螺纹量规测量技术培训资料.doc

石油螺纹量规测量技术培训资料第一章 普通螺纹螺纹产品是制造业中应用最为广泛的一种产品，是一种重要的、常用的结构要素，螺纹主要用于结构联接、密封联接、传动、读数和承载等场合。从一般使用条件到恶劣条件（高温、高压、严重腐蚀），从粗糙级别到很精密，从日常生活用品到精密机械，总之应用广泛。螺纹的设计人员、使用人员和测量人员对螺纹知识的关注点是不一样的，一般来讲，螺纹测量人员应熟悉螺纹的术语、螺纹的种类、螺纹的几何特征、螺纹的公差以及螺纹的测量方法。1、常用螺纹术语螺纹术语概括了螺纹的几何特征和螺纹技术特征，常用螺纹术语见表1-1 表1-1常用螺纹术语术语描述螺旋线沿着圆柱或圆锥表面运动的点的轨迹，该点的轴向位移和相应的角位移成定比螺纹在圆柱或圆锥表面上，沿螺旋线所形成的具有规定牙型的连续凸起。（注：凸起是指螺纹两侧面间的实体部分，又称牙）螺纹牙型在通过螺纹轴线的剖面上，螺纹的轮廓形状原始三角形形成螺纹牙型的三角形，其底边平行于中径圆柱或中径圆锥的母线基本牙型削去原始三角形的顶部和底部所形成的内、外螺纹共有的理论牙型。设计牙型设计给定的牙型，该牙型相对于基本牙型规定出功能所需的各种间隙和圆弧半径。它是内、外螺纹基本偏差的起点最大实体牙型由设计牙型和各直径的基本偏差及公差所决定的最大实体状态下的螺纹牙型最小实体牙型由设计牙型和各直径的基本偏差及公差所决定的最小实体状态下的螺纹牙型牙型高度在螺纹牙型上，牙顶到牙底在垂直于螺纹轴线方向上的距离牙型角在螺纹牙型上， 两相邻牙侧间的夹角牙型半角牙型角的一半牙侧角在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角公称直径代表螺纹尺寸的直径（注：管螺纹用尺寸代号表示）中径一个假想圆柱或圆锥的直径，该圆柱或圆锥的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。该假想圆柱或圆锥称为中径圆柱或中径圆锥大径与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱或圆锥的直径小径与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱或圆锥的直径单一中径一个假想圆柱或圆锥的直径，该圆柱或圆锥的母线通过牙型上沟槽宽度等于1/2基本螺距的地方作用中径在规定的旋合长度内，恰好包容实际螺纹的一个假想螺纹的中径 ，这个假想螺纹具有理想的螺距、半角及牙型高度，并另在牙顶处和底处留有间隙，以保证包容时不与实际螺纹的大、小径发生干涉螺距相邻两牙在中径线上对应两点的轴向距离旋合长度两个相互配合的螺纹沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度基准平面垂直于锥螺纹轴线，具有基准直径的平面，简称基面螺纹精度由螺纹公差带和旋合长度共同组成的衡量螺纹质量的综合指标螺距偏差螺距的实际值与其基本值之差N个螺距偏差系指N牙螺距的实际值与基本值之差螺距累积误差在规定的螺纹长度内，任意两同名牙侧与中径线交点的实际轴向距离与其基本值之差的最大绝对值螺距误差中径当量将螺距误差换算成中径的数值牙侧角偏差牙测角的实际值与其基本值之差牙侧角误差中径当量将牙侧角误差换算成中径的数值2、螺纹的种类常用螺纹种类、特点及其应用见表2-1表2-1常用螺纹种类、特点及其主要用途种类牙型特点主要用途普通螺纹牙型角=60按螺距大小分为粗牙和细牙螺纹。应用广泛，一般用于连接和紧固。梯形螺纹牙型角=30牙根强度高。螺纹副精度高，轴向分力大。用于传递运动和动力锯齿形螺纹工作面牙侧角=3，非工作面牙侧角=30，一般为大径定心牙根强度高，螺纹副精度高，传动效率高，轴向分力大。