JPH06307588A - 異種金属管ネジ継手及び結合方法 - Google Patents

異種金属管ネジ継手及び結合方法

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JPH06307588A
JPH06307588A JP5099843A JP9984393A JPH06307588A JP H06307588 A JPH06307588 A JP H06307588A JP 5099843 A JP5099843 A JP 5099843A JP 9984393 A JP9984393 A JP 9984393A JP H06307588 A JPH06307588 A JP H06307588A
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JP
Japan
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screw
box
pin
threaded
metal
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Withdrawn
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JP5099843A
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English (en)
Inventor
Fujimasa Kamiyama
藤雅 神山
Masao Ogasawara
昌雄 小笠原
Eiji Tsuru
英司 津留
Toshiharu Sakamoto
俊治 坂本
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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  • Non-Disconnectible Joints And Screw-Threaded Joints (AREA)
  • Flanged Joints, Insulating Joints, And Other Joints (AREA)
  • Protection Of Pipes Against Damage, Friction, And Corrosion (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 油、ガス井及び地熱井において、ガルバニッ
ク腐食を起こさずに異種金属管同士を連結するためのネ
ジ継手を提供する。 【構成】 金属対金属シールを有する管ネジ継手で、ピ
ン、ボックスの台形テーパーネジを円周方向に4〜16
分割にネジ有無を交互に有し、各ネジ部の円周方向長さ
がネジ無し部より短く、嵌合時ネジの軸方向隙間が絶縁
被膜の2倍以上を有するネジからなり、ピン、ボックス
のいずれかの嵌合面に絶縁物セラミックスの被膜を形成
させ、異種金属のボックスを100〜600℃に加熱
し、ピンを挿入し、ネジが噛み合うように回転され焼嵌
める。 【効果】 異種金属管のボックスを加熱膨張させピンと
ボックスが干渉せず、摺動させることなく挿入、ネジの
噛合わせができ、電気的絶縁を確保して連結することが
可能となるためガルバニック腐食が防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、油、ガス井及び地熱井
などにおける異種金属のケーシングパイプまたはチュー
ビングパイプの連結に使用され異種金属接触を防止する
管ネジ継手及びその結合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】油、ガス井及び地熱井におけるケーシン
グまたはチュービングストリングは同一金属の管及びネ
ジ継手によって連結されるのが通例である。しかしなが
ら井戸の特定深度域においてのみ腐食が集中的に発生
し、その他の領域では激しい腐食が生じないような井戸
においては、全深度のケーシングまたはチュービングを
耐蝕性材料で構成するのはコスト面から望ましくない。
即ち、このような井戸においては、激しい腐食損傷が懸
念される部位においてのみステンレス鋼などの耐蝕材料
を配し、その他の部分には炭素鋼などの廉価な材料を使
用するのが、コストと耐蝕性の相反する条件を両立させ
る基本的な考え方である。
【0003】この考え方でケーシングまたはチュービン
グストリングスを構成する場合の例で説明すると、この
場合、必然的に炭素鋼とステンレス鋼のように耐蝕性の
異なる金属同士を連結しなければならない。異種金属管
ネジ継手部分では、本来使用できるはずの炭素鋼部分が
ステンレス鋼と接続されているが故に短期間で、腐食さ
れるといういわゆるガルバニック腐食の問題が発生する
ことになる。
