面112a和母扣锥形引导面22a的锥角大3°～15°。

缓冲面24设于母扣锥形引导面22a与母扣密封面23的锥面23a之间。缓冲面24的长度为0.75mm以上。缓冲面24的长度优选为2mm以下。缓冲面24的长度是从母扣锥形引导面22a的后端到锥面23a的前端的管轴线方向上的距离。

缓冲面24在母扣20的径向上配置于比假想面V靠外侧的位置。假想面V由延长面V1、V2构成。延长面V1是将母扣锥形引导面22a向母扣密封面23侧延长而得到的假想面。延长面V2是将母扣密封面23的锥面23a向母扣锥形引导面22a侧延长而得到的假想面。当在管轴线方向上的相同位置比较缓冲面24的直径和假想面V的直径时，缓冲面24的直径始终比假想面V的直径大。关于缓冲面24的详细结构见后述。

在图3中，用Dp1表示公扣锥形引导面112a的靠公扣10的顶端侧的端部(前端部)的直径，用Dp2表示将公扣锥形引导面112a向公扣密封面113侧延长而得到的延长面与将公扣密封面113的锥面113a向公扣锥形引导面112a侧延长而得到的延长面的交线Xp的直径。Lp1是从公扣10的顶端到公扣锥形引导面112a的前端的管轴线方向上的长度，Lp2是从公扣10的顶端到交线Xp的管轴线方向上的长度。其中，在图3中，省略公扣锥形引导面112a与锥面113a之间的曲面地表示，因此将公扣锥形引导面112a与锥面113a之间的分界设为交线Xp。Dp1、Dp2、Lp1、Lp2均是非紧固状态下的尺寸。

在图3中，将母扣锥形引导面22a的靠母扣台肩面21侧的端部(前端部)的直径设为Db1，将延长面V1与延长面V2的交线Xb的直径设为Dp2。Lb1是从母扣20的里端到母扣锥形引导面22a的前端的管轴线方向上的长度，Lb2是从母扣20的里端到交线Xb的管轴线方向上的长度。Db1、Db2、Lb1、Lb2均是非紧固状态下的尺寸。

本实施方式的螺纹接头1以满足以下的式(1)和式(2)的方式构成。

Dp2＞Db2＞Dp1 (1)

Lb2＞Lp2 (2)

在满足上述式(1)和式(2)的情况下，如图4所示，在紧固过程中，在公扣密封面113与母扣密封面23开始滑动之前，公扣锥形引导面112a与母扣锥形引导面22a开始滑动。在紧固完成后，如图5所示，公扣密封面113与母扣密封面23接触，另一方面，公扣锥形引导面112a与母扣锥形引导面22a隔开间隙地相对。

在式(1)中，Db2优选为Dp2的97％以上且小于100％，更优选为Dp2的99％以上且小于100％。Dp1优选为Db2的97％以上且小于100％，更优选为Db2的99％以上且小于100％。

在式(2)中，Lp2优选为Lb2的40％以上且小于100％，更优选为Lb2的60％以上且95％以下。

另外，本实施方式的螺纹接头1优选为满足以下的式(3)。

Lb1＞Lp1 (3)

此处，说明锥形引导干涉量δg与密封干涉量δs之间的关系。锥形引导干涉量δg是公扣锥形引导面112a与母扣锥形引导面22a的干涉量。密封干涉量δs是公扣密封面113与母扣密封面23的干涉量。

锥形引导干涉量δg是公扣锥形引导面112a与母扣锥形引导面22a接触滑动的最大的干涉量。换言之，锥形引导干涉量δg是在公扣密封面113与母扣密封面23即将开始滑动之前导入公扣锥形引导面112a和母扣锥形引导面22a的干涉量。干涉量δg实质上等于从Dp2减去Db2而得到的值(＝Dp2-Db2)。

密封干涉量δs是在紧固完成时刻即公扣台肩面111与母扣台肩面21抵接的状态下导入公扣密封面113和母扣密封面23的干涉量。换言之，以公扣10的顶端和母扣20的里端为基准位置，密封干涉量δs实质上等于距基准位置的管轴线方向上的距离相等的位置的公扣密封面113的直径与母扣密封面23的直径之差(非紧固时)。

在本实施方式中，锥形引导干涉量δg和密封干涉量δs满足以下的式(5)的关系。

δs＞δg (5)

锥形引导干涉量δg优选为密封干涉量δs的50％以上且为95％以下，更优选为密封干涉量δs的70％以上且为90％以下。

(缓冲面的结构)

