JP2008089568A - 管のねじ継手の締結状態評価方法及びこれを用いた管のねじ継手の締結方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、外周面に雄ねじ部、メタルシール部及びショルダー部を具備するピンと、内周面に前記ピンの前記各部位に対応する雌ねじ部、メタルシール部及びショルダー部を具備し、前記ピンと締結されるボックスとを備えた管のねじ継手の締結状態を評価する方法である。本発明に係る評価方法は、前記ボックスの雌ねじ部、メタルシール部及びショルダー部の内、少なくとも1つの部位について、前記ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信し、前記複数箇所について検出したエコー強度を比較することにより、前記ねじ継手の締結状態の良否を判定することを特徴とする。
【選択図】図19
Description
(1)ピンの各部位(雄ねじ部、メタルシール部、ショルダー部)とボックスの各部位(雌ねじ部、メタルシール部、ショルダー部)との接触面圧は、これら各部位の締結状態に応じて変化する。具体的には、ピンの各部位とボックスの各部位とが互いに密着した状態では、非密着状態に比べて接触面圧が上昇する。
(2)ただし、上記(1)の接触面圧の変化は、各部位の領域全体で一様な変化ではなく、ねじ継手の軸方向に沿って局部的に変化する。具体的には、各部位が互いに密着した状態では、非密着状態に比べて接触面圧が局部的に上昇する。
(3)接触面圧と送信した超音波のエコー強度とは相関関係を有する。具体的には、接触面圧が高い箇所に送信した超音波のエコー強度は、接触面圧が低い箇所に送信した超音波のエコー強度よりも小さくなる。
まず最初に、本発明に想到するに至る過程において本発明の発明者らが得た知見について詳細に説明する。
(A)雄ねじ部11と雌ねじ部21との接触面圧は、雌ねじ部21のトップ側(図1の紙面右側)から3番目のねじ山に相当する位置で局部的に高くなるが、その左右の位置では低い計算結果となる。これは、ねじ部同士を含め、一般に部材同士の広範な範囲を均一に嵌め合わせる場合、嵌め合いにより発生する接触面圧のピークは嵌め合い端部近傍に現れるのが原因であると考えられる。
(B)メタルシール部12、22の接触面圧は、中央部からボトム側(ねじ部11、21寄り)端部の間の箇所で局部的に高くなるが、その他の箇所では極めて低い計算結果となる。これは、メタルシール部12の外径をメタルシール部22の内径よりも僅かに大きく設定している(すなわち、干渉代を設けている)ため、メタルシール部12がお辞儀(縮径曲げ)をするように変形する結果、メタルシール部12のシール面の傾きとメタルシール部22のシール面の傾きとが不一致となり、メタルシール部12の中央部からボトム側(ねじ部11、21寄り)端部の間の箇所がメタルシール部22に強く接触することが原因であると考えられる。
(C)ショルダー部13、23の接触面圧は、メタルシール部12、22寄りの箇所で局部的に高くなる他、コーナー部近傍でも局部的に高くなる計算結果となる。これは、前述のように、メタルシール部12がお辞儀(縮径曲げ)をするように変形することに伴い、ショルダー部13のメタルシール部12、22寄りの箇所がショルダー部23に強く接触することと、嵌め合い端部近傍に接触面圧のピークが現れることが原因であると考えられる。
(D)なお、図示しないが、ピンの各部位とボックスの各部位とを非密着状態とした条件(具体的には、雄ねじ部11のねじ谷の外径を雌ねじ部21のねじ山の内径よりも小さくし、メタルシール部12の外径をメタルシール部22の内径よりも小さくし、なお且つショルダー部13がショルダー部23に当接しない条件)を設定して数値計算を行った場合には、接触面圧が局部的に高くなる現象は生じない。
(E)上記(A)〜(D)の結果より、ピンの各部位とボックスの各部位との接触面圧は、これら各部位の締結状態に応じて変化することが分かる。具体的には、ピンの各部位とボックスの各部位とが互いに密着した状態では、非密着状態に比べて接触面圧が上昇する。また、接触面圧の変化は、各部位の領域全体で一様な変化ではなく、ねじ継手の軸方向に沿って局部的に変化することが分かる。具体的には、各部位が互いに密着した状態では、非密着状態に比べて接触面圧が局部的に上昇する。
図18、19に示すように、本具体例の評価装置200は、ねじ継手100の軸方向に沿って超音波を走査するための超音波走査装置3と、超音波走査装置3が具備する超音波探触子31、32、33からの超音波の送受信を制御等するための超音波探傷器4と、超音波走査装置3が具備するモータ35を駆動するためのモータドライバ5と、ねじ継手100の周方向に沿って超音波走査装置3を走査する又はねじ継手100を周方向に回転させるための回転装置6と、超音波探傷器4、モータドライバ5及び回転装置6を制御するための制御装置7と、超音波の接触媒質としての水Wを供給する給水器8とを備える。
2 ボックス
3 超音波走査装置
11 雄ねじ部
12 メタルシール部
13 ショルダー部
21 雌ねじ部
22 メタルシール部
23 ショルダー部
31,32,33 超音波探触子
100 ねじ継手
Claims (5)
- 外周面に雄ねじ部、メタルシール部及びショルダー部を具備するピンと、
内周面に前記ピンの前記各部位に対応する雌ねじ部、メタルシール部及びショルダー部を具備し、前記ピンと締結されるボックスとを備えた管のねじ継手の締結状態を評価する方法であって、
前記ボックスの雌ねじ部、メタルシール部及びショルダー部の内、少なくとも1つの部位について、前記ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信し、前記複数箇所について検出したエコー強度を比較することにより、前記ねじ継手の締結状態の良否を判定することを特徴とする管のねじ継手の締結状態評価方法。 - 前記送受信する超音波の周波数を25MHz以下に設定することを特徴とする請求項1に記載の管のねじ継手の締結状態評価方法。
- 超音波探触子を前記ねじ継手の軸方向に相対的に移動させることにより、前記ボックスの前記少なくとも1つの部位について、前記ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信することを特徴とする請求項1又は2に記載の管のねじ継手の締結状態評価方法。
- 複数の振動子を一列に配列したアレイ型超音波探触子の各振動子による超音波の送受信を電気的に制御することにより、前記ボックスの前記少なくとも1つの部位について、前記ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信することを特徴とする請求項1又は2に記載の管のねじ継手の締結状態評価方法。
- 前記ねじ継手の締結過程において、請求項1から4の何れかに記載の評価方法を用いて締結状態の良否を判定し、
前記判定の結果が良好になった段階で、前記ねじ継手の締結を終了することを特徴とする管のねじ継手の締結方法。
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