用于单向受力的传力机构管螺纹55圆柱管螺纹牙型角=55公称直径近似为管子内径。(源于英制管螺纹)主要用于非密封管子的连接,与圆锥外螺纹配合可用于密封管子的连接55圆锥管螺纹英制管螺纹，牙型角=55公称直径近似为管子内径。用于密封管子的连接60圆锥螺纹与55圆锥管螺纹相似但牙型角=60 (源于美制管螺纹)用于密封管子的连接3、螺纹的公差和标记3.1普通螺纹的公差螺纹的公差带是由其相对于基本牙型的位置（基本偏差）和大小（公差等级）组成。普通螺纹国家标准(GB/T197-2003)规定外螺纹的上偏差（es）和内螺纹的下偏差（EI）为螺纹基本偏差。对于内螺纹规定了G和H两种位置，H的基本偏差为零，G的基本偏差为正值（见图3-1）。对于外螺纹规定了e、f、g和h四种位置，h的基本偏差为零，e、f、g的基本偏差为负值（见图3-2），具体数值可查阅国标GB 2516-2003普通螺纹 极限偏差螺纹公差带的大小由螺纹公差值确定，并按大小分为若干等级，内、外螺纹各直径的公差等级规定如表3-1所列。其中三级精度最高，9级精度最低，具体数值可查阅国标GB 197-2003普通螺纹 公差与配合表3-1 螺纹公差等级螺纹直径公差等级外螺纹中径d23、4、5、6、7、8、9外螺纹大径d4、5、6内螺纹中径D24、5、6、7、8内螺纹小径D14、5、6、7、8基本偏差和螺纹公差等级组成螺纹中径公差带，公差带的代号由公差等级数字和基本偏差代号组成，例如：6H，5g等等。3.2普通螺纹的标记普通螺纹的标记由螺纹特征代号、尺寸代号、公差代号、旋合长度代号和旋向代号组成，例如:M101-5g6g : 公称直径为10mm，螺距为1 mm的单线细牙普通外螺纹，中径公差带为5g顶径公差带6gM14ph6p27H-L-LH， 公称直径为14mm，导程为6mm，螺距为2 mm，中径公差和顶径公差的基本偏差为0，公差等级为7级，长旋合长度，左旋普通螺纹外螺纹4、普通螺纹的检验 普通螺纹有5个几何参数，即中径、大径、小径、螺距和牙侧角，其中，中径、螺距和牙侧角对螺纹的互换性和工作质量影响较大。一般来讲螺纹有两种检测方法，对于螺纹量规、螺纹刀具、测微螺纹等精密螺纹，是分别对中径、螺距和牙侧角给出公差并分项检查，对于广泛使用的紧固和连接用螺纹，是用螺纹量规对螺纹的单一中径和作用中径进行检查。螺纹作用中径是一个重要的概念，试想，一副M10的内螺纹和外螺纹，它们的中径、螺距、牙侧角和直线度都没有误差，在此条件下它们能够旋合，假设其他因素不变而只有外螺纹的牙侧角或螺距有误差，这时螺纹就无法旋合到一起了，当把内螺纹的中径适当的加大，这时螺纹副又可以旋合了，反之，当内螺纹的牙侧角或螺距有误差时，只要将外螺纹的中径适当的减小，这时螺纹副也可以旋合。这说明螺距误差和牙侧角误差可以转化中径当量加以考虑。 普通螺纹作用中径的定义是：在规定的旋合长度内，恰好包容实际螺纹的一个假想螺纹的中径 ，这个假想螺纹具有理想的螺距、半角及牙型高度，并另在牙顶处和底处留有间隙，以保证包容时不与实际螺纹的大、小径发生干涉。参考图3-1。从这个定义可以得出一个结论，既对于内螺纹，作用中径小于单一中径；对于外螺纹，作用中径大于单一中径。 4.1普通螺纹的综合检验 普通螺纹的综合检验是用螺纹量规对螺纹的单一中径和作用中径进行检查。 对于内螺纹作用中径，是用一个具有基本牙型和一定圈数的外螺纹量规来检验，合格的标志是能够顺利的与被检的内螺纹旋合通过，这个外螺纹量规叫作通端螺纹塞规。用通端螺纹塞规检验合格的内螺纹，说明其作用中径没有过小，当然单一中径也没有过小。但单一中径也不能过大，因此还要用一个止端螺纹塞规来检验，合格的标志是不能完全旋合通过被检内螺纹，故称止端塞规。止端塞规的功能是控制被检内螺纹单一中径不能过大，它应与螺距和牙侧角无关，因此它做成不完整的截短牙型和减少螺牙扣数。