如上所述，缓冲面24在母扣锥形引导面22a与母扣密封面23的锥面23a之间配置于假想面V的外周侧。缓冲面24优选为包含具有1种以上的曲率的曲面。该曲面是由从观察母扣20的由包含管轴线CL的平面切断而得到的截面(纵截面)时的圆弧、椭圆弧以及抛物线这3种曲线中选择的1种以上的曲线构成的面。

在图6～图8中，示出了彼此形状不同的缓冲面24A、24B、24C。在不特别区分缓冲面24A、24B、24C时，统称为缓冲面24。

图6所示的缓冲面24A由具有曲率Ra的曲面24a构成。即，缓冲面24A由观察母扣20的纵截面时的单一的圆弧构成。曲率Ra的倒数即曲面24a的曲率半径优选为1mm以上。

由曲面24a构成的缓冲面24A分别与母扣锥形引导面22a和母扣密封面23的锥面23a连续。即，缓冲面24分别与母扣锥形引导面22a和锥面23a平滑地连接。例如，在纵剖视母扣20时，母扣锥形引导面22a及其延长面V1成为缓冲面24的前端的切线。在纵剖视母扣20时，锥面23a及其延长面V2成为缓冲面24的后端的切线。

能够理解为，缓冲面24A的后端部也是母扣密封面22的前端部。即，能够理解为，在图6的例子中，曲面24a的局部(后端部)是缓冲面24A所包含的曲面，同时也是母扣密封面23所包含的曲面。

图7所示的缓冲面24B由具有两种曲率R1b、R2b的曲面24b构成。曲面24b是由具有曲率R1b的曲面241b和具有曲率R2b的曲面242b连接而成的复合面。曲率R1b、R2b各自的倒数即曲面241b、242b各自的曲率半径优选为1mm以上。

缓冲面24B也与图6所示的缓冲面24A同样，分别与母扣锥形引导面22a和母扣密封面23的锥面23a平滑地连接。能够理解为，构成缓冲面24B的曲面24b的后端部是缓冲面24B所包含的曲面，同时也是母扣密封面23所包含的曲面。

图8所示的缓冲面24C是由曲面241c、242c和锥面243c构成的复合面24c。曲面241c具有曲率R1c。曲面242c具有与曲率R1c不同的曲率R2c。曲率R1c、R2c各自的倒数即曲面241c、242c各自的曲率半径优选为1mm以上。

曲面241c与母扣锥形引导面22a平滑地连接。曲面242c与母扣密封面23的锥面23a平滑地连接。能够理解为，曲面242c的局部或全部是缓冲面24C所包含的曲面，同时也是母扣密封面23所包含的曲面。锥面243c配置于曲面241c、242c之间。

[效果]

在本实施方式的螺纹接头1中，公扣密封面113的锥面113a和母扣密封面23的锥面23a的锥角比公扣锥形引导面112a和母扣锥形引导面22a的锥角大。另外，螺纹接头1以满足上述式(1)和式(2)的方式构成。通过这样构成，在紧固过程中，在公扣密封面113与母扣密封面23开始滑动之前，公扣锥形引导面112a与母扣锥形引导面22a开始滑动而使公扣10和母扣20的管轴线一致。因此，能够防止公扣密封面113与母扣密封面23在紧固过程中偏向接触。由此，能够防止紧固过程中的公扣密封面113和母扣密封面23的粘扣。

若将螺纹部的螺距设为P，将密封部的倾斜角(＝锥角/2)设为θ，将密封部的代表直径(representative diameter)设为Ds，则在以往的螺纹接头的情况下，公扣密封面与母扣密封面的滑动距离约为δs·πDs/2Ptanθ。另一方面，在本实施方式的螺纹接头1的情况下，通过导入公扣锥形引导面112a和母扣锥形引导面22a而将公扣密封面113与母扣密封面23的滑动距离减少为(δs-δg)·πDs/2Ptanθ。即，在螺纹接头1的情况下，紧固过程中的公扣密封面113与母扣密封面23的滑动距离与锥形引导干涉量δg相对应地缩短。

例如，若将锥形引导干涉量δg设定为密封干涉量δs的一半，则紧固过程中的公扣密封面113与母扣密封面23的滑动距离成为大致一半，因此能够降低产生粘扣的风险。另一方面，在紧固完成时，在公扣锥形引导面112a与母扣锥形引导面22a之间导入了(δs-δg)/2的间隙。由此，与具备以往的管口部的螺纹接头同样，能够产生密封部的密封表面压力，因此能够获得较高的密封性能。