【0004】ガルバニック腐食の原理からして、これを
防止するために最も確実な方法は、異種金属同士を電気
的に絶縁することである。しかしながら、従来のネジ継
手においては、この観点からの研究開発がなされておら
ず、専ら同一金属材料のパイプを同一金属材料のネジ継
手で連結することによってガルバニック腐食の問題を回
避しているのが実情である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる背景
に鑑み、ガルバニック腐食を起こさずに異種金属同士を
連結するためのネジ継手を提供することを目的とするも
のである。
【0006】
【課題を解決するための手段】異種金属接触のガルバニ
ック腐食防止のための最も確実な方法が異種金属同士を
電気的に絶縁することであるとのガルバニック腐食の原
理に基づいて研究開発を行った結果、特定形状の嵌合部
表面に対しセラミックスの絶縁コーティング層を施した
ピンまたはボックスよりなるネジ継手を焼嵌めによって
この目的が達成させることを知見した。即ち、本発明の
要旨は金属対金属シールを有する管ネジ継手においてピ
ン、ボックスの台形テーパーネジを円周方向に、例えば
1〜16分割にネジ有無を交互に有し、各々ネジ部の円
周方向長さが同一で、かつネジ無し部より短く、ピン、
ボックスの軸方向ネジ間隙間が絶縁被膜厚さの2倍以上
の隙間を持ったネジからなる。異種金属同士のピン及び
ボックスにおいて、ピンまたはボックスの少なくとも一
方の嵌合面に電気的に絶縁物であるセラミックスの被膜
を形成させた後、異種金属のボックスをピンとボックス
が干渉しないように100〜600℃に加熱した後ピン
を挿入し、ピンとボックスのネジが噛み合うように周方
向ネジ長さ分のみ回転させ焼嵌めることによりセラミッ
クスの被膜がピンボックス間で摺動することなく、シー
ル及びネジ部が干渉し、ピン、ボックス間の電気的絶縁
を果たし、結果として異種金属接触を防止するようにし
たものである。
【0007】以下、本発明について詳細に説明する。先
ず、絶縁コーティングは、少なくともピンまたはボック
スのいずれか一方の嵌合部に対して行われなければなら
ない。ここで言う嵌合部とは、ピンとボックスを焼嵌め
嵌合した際にピンとボックスの表面が互いに接触し電気
的導通を示す部分を総称するものであり、いわゆるネジ
部、シール部、ショルダー部を含むものである。
【0008】次に、コーティングの材料は、言うまでも
なく絶縁物でなければならない。絶縁物質としてはセラ
ミックスの他、高分子材料などがある。絶縁セラミック
スとしては、Al2 3 ,MgO,CaO,Si
3 4 ,BNなど種々存在する。これらを単体または複
合して溶射法あるいは蒸着法により施す。その他、絶縁
ワニスを下地としその上に固体潤滑剤を塗布し硬化させ
るなど、嵌合面に地鉄を露出させることなく施さなけれ
ばならない。
【0009】次に外面に台形テーパネジについて、焼嵌
め時ピン、ボックスのネジを干渉させないために円周方
向ネジ有無が必要で軸力負荷の応力状態及び多数分割に
よる継手効率の低下から実用上4〜16分割が適正か
ら、台形テーパネジを円周方向に、4〜16分割にネジ
有無を交互に有し、各々ネジ部の円周方向長さが同一
で、かつネジ無し部より短く、ネジ無し先端部に円錐面
から構成されるピン側と内面に雌ネジを4〜16分割に
交互に持ち、各々ネジ部の円周方向長さが同一で、かつ
ネジ無し部より短く、該ピン先端形状に対応する円錐面
から構成されるボックス側とを螺合する管ネジ継手にお
いて、ピン、ボックスの軸方向ネジ間隙間が絶縁被膜厚
さの2倍以上の隙間を持ったネジからなる。
【0010】次に、ピンあるいはボックスに絶縁コーテ
ィングを施すがその際コーティングの厚さはネジ嵌合部
軸方向最小ネジ隙間の1/2以下にする。この理由はネ
ジを焼嵌め回転させる際に絶縁コーティングがピン、ボ
ックスネジのフランク面で干渉しコーティングが破損す
るのを避け、またネジコーナー部のコーティングが欠損
するのを防ぐことにある。
【0011】次に異種金属同士のピン、ボックスにおい
て、ボックスを電気またはガスにより加熱するが、加熱
温度はシール部干渉代と絶縁コーティング厚さ及び焼嵌
め時ピンとボックスが干渉しないための隙間の合計は管
径(D)の1/1000〜1/150が必要で鋼で必要
加熱温度を計算すると100〜600℃となる。ボック
スを適正温度に加熱しピン、ボックスのネジ及び円錐面
同士が干渉しないように膨張させた後、ボックスのネジ
無し部分にピンのネジ部分がくるようにし、ボックスに
干渉させずにピンを挿入し、次いでピンとボックスのネ
ジが噛み合うように回転させ焼嵌めることにより、セラ
ミックスの被膜がピンボックス間で摺動することなく、
シール及びネジ部が干渉し、ピン、ボックス間の電気的
絶縁を果たし、異種金属接触腐食を防止できる。
【0012】図面に基づいてさらに詳細に述べる。炭素
鋼のボックスと2相ステンレス鋼のピン(外径244.