检验外螺纹是用螺纹环规，螺纹环规也分通端螺纹环规和止端螺纹环规。通端螺纹环规具有完整的牙型，用以控制被检外螺纹的作用中径，防止其过大，止端螺纹环规具有具有截短牙型，用以控制被检外螺纹的单一中径，防止其过小。4.2 螺纹量规的分类和使用规则 螺纹量规分为以下三类:(1) 工作量规 加工操作者在制造螺纹工件过程中所使用的螺纹量规(2) 验收量规 检验部门或用户代表在验收螺纹工件时所使用的螺纹量规(3) 校对量规 制造工作量规时和检验使用中的工作量规磨损情况时所使用的螺纹量规国家标准”普通螺纹量规”(GB3934-2003)对螺纹量规的名称、代号、功能和使用规则都作出了规定，有关内容见表4-1表4-1螺纹量规的名称、代号、功能和使用规则螺纹量规名称代号功能特征使用规则通端螺纹塞规T检查工件内螺纹的作用中径和大径具有完整的外螺纹牙型应与工件内螺纹旋合通过止端螺纹塞规Z检查工件内螺纹的单一中径具有截短的外螺纹牙型允许与工件内螺纹两端的螺纹部分旋合，旋合量应不超过两个螺距，对于三个或少于三个螺距的工件内螺纹，不应完全旋合通过通端螺纹环规T检查工件外螺纹的作用中径和小径完整的内螺纹牙型应与工件外螺纹旋合通过止端螺纹环规Z检查工件外螺纹的单一中径截短的内螺纹牙型允许与工件外螺纹两端的螺纹部分旋合，旋合量应不超过两个螺距，对于三个或少于三个螺距的工件外螺纹，不应完全旋合通过校通-通螺纹塞规TT检查新的通端螺纹环规的作用中径完整的外螺纹牙型应与新的通端螺纹环规旋合通过校通-止螺纹塞规TZ检查新的通端螺纹环规的单一中径截短的外螺纹牙型允许与新的通端螺纹环规两端的螺纹部分旋合，旋合量应不超过一个螺距校通-损螺纹塞规TS检查使用中通端螺纹环规的单一中径截短的外螺纹牙型允许与通端螺纹环规两端的螺纹部分旋合，旋合量应不超过一个螺距校止-通螺纹塞规ZT检查新的止端螺纹环规的单一中径完整的外螺纹牙型应与新的止端螺纹环规旋合通过校止-止螺纹塞规ZZ检查新的止端螺纹环规的单一中径完整的外螺纹牙型允许与新的止端螺纹环规两端的螺纹部分旋合，旋合量应不超过一个螺距校止-损螺纹塞规ZS检查使用中止端螺纹环规的单一中径完整的外螺纹牙型允许与止端螺纹环规两端的螺纹部分旋合，旋合量应不超过一个螺距从表4-1中可以看出国家标准没有验收螺纹量规，制造者和验收者都使用通、止螺纹量规检验螺纹工件，为了减少检验中的争议，标准中规定：操作者在制造工件螺纹的过程中应使用新的或磨损较少的通端螺纹量规和磨损较多或接近磨损极限的止端螺纹量规。对于检验部门或用户代表在验收工件螺纹时，应使用磨损较多或接近磨损极限的通端螺纹量规和新的或磨损较少的止端螺纹量规。标准还规定：当检验中发生争议时，若判断工件螺纹为合格的螺纹量规是符合国家标准规定的，则该工件螺纹应作合格处理。对于工件内螺纹小径D1和外螺纹大径d规定有公差，它们是在加工螺纹的前一道工序加工出来的，在加工螺纹的过程中尺寸会有些变化，这两个尺寸是用光滑极限量规检验的，这种量规的名称、代号、功能和使用规则见表4-2表4-2光滑极限量规的名称、代号、功能和使用规则量规名称代号功能特征使用规则通端光滑塞规T检查内螺纹小径外圆柱面应通过内螺纹小径止端光滑塞规Z检查内螺纹小径外圆柱面可以进入内螺纹小径的两端，但进入量不应超过一个螺距通端光滑环规或卡规T检查外螺纹大径内圆柱面或平行的两个平面应通过外螺纹大径止端光滑环规或卡规Z检查外螺纹大径内圆柱面或平行的两个平面不应通过外螺纹大径螺纹的综合检验是以螺纹量规的实际轮廓来检验被检螺纹各参数综合误差形成的实际轮廓。螺纹量规的“通端”可以控制被测螺纹的作用中径不得超出最大实体牙型的极限尺寸（d2max 或 D2min）并同时控制被测外螺纹小径最大极限尺寸d1max或内螺纹大径的最小极限尺寸Dmin 。