在本实施方式中，缓冲面24介于母扣锥形引导面22a与母扣密封面23之间的分界部分，因此母扣密封面23与母扣锥形引导面22a分开。由此，即使在紧固过程中母扣锥形引导面22a损伤或变形，也能够防止该损伤或变形波及母扣密封面23。其结果，能够防止母扣密封面23对公扣密封面113的损耗，能够抑制粘扣的产生。

这样，根据本实施方式的螺纹接头1，能够在确保紧固完成后的较高的密封性能的同时抑制紧固过程中的公扣密封面113和母扣密封面23的粘扣。

在本实施方式的螺纹接头1中，公扣台肩面111包含公扣主台肩面111a和公扣副台肩面111b。母扣台肩面21包含母扣主台肩面21a和母扣副台肩面21b。公扣主台肩面111a和母扣主台肩面21a在紧固完成时相互接触，限制公扣10相对于母扣20的拧入。另一方面，公扣副台肩面111b和母扣副台肩面21b在紧固状态下不需要始终接触。公扣副台肩面111b和母扣副台肩面21b以与螺纹接头1的径向交叉的方式配置，因此例如在对螺纹接头1作用了较高的压缩载荷或施加了过大的紧固转矩而公扣唇部11向径向外方移动的情况下能够相互接触。由此，能够抑制公扣唇部11的向径向外方的变形。

＜第2实施方式＞

图9是表示第2实施方式的钢管用螺纹接头1C的概略结构的纵剖视图。图9所示的螺纹接头1C是整体型的螺纹接头，但也可以是组合型的螺纹接头。

在螺纹接头1C中，公扣10C和母扣20C分别具备公扣台肩面14和母扣台肩面27。公扣台肩面14设于公扣10的钢管主体侧的端部。母扣台肩面27与公扣台肩面14相对应地设于母扣20。公扣台肩面14和母扣台肩面27是与螺纹接头1C的管轴线方向交叉的环状面。公扣台肩面14和母扣台肩面27在紧固状态下相互接触而形成台肩部。

＜第3实施方式＞

图10是表示第3实施方式的钢管用螺纹接头1D的概略结构的纵剖视图。图10所示的螺纹接头1D是整体型的螺纹接头，但也可以是组合型的螺纹接头。

螺纹接头1D的公扣10D具有分别由锥螺纹构成的内侧外螺纹部12a和外侧外螺纹部12b。即，公扣10D的外螺纹部由两段螺纹构成。

公扣10D还包括公扣台肩面15。公扣台肩面15设于公扣10D的管轴线方向上的中央部。公扣台肩面15配置于内侧外螺纹部12a与外侧外螺纹部12b之间。公扣台肩面15是与螺纹接头1D的管轴线方向交叉的环状面。

螺纹接头1D的母扣20D分别与内侧外螺纹部12a和外侧外螺纹部12b相对应地具有内侧内螺纹部25a和外侧内螺纹部25b。内侧内螺纹部25a和外侧内螺纹部25b分别由能够与内侧外螺纹部12a啮合的锥螺纹和能够与外侧外螺纹部12b啮合的锥螺纹构成。

母扣20D与公扣台肩面15相对应地具备母扣台肩面28。母扣台肩面28配置于内侧内螺纹部25a与外侧内螺纹部25b之间。母扣台肩面28是与螺纹接头1D的管轴线方向交叉的环状面。公扣台肩面15和母扣台肩面28在紧固状态下相互接触而形成台肩部。

＜第4实施方式＞

图11是表示第4实施方式的钢管用螺纹接头1E的概略结构的纵剖视图。图11所示的螺纹接头1E是整体型的螺纹接头，但也可以是组合型的螺纹接头。

螺纹接头1E的公扣10E具备公扣密封面16来代替第3实施方式的公扣台肩面15。公扣密封面16在公扣10E的管轴线方向上的中央部设于公扣10E的外周面。公扣密封面16配置于内侧外螺纹部12a与外侧外螺纹部12b之间。

螺纹接头1E的母扣20E与公扣密封面16相对应地具备母扣密封面29。母扣密封面29在内侧内螺纹部25a与外侧内螺纹部25b之间设于母扣20E的内周面。公扣密封面16和母扣密封面29在紧固状态下相互接触而形成密封部。