5×肉厚10.03mm、L−80)を焼嵌めして電気絶
縁性を評価した。図1(a)はピンの断面形状を示す。
ピン1は金属対金属シール部を有し、ネジ部がバットレ
スネジ2の特殊ネジ継手であり、外面に雄ネジを円周方
向に6分割して設けてネジ有無を交互に配し、各々ネジ
部5の円周方向長さが同一で、かつネジ無し部6より5
mm短くしており、またネジ無し先端部は円錐面3とショ
ルダー4から構成される。図1(b)は(a)図のA−
A断面であり、円周方向ネジの有5、無6を示す。
【0013】図2(a)はボックスの断面形状を示す。
前記ピン形状に対応するネジ無し先端部に円錐面9とシ
ョルダー10から構成され、このような構成のボックス
7の内面に雌ネジ8を6分割にネジ有無を交互に持ち、
各々ネジ部11の円周方向長さが同一で、かつネジ無し
部12より5mm短い。図2(b)は、(a)図のB−B
断面であり円周方向ネジの有11、無12を示す。
【0014】図3はピンとボックスの嵌合図を示す。ピ
ン1、ボックス7の台形テーパーネジの軸方向にピンネ
ジ2とボックスネジ8の隙間sを0.4mm持ったネジか
らなる。ピン1とボックス7の金属対金属シール干渉代
を0.3mm、ネジ干渉代を0.1mmを有する。2相ステ
ンレス鋼のピン1の嵌合部表面は、ショットブラストの
後、溶射法によってAl2 3 被膜を0.1mm厚さ狙い
でコーティングした。Al2 3 被膜の絶縁抵抗をシー
ル、ネジ、ショルダー部で測定したがいずれも導通無し
であった。炭素鋼ボックスはネジ切り加工ままとした。
【0015】図4(a),(b)はピン1とボックス7
を焼嵌めした断面を示す。ピン1、ボックス7のネジ及
び円錐面同士が干渉しないようにボックスをガスバーナ
ーにより500℃に加熱膨張させた後、ボックス7のネ
ジ無し部分12にピン1のネジ部分5がくるようにし、
ボックス7に干渉させずにピン1を挿入し、次いでピン
とボックスのネジが完全に噛み合うように1/6回転さ
せ焼嵌めし、シール及びネジ部を干渉させた。(b)図
のC−C断面に示すようにピン1のネジ部5とボックス
のネジ部11が完全に噛み合っている。冷却後ピン、ボ
ックス間の電気抵抗を測定した結果、電気的絶縁が得ら
れた。継手特性として内圧482kg/cm2 で水密、気密
性をテストした結果、いずれも洩れが無かった。電気的
絶縁が得られることにより、結果として異種金属接触腐
食を防止するネジ継手が得られた。
【0016】
【実施例】表1には炭素鋼のボックスと2相ステンレス
鋼のピン(外径244.5×肉厚10.03mm、L−8
0)を焼嵌めして電気絶縁性を評価した。即ち、ピン及
びボックスのネジを円周方向8分割したごとくネジ有無
を交互に有し、各々ネジ部の円周方向長さが同一で、か
つネジ無し部より5mm短くし、ピン、ボックスの台形テ
ーパーネジの軸方向隙間が0.2,0.4及び0.6mm
の組合せでピンとボックスの金属対金属シール干渉代を
0.3mm、ネジ干渉代を0.1mmを有するネジ継手につ
いて、Al2 3 被膜を0.1,0.15mmでピン、ボ
ックスのネジ及び円錐面同士が干渉しないように、ボッ
クスをガスバーナーにより500℃に加熱膨張させた
後、ボックスのネジ無し部分にピンのネジ部分がくるよ
うにし、ボックスに干渉させずにピンを挿入し、次いで
ピンとボックスのネジが完全に噛み合うように1/8回
転させ焼嵌めし、シール及びネジ部を干渉させた。
【0017】
【表1】
【0018】ピン、ボックス間の電気抵抗測定結果は表
1に示すごとく、ピン、ボックスの軸方向ネジ間隙間が
絶縁被膜厚さの2倍以上の隙間を持ったネジ継手はAl
2 3 被膜に損傷はなく電気的絶縁性が維持された。2
倍以下の隙間を持ったネジ継手は焼嵌めで1/8回転時
ピン、ボックスのネジ部が干渉しAl2 3 被膜が欠損
し導通有りとなった。
【0019】本発明によればピンボックスの嵌合部ネジ
軸方向隙間がコーティング被膜の2倍以上あれば電気的
絶縁性を確保できることが明らかである。特殊ネジ継手
の場合、金属対金属シール部を有しネジ部でシール性が
不用のためネジ干渉代が小さいのが通例である。本実施
例ではAl2 3 を用いたが他の絶縁性セラミックスで
も同様の効果が期待できる。また、本継手において、焼
嵌めによらず(干渉を持たせず)接着剤注入法により、
ピン、ボックスを嵌合させることにより、絶縁性を確保
することも可能である。
【0020】
【発明の効果】以上より、本発明によれば異種金属管同
士を電気的絶縁を確保連結することが可能であり、ガル
バニック腐食が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は異種金属継手のピンの断面形状、
(b)は(a)のA−A断面を示す。