螺纹量规的“止端”只控制被测螺纹的实际中径不超出最小实体牙型的极限尺寸（d2min 或 D2max）4.3螺纹量规的公差与偏差4.3.1螺纹量规的中径公差从表4-1可以看出，检验工件外螺纹由两个工作环规即：通端螺纹环规(T)止端螺纹环规(Z)，这两个环规各有三个校对规。这些量规的中径、公差带相对于工件外螺纹中径公差带的位置如图4-3所示，图中各代号的意义如下：Td2 工件外螺纹中径公差TR通端和止端螺纹环规中径的公差ZR通端螺纹环规中径公差带的中心线到工件外螺纹中径上偏的距离m通端或止端螺纹环规中径公差带中心线到“TT”或“ZT”校对螺纹塞规中径公差带中心线的距离WGO通端螺纹环规中径公差带中心线到其磨损极限（TS）之间的距离WNG止端螺纹环规中径公差带中心线到其磨损极限（ZS）之间的距离 TCP校对螺纹塞规的中径公差F1在截短螺纹牙型的轴向剖面内，由中径线和牙侧直线部分顶端之间径向距离F2在截短螺纹牙型的轴向剖面内，由中径线和牙侧直线部分末端之间径向距离从表4-1还可以看出，检验工件内螺纹有两个工作塞规，通端螺纹塞规(T)止端螺纹塞规(Z)。没有校对量规。这两个量规的中径、公差带相对于工件外螺纹中径公差带的位置如图4-4所示，图中各代号的意义如下：TD2 工件内螺纹中径公差TPL通端和止端螺纹工作塞规的中径公差ZPL通端螺纹塞规中径公差带的中心线到工件内螺纹中径下偏差的距离WGO (WNG)T(Z)塞规中径公差带中心线到其磨损极限的距离螺纹量规公差值和位置参数值列于表4-3表4-3 螺纹量规公差值和位置参数值 mm工件内、外螺纹的中径公差Td2；TD2TRTPLTCPmZR*ZPLWGOWNG通端螺纹环规通端螺纹塞规止端螺纹环规止端螺纹塞规245086610-40108765080107712-22129.597.580125149815261612.5129.512520018119188122117.51511.520031523141222121625.52119.5153155003018152720243327251950067038221833283241333123* ZR为负值，表示ZR位于公差TD2之外4.3.2螺纹量规的螺距公差螺纹量规的螺距公差如表4-4所列，它适用于单牙螺距误差和多牙螺距累计误差。表4-4 螺纹量规的螺距公差 mm螺纹长度14143232505080螺距公差TP0.0040.0050.0060.007表4-5 普通螺纹量规的中径公差和有关的位置要素 mm量规名称大径中径小径尺寸偏差尺寸偏差尺寸偏差通端螺纹塞规D+EI+ZPLTPLD2+EI+ZPLD1+EI具有间隙槽b2或圆弧半径止端螺纹塞规TPLD1+EI具有间隙槽b3或圆弧半径通端螺纹环规d+es+TPL具有间隙槽b1或圆弧半径d2+es-ZRD1+es校通-通螺纹塞规d+esTPLd2+es-ZR-md1+es-ZR-m具有间隙槽b2或圆弧半径校通-止螺纹塞规d2+es-ZR+2F1d2+es-ZR+d1+es-具有间隙槽b3或圆弧半径校通-损螺纹塞规d2+es-ZR+WGO+2F1d2+es-ZR+WGOd1+es-具有间隙槽b3或圆弧半径止端螺纹环规d+es+TPL具有间隙槽b3或圆弧半径d2+es-Td2-d2+es-Td2-2F1TR校止-通螺纹塞规d+esTPLd2+es-Td2-md1+es-Td2-m具有间隙槽b2或圆弧半径校止-止螺纹塞规d+es-Td2TPLd2+es-Td2d1+es-Td2具有间隙槽b2或圆弧半径校止-损螺纹塞规d+es-Td2TPLd2+es-Td2d1+es-Td2具有间隙槽b2或圆弧半径5 三针法测量外螺纹单一中径三针法是测量外螺纹单一中径的基本方法,在生产实践中广泛应用.5.1 基本原理和计算公式将三根公称直径d0相同的量针放在被测螺纹的牙槽内(如图5-1所示),用两个平行的平面测帽接触量针,再用仪器或量具测出M值,通过计算获得被测螺纹的中径d2。