以上，说明了实施方式，但本公开不限定于上述实施方式，只要不脱离其主旨，就能够进行各种变更。

实施例

为了确认本公开的钢管用螺纹接头的效果，实施基于弹塑性有限元方法的数值模拟分析。具体而言，关于通过使锥形引导面在紧固过程中相互滑动而使各密封面的粘扣风险降低多少和通过设置缓冲面而多大程度地防止锥形引导面的损伤或变形对密封面造成不良影响，使用轴对称的弹塑性有限元分析来证实。

[分析条件]

使用具有图1和图3所示的基本结构的组合型的螺纹接头的模型，如表1所示那样变更管轴线方向上的内端部的形状和尺寸，实施弹塑性有限元分析。

[表1]

在编号1～5的螺纹接头中，公扣的尺寸Dp1、Dp2、Lp1、Lp2和母扣的尺寸Db1、Db2、Lb1、Lb2是共通的，变更缓冲面的形状和尺寸。在表1中，R表示缓冲面的曲率半径，但复合R是指，将与母扣密封面的锥面平滑地连接的切圆和与母扣锥形引导面平滑地连接的切圆的2个R复合而得到的形状。

编号1～5的螺纹接头均满足上述式(1)和式(2)。由此，编号1～5的螺纹接头在紧固过程中，在密封面彼此之间开始滑动之前，锥形引导面彼此之间开始滑动。在编号3～5的螺纹接头中，缓冲面的管轴线方向上的长度为0.75mm以上，但在编号1、2的螺纹接头中，缓冲面的管轴线方向上的长度比0.75mm小。即，编号3～5的螺纹接头是本公开的范围内的实施例，编号1、2的螺纹接头是本公开的范围外的比较例。

编号0的螺纹接头的Db2比Dp2大，不满足上述式(1)。由此，编号0的螺纹接头是本公开的范围外的比较例。

编号0～5的螺纹接头的共通的条件如下。

·钢管的尺寸：公称外径346.08mm，公称壁厚15.88mm

·材料：API标准的L80钢(弹性系数210kN/mm²、泊松比0.3、屈服应力约552N/mm²、加工硬化系数2000N/mm²)

·非紧固状态下的密封锥度：50％(各密封面的锥面的倾斜角θ＝约14°)

[分析方法]

进行模拟从锥形引导面彼此之间开始接触起到预定的紧固完成位置(自抵肩起1.5/100圈)为止的紧固过程的分析和对在预定的紧固完成位置紧固的螺纹接头施加由API标准5C3规定的坍塌压力(外压载荷)的分析。关于外压载荷，考虑外压载荷沿着螺纹部的螺旋状的间隙传递至密封部的近前的情况。

[评价]

在上述分析中，评价紧固过程的密封面的接触力的积分量和紧固后施加API标准的坍塌压力(外压载荷)时的密封接触压力的峰值。紧固过程的密封面的接触力的积分量与密封面的接触滑动所消耗的摩擦能量意思大致相同。将分析结果示于表2。在表2中，密封接触压力的峰值以相对于材料的屈服应力(552N/mm²)的倍率来表示。

[表2]

在满足上述式(1)和式(2)这两者的编号1～5的螺纹接头的情况下，在紧固过程中，锥形引导面彼此之间滑动，相对于此，在不满足上述式(1)的编号0的螺纹接头的情况下，在紧固过程中，锥形引导面彼此之间几乎不接触。因此，编号1～5的螺纹接头的密封面的接触力的积分量远小于编号0的螺纹接头的密封面的接触力的积分量。由此，若以满足上述式(1)和式(2)的方式构成螺纹接头，则可以说在密封面产生粘扣的风险极小。

在母扣侧的锥形引导面的损伤或变形影响了密封面的情况下，在产生了损伤或变形的局部，接触压力异常地升高而使公扣侧的密封面塑性变形而凹陷，易于因密封面的稍微的偏移而产生泄漏。在缓冲面的管轴线方向上的长度小于0.75mm的编号1、2的螺纹接头的情况下，密封接触压力的峰值极大。在编号1、2的螺纹接头的情况下，因材料的屈服应力的2倍以上的峰值接触压力而凹陷的密封面的变形显著。另一方面，在缓冲面的管轴线方向上的长度为0.75mm以上的编号3～5的螺纹接头的情况下，峰值接触压力均小于材料的屈服应力的2倍，因此可知产生密封面的变形的风险较小。

根据上述分析结果可以明确，采用本公开的螺纹接头，降低在密封面产生粘扣的风险，并且不对特别是针对外压的密封性能造成不良影响。

Claims (7)