【図2】(a)は異種金属継手のボックスの断面形状、
(b)は(a)のB−B断面を示す。
【図3】コーティング無しピンとボックスの嵌合図を示
す。
【図4】(a)は異種金属継手のピンとボックスを焼嵌
めした断面、(b)は(a)のC−C断面を示す。
【符号の説明】
1 ステンレス鋼のピン 2 台形テーパーネジ 3 金属対金属シール部 4 ショルダー部 5 ピンネジ部 6 ピンネジ無し部 7 炭素鋼のボックス 8 台形テーパーネジ 9 金属対金属シール部 10 ショルダー部 11 ボックスネジ部 12 ボックスネジ無し部 s ボックスネジ部でピンとボックスの嵌合時の隙間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 俊治 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属対金属シールを有する管ネジ継手に
    おいて、異種金属同士のピン、ボックスのテーパーネジ
    部を、円周方向に複数の領域に分割して、ネジ部とネジ
    無し部を交互に配置し、前記ネジ部の円周方向長さは、
    ネジ無し部のそれより短く、かつピン、ボックスのいず
    れかの嵌合面にセラミックスによる絶縁被膜を形成し、
    前記テーパーネジの軸方向にこの絶縁被膜厚さの2倍以
    上の隙間を設けたことを特徴とする異種金属管ネジ継
    手。
  2. 【請求項2】 円周方向に4〜16分割して、ネジ部と
    ネジ無し部が交互に配置される請求項1記載の異種金属
    管ネジ継手。
  3. 【請求項3】 テーパーネジが台形ネジである請求項1
    記載の異種金属管ネジ継手。
  4. 【請求項4】 金属対金属シールを有する管ネジ継手に
    おいて、異種金属同士のピン、ボックスのテーパーネジ
    部を、円周方向に複数の領域に分割して、ネジ部とネジ
    無し部を交互に配置し、前記ネジ部の円周方向長さは、
    ネジ無し部のそれより短く、かつピン、ボックスのいず
    れかの嵌合面にセラミックスによる絶縁被膜を形成し、
    前記テーパーネジの軸方向にこの絶縁被膜厚さの2倍以
    上の隙間を設け、ボックスを100〜600℃に加熱し
    た後ピンを挿入し、ついでピンとボックスのネジが噛み
    合うように回転させ焼嵌めすることを特徴とする異種金
    属管ネジ継手の結合方法。
  5. 【請求項5】 円周方向に4〜16分割して、ネジ部と
    ネジ無し部が交互に配置される請求項4記載の異種金属
    管ネジ継手の結合方法。
  6. 【請求項6】 テーパーネジが台形ネジである請求項4
    記載の異種金属管ネジ継手の結合方法。
JP5099843A 1993-04-26 1993-04-26 異種金属管ネジ継手及び結合方法 Withdrawn JPH06307588A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002061780A (ja) * 2000-06-09 2002-02-28 Sumitomo Metal Ind Ltd 管継手
KR101616357B1 (ko) * 2014-12-26 2016-04-28 주식회사 포스코 파이프라인 연결구조체
JP2016159333A (ja) * 2015-03-03 2016-09-05 日立金属株式会社 ダイカスト用スリーブ
JP2020523502A (ja) * 2017-06-07 2020-08-06 マルベニ−イトウチュウ チューブラーズ アメリカ インコーポレイテッドMarubeni−Itochu Tubulars America Inc. 圧縮抵抗ねじ接続部

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JP2002061780A (ja) * 2000-06-09 2002-02-28 Sumitomo Metal Ind Ltd 管継手
KR101616357B1 (ko) * 2014-12-26 2016-04-28 주식회사 포스코 파이프라인 연결구조체
JP2016159333A (ja) * 2015-03-03 2016-09-05 日立金属株式会社 ダイカスト用スリーブ
JP2020523502A (ja) * 2017-06-07 2020-08-06 マルベニ−イトウチュウ チューブラーズ アメリカ インコーポレイテッドMarubeni−Itochu Tubulars America Inc. 圧縮抵抗ねじ接続部

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