由图可知 （5-1）所以 （5-2）对于普通螺纹=60故 （5-3）公式（5-1）和（5-2）有一个前提条件，就是量针是在中径线上与螺纹牙侧接触的，这时量针直径与被测螺距保持一定关系即（=60） （5-4）5.2误差分析三针测量法是一种间接测量方法,由式(5-2)可知,M、d0、/2、及P的误差都将影响d2的测量结果，对式(5-2)全微分可得如下近似系统误差关系式 （5-5）式中：MM的测得值与公称值之差 d0测针直径的制造偏差 P，被测螺纹的螺距偏差和牙侧角偏差 d2 被测螺纹单一中中径偏差 P， 被测螺纹螺距与牙侧角的公称值 d0测针直径的公称值此外，螺纹螺旋升角和仪器测量力F也会引起螺纹中径的测量系统误差分别用L和LF表示，这样单一中径d2 总的系统误差为： （5-6）式中K0、K1、K2、K3 都是误差传递系数(1) M测量值的偏差M是测量仪器的测量误差误差传递系K0=1(2) 量针直径制造误差对中径测量值的修正值 （=60K1=3） （5-7）(3) 被测螺纹的螺距偏差对中径测量值的修正值 （=60） （5-8） (4) 被测螺纹的牙侧角偏差对中径测量值的修正值如果将改用角度（分）为单位（原式中为弧度，1=0.29110弧度）,P和d0以mm计算则 (mm) (5-9)(5) 螺纹螺旋升角对中径测量值的修正值 (5-10)(6) 仪器测量力F对中径测量值的修正值近似计算公式: (mm) (5-11)式中: F 实际测量力（N） K测量力为10N时的压陷量(mm)，K值可查表4-5表4-5 K值螺纹规格K值螺纹规格K值螺纹规格K值螺纹规格K值M10.25M1.20.25M1.40.3M1.60.35M20.4M2.20.45444333M2.50.45M30.5M3.50.6M40.7M4.50.75M50.8333322M61M81.25M101.5M121.75M142M162222222M182.5M202.5M222.5M243M273大于M303.5222111用三针法测量测量螺纹示例用三针法测量M101.5螺纹塞规单一中径，已知:塞规中径 d2max=9.041mm; d2mix=9.031mm测量三针直径名义值d0=0.866mm，实际值d01= d02 =d03=0.8651 实测数据如下： P=1.5002mm a/2=2953 M实测=10.3323mm 测量力 F=3N 试判断该螺纹量规中径是否合格解: (1) 验证最佳三针直径根据公式（5-4） d0=0.577P=0.8655mm，选用0.866mm的量针是正确的.(2) 计算中径实际值的公式中径实际值等于其实测值加上其修正值 即：d2实际= （）+(3) 量针直径制造误差对中径测量值的修正值 =-1.5(-1.8)=2.7m (4)被测螺纹的螺距偏差对中径测量值的修正值=0.8660.20.2m (5)被测螺纹的牙侧角偏差对中径测量值的修正值 =(0.50.866-0.31.5) (-7)0.1(mm) (6)螺纹螺旋升角对中径测量值的修正值 =-0.433(0.05)0.8661.732=-0.0016mm=-1.6 mm (7) 仪器测量力F对中径测量值的修正值 =20.45=1.5(mm)既：d2实际= （）+ =（10.3323-30.866+0.8661.5）+0.0027+0.0002+0.0001-0.0016+0.0015 =9.0364mm该螺纹量规合格.6 螺纹单项参数的光学测量方法6.1 中径螺纹中径的光学测量方法主要是在万能工具显微镜、万能测长仪或与这些仪器结构类似的仪器上用影像法、轴切法和干涉法进行测量。6.1.1 影像法图6-1 影像法测量中径 影像法测量螺纹中径时，直接用仪器分划板中的米字线压线瞄准被测螺纹对径两侧的中径位置附近的轮廓点，测量时只能移动横向导轨，在对径两个位置的横向测量读值之差就为被测螺纹中径。这种方法简便直观，但仪器照明光源及光圈、显微镜焦距调整以及被测螺纹轴线和测量轴线不完全平行等会给测量结果带来测量误差。为了减弱上述各项误差因素的影响，在仪器调整时应注意以下情况：(1) 焦距调整 由于螺纹面为复杂曲面，为防止因显微镜立柱倾斜而导致不能测量到螺纹轴截面，测量前应先使用对焦棒调整焦距以保证在通过螺纹轴线的截面内进行测量。(2) 光圈调整 测量螺纹时，照明光束投射到螺纹的螺旋面上，将产生成像误差，因此应按被测件的直径或曲率半径来调整光圈，测量螺纹中径的最佳光圈直径D可由下式给出：D= (6-1)其中：d2被测螺纹中径的名义值；a/2-被测螺纹牙侧角的名义值；F照明光源聚光透镜的焦距。(3) 显微镜立柱的倾斜 由于受螺纹升角y的影响，在目镜中看不到螺纹轴向截面的真实牙型轮廓，因而测量前需将显微镜立柱倾斜一个螺纹升角，以便用米字线瞄准螺纹轴向轮廓。当显微镜横向移动至螺纹另一牙侧时，显微镜立柱则向相反方向倾斜y角。螺纹升角y可以中径名义值进行计算： (6-2)其中：P被测螺纹螺距；n被测螺纹头数；d2被测螺纹中径的名义值。(4) 螺纹工件的安装 如果测量时螺纹工件安装不当，螺纹轴线将会对仪器轴线倾斜，从而给螺纹中径的测量结果带来误差。螺纹轴线的调整一般以小径（螺纹底径）为基准较为适宜，因为螺纹小径的加工和切制螺纹同时完成。调整时应参照两面小径的牙底来进行，以避免由于锥度带来的测量误差。同时为避免或减弱此项误差的影响，中径应分别在螺纹牙的左侧和右侧进行测量，取二者的平均值作为测量结果。6.1.2 轴切法轴切法的测量精度要优于影像法。该方法是利用测量刀上平行于刀刃的刻线来代替被测螺纹牙的轮廓线对准目镜中相应的米字线虚线来进行测量（如图6-2）。测量时必须使刀刃以摆动方式在螺纹轴向截面上与牙面相切，而不能沿牙面平行推移。一般0.3mm测量刀用来测量螺距为(0.53)mm的螺纹，0.9mm测量刀用来测量螺距为(36)mm的螺纹，对螺距小于0.5mm的螺纹，因为牙面太小，对刀困难，易产生大的测量误差，不宜使用轴切法。正确的对刀不正确的对刀 图6-3 轴切法测量中径图6-2 测量刀瞄准中径轮廓轴切法测量时需将光圈完全打开，中央显微镜换上3倍物镜，并在物镜的滚花圈上装上半镀银反光镜，以便用反射光照明测量刀刻线。在对刀时需倾斜立柱并调焦，使测量刀刃在视场中成像清晰。完成对刀后还需将立柱恢复至零位，如果发现测量刀刃像在视场中不清晰，就略微升降立柱以调焦至刀刃像清晰。其测量和数据处理方法同影像法相同，为消除螺纹轴线和测量轴线不平行对测量结果的影响，取螺纹牙左右两侧的测量平均值作为中径测量结果（如图6-3）。6.1.3 干涉法干涉法是利用光波干涉的原理，调小光圈，在螺纹工件的外轮廓附近产生明暗交替的干涉条纹，由于干涉条纹距离螺纹牙廓表面的距离相等，因此测量时米字线瞄准的是干涉条纹，而不用对螺纹牙轮廓压线，从而提高了瞄准精度。图6-4干涉法测量中径除瞄准方式不同外，干涉法测量和数据处理同影像法相同。6.2 螺距螺距P是相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离，因此测量时应沿螺纹的中径线位置测量。目前常用的方法是在万能工具显微镜上采用影像法、R目镜法、光学灵敏杠杆法、轴切法和干涉法等。6.2.1 影像法图6-5 影像法测螺距螺距的测量调整和中径的测量调整相同，需要进行焦距调整、光源光圈选择和显微镜立柱倾斜y角。测量时用米字线分别瞄准及测量被测螺纹的相邻两牙侧轮廓线，瞄准压线时应使米字线中心压在螺纹中径线附近（如图6-5），测量时只能移动纵向导轨，两次纵向读数之差即为被测螺距的实际值。