1.一种钢管用螺纹接头，其中，

该钢管用螺纹接头包括：

公扣，其呈管状，连接于钢管主体；以及

母扣，其呈管状，供所述公扣插入而与所述公扣紧固在一起，

所述公扣具有：

公扣唇部，其构成所述公扣的顶端部；以及

外螺纹部，其在所述公扣的外周设于比所述公扣唇部靠所述钢管主体侧的位置，由锥螺纹构成，

所述公扣唇部具有：

第1公扣台肩面，其设于所述公扣的顶端；

管口部，其设于比所述第1公扣台肩面靠所述外螺纹部侧的位置，在外周面具有随着朝向所述公扣的顶端去而直径变小的公扣锥形引导面；以及

第1公扣密封面，其在所述公扣唇部的外周面设于比所述管口部靠所述外螺纹部侧的位置，包含随着朝向所述公扣的顶端去而直径变小的锥面，

所述母扣具有：

第1母扣台肩面，其与所述第1公扣台肩面相对应地设于所述母扣的里端，在紧固状态下与所述第1公扣台肩面接触；

管口承接部，其与所述管口部相对应地设置，在内周面具有随着朝向所述母扣的里端去而直径变小的母扣锥形引导面；

第1母扣密封面，其与所述第1公扣密封面相对应地设于所述母扣的内周面，包含随着朝向所述母扣的里端去而直径变小的锥面，在紧固状态下与所述第1公扣密封面接触；

缓冲面，其在所述母扣的内周面设于所述母扣锥形引导面与所述第1母扣密封面的所述锥面之间；以及

内螺纹部，其与所述外螺纹部相对应地设于所述母扣的内周，由锥螺纹构成，

所述公扣锥形引导面和所述母扣锥形引导面分别具有第1锥角，

所述第1公扣密封面和所述第1母扣密封面的所述锥面分别具有比所述第1锥角大的第2锥角，

在非紧固状态下，在将所述公扣锥形引导面的靠所述公扣的顶端侧的端部的直径设为Dp1，将所述公扣锥形引导面的延长面与所述第1公扣密封面的所述锥面的延长面的交线的直径设为Dp2，将从所述公扣的顶端到所述公扣锥形引导面的延长面与所述第1公扣密封面的所述锥面的延长面的所述交线的在所述螺纹接头的管轴线方向上的长度设为Lp2，将所述母扣锥形引导面的延长面与所述第1母扣密封面的所述锥面的延长面的交线的直径设为Db2，将从所述母扣的里端到所述母扣锥形引导面的延长面与所述第1母扣密封面的所述锥面的延长面的所述交线的所述管轴线方向上的长度设为Lb2时，满足以下的式(1)和式(2)，

Dp2＞Db2＞Dp1 (1)

Lb2＞Lp2 (2)

所述缓冲面在所述管轴线方向上具有0.75mm以上的长度，在所述螺纹接头的径向上配置于比由所述母扣锥形引导面的所述延长面和所述第1母扣密封面的所述延长面构成的假想面靠外侧的位置。

2.根据权利要求1所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述第1公扣台肩面包含：

公扣主台肩面；以及

公扣副台肩面，其配置于所述公扣主台肩面的外周侧，

所述第1母扣台肩面包含：

母扣主台肩面，其与所述公扣主台肩面相对应地设置，在紧固状态下与所述公扣主台肩面接触；以及

母扣副台肩面，其与所述公扣副台肩面相对应地设置，在紧固状态下能够与所述公扣副台肩面接触。

3.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述公扣还具有：

第2公扣密封面，其在所述公扣的外周面设于所述管轴线方向上的中央部或所述钢管主体侧的端部，

所述母扣还具有：

第2母扣密封面，其与所述第2公扣密封面相对应地设于所述母扣的内周面，在紧固状态下与所述第2公扣密封面接触。

4.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述公扣还具有：

第2公扣台肩面，其设于所述管轴线方向上的中央部或所述钢管主体侧的端部，与所述管轴线方向交叉，

所述母扣还具有：

第2母扣台肩面，其与所述第2公扣台肩面相对应地配置，在紧固状态下与所述第2公扣台肩面接触。

5.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述第1公扣密封面和所述第1母扣密封面中的至少一者还包含与所述锥面连续地设置且具有1种以上的曲率的曲面。

6.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述缓冲面包含分别与所述母扣锥形引导面和所述第1母扣密封面连续地设置且具有1种以上的曲率的曲面。

7.根据权利要求1或2所述的钢管用螺纹接头，其中，

所述缓冲面在所述管轴线方向上具有2mm以下的长度。

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