为消除螺纹轴线对测量轴线倾斜造成的测量误差，要在螺纹牙的左右两侧各测一次，如图6-6，并按下式取其平均值作为螺距的测量结果。图6-6 螺距的测量6.2.2 灵敏杠杆法 测量时将灵敏杠杆的滚花螺母固定在3倍物镜上，并使其照明平行于纵向导轨移动方向，旋转其滚花调整环使灵敏杠杆测头在目镜中成像清晰，使测头与被测螺纹牙侧面中径位置处相接触。调整万工显纵向微动机构使灵敏杠杆的双刻线在目镜视场内和米字线的虚线相套，记录横向坐标作为定位数据，记录纵向坐标数据作为测量数据1。然后移动纵横向导轨，使灵敏杠杆测头与被测螺纹牙相邻牙侧面中径位置处接触，再移动横向导轨使灵敏杠杆至横向定位坐标处，调整万工显纵向微动机构使灵敏杠杆的双刻线在目镜视场内和米字线的虚线相套，记录纵向坐标数据作为测量数据2，测量数据1和2之差就为螺距实际值。同理，取左右牙侧面测量实际值的平均值作为螺距测量结果。6.2.3 轴切法和干涉法 螺距的轴切法调整与瞄准和中径的轴切法调整与瞄准相同，数据处理与螺距的影像法处理相同。螺距的干涉法调整与瞄准和中径的干涉法调整与瞄准相同，数据处理与螺距的影像法处理相同。由于螺距测量为差动测量，被测件直径和焦距对干涉条纹相对螺纹牙廓位置的的变化可消除，同时条纹瞄准精度又比较高，因此干涉法常用于大直径和小直径被测件的测量。6.3 牙侧角牙侧角可以在万能工具显微镜上使用影像法、轴切法和干涉法测量。6.3.1影像法 牙侧角的测量调整步骤和中径的测量调整步骤相同，也要仔细调整焦距、选择光源光圈及倾斜显微镜立柱。由于牙侧角测量不是长度测量，为提高测量分辨力，牙侧角测量时不使用米字线中心压线瞄准螺纹牙轮廓的方式，而是使用米字线对线瞄准的方式，即在米字线和螺纹轮廓边缘间留一条窄而均匀的光隙。测量时，先将米字线中心线对准螺纹轴线的垂线，然后旋转米字线分划板使米字线对线瞄准螺纹牙侧轮廓，使用角度目镜读取旋转角度值即为被测螺纹的左牙侧角(a/2)1，同理，可测量得到被测螺纹的右牙侧角(a/2)2。为了消除螺纹轴线和测量轴线不平行的影响（如图6-7），还要在螺纹另一侧进行测量，得到牙侧角(a/2)3和(a/2)4。分别计算左侧牙侧角的平均值和右侧牙侧角的平均值作为左右牙侧角测量值。如式(6-3)和(6-4)所示。1234图6-7 螺纹轴线和测量轴线不平行时的半角测量 (6-3) (6-4)用影像法测量牙侧角时，由于受到螺纹螺旋线的影响，使投影成像光线被所测量螺纹螺旋面挡住，引起成像歪曲，使轴向轮廓产生畸变，同时由外径向内逐渐增大，从而造成投影轮廓误差。为了避免轴向轮廓投影畸变的影响，显微镜立柱需倾斜一个螺纹升角y，此时所测得的牙侧角为法向牙侧角，比定义的轴向牙侧角值要小。同时调整仪器光源的光圈是按照被测螺纹中径名义值的公式(6-1)选择的，因为螺纹牙型轮廓直边分布在螺纹中径的内外不同直径上，所以所选择的光圈不适合内外不同直径位置上的牙型轮廓，由此产生的误差，使测得的牙侧角比实际值要大。对螺纹升角较小的普通螺纹，且测量精度要求不太高时，可认为这两项误差可相互抵消，都不作修正。但当螺纹升角较大或精度要求高时，应当将法向牙侧角值转换成规定的轴向牙侧角值，其公式如下： （6-5）PaanPny其中：-测量得到的法向牙侧角；-轴向牙侧角。图6-8 轴向牙侧角和法向牙侧角间关系图6.3.2轴切法 为了消除测量刀刃口和刻线之间的平行度误差对角度测量的影响，在使用测量刀刃瞄准被测牙侧时，不让它们接触，而使刀刃口和螺纹牙侧产生一条很窄的且光亮度等宽的光带，调整测角目镜的米字线，使其和光隙平行，测量螺纹牙侧角。牙侧角的测量步骤和数据处理与螺距的影像法处理相同。光学法测量螺纹中径、螺距和牙侧角的不确定度，一般可参考表6-1给出的数值。 表6-1 光学法测量单参数不确定度 单位：mm被测参数测量仪器测量方法中径d2 (mm)118 185050100中径d2万能工具显微镜影像法a=608.59.510a=30121314轴切法2.53.54.5大型工具显微镜轴切法456螺距P万能工具显微镜影像法345轴切法1.52.53干涉法1.523光学灵敏杠杆法22.53牙侧角a/2万能工具显微镜大型工具显微镜影像法l0.5mm(3+5/l)l0.5mm(3+3/l)万能工具显微镜坐标法L/l(0.004/L+0.003/l) 3500L-被测量直角边短边长度(mm)l-被测量直角边长边长度(mm)第二章 石油螺纹量规的测量国外将钻杆、钻挺、方钻杆、转换接头等钻具和油套管统称为油井管（OCTG），顾名思义下入油井里的管子，我们石油行业以前将之称为“石油专用管”，其实“石油专用管”还包括管线管（输送管）。油井管和管线管总称石油专用管。油井管年需求在一百余万吨左右（约占全世界的五分之一），耗资达100多亿元，油套管占总需求的90%左右。油井管由锥度螺纹将单根油井管连接而成，浅则数百米，深则数千米，甚至上万米。锥度螺纹具有上卸扣速度快，连接强度高，密封性好等优点。管柱在不同井段要长时间承受拉伸、压缩、弯曲、内压、外压和热循环等复合应力的作用。螺纹连接部位是最薄弱的环节，失效事故80%以上发生在螺纹连接处。因此，油井管螺纹主要应具备两个特性：（1）结构完整性，就是螺纹啮合后应具备足够的连接强度，不至于在外力作用下使结构受到破坏；（2）密封完整性，就是要能够保证含有数以百计螺纹连接接头的管柱在各种不同受力状态下承受内外压差（一般为几百个大气压）的长期作用而不泄露。螺纹连接强度和密封性能是油井管极为重要的两个技术指标。JJF11082012石油螺纹工作量规校准规范国际标准已更新 API STD 5B 19962008 SPEC 7 2002 ISO10424-2 2004 原校准规范的内容仅涵盖了钻杆、油管、圆螺纹套管，不能满足大家工作的需求。 对原规范的一些测量技术方法已几乎很少使用。 偏梯形套管螺纹量规的校准 本规范新增加了偏梯形套管工作量规的校准，偏梯形工作量规广泛用于石油钻井工程，其防止底层塌陷，保护油管、与油管通过封隔器将油气层与环形空间隔开。 偏梯形套管不同于其它石油螺纹工作量规，其特点是：牙侧角为3和10，牙型角为13，螺纹的密封主要是利用牙顶与牙底的接触来密封。 13 3/8以下锥度为1：16，16以上锥度为1：12，螺距为5.08（5牙/寸）；牙型高为1.575；。 注：13 3/8以下，螺纹齿顶、齿底与母线平行；16以上，螺纹齿顶、齿底与轴线平行。 其校准项目也与普通30牙型不同，其不需要测量中径，而是需要测量大径、齿高、螺距、锥度、齿槽宽、齿厚、牙侧角等参数，本校准规范依据其特点，制订了相应的测量方法管线管螺纹工作量规的校准 新增加了管线管工作量规的校准，管线管的测量参数与普通的油套管工作量规大体相同，但由于尺寸和螺距都较小，尤其对于工作环规来讲，以前其单项参数的测量是几乎很难实现的。现在由于科技技术的进步，已经可以对小尺寸内螺纹量规进行高精度单项参数的测量。 据此，新增了管线管工作量规的校准要求，使整个石油螺纹工作量规校准规范基本涵盖了所有石油管螺纹量规的检测。 因为API对旋转台肩式的螺纹量规的牙型进行了部分修改，因此对于量规的大小径产生了影响，因此对钻杆螺纹大小径依据新的API 标准进行了修订。 由于以前校准规范的测量方法已经过时，并且很少被使用，因此对前标准中给出的测量方法进行修订。新编制的测量方法主要依据坐标测量原理，并给出了相应的计算公式，便于工作人员使用更改了原校准规范中规定的“应补偿校对量规自配紧密距相对于其初始紧密距的差值” ， 现根据国际标准，不再进行补偿，直接采用实测值。在石油钻探、开采和管道运输中大量使用经过专门设计的螺纹连接，它们具有装拆容易、防止泄露和拉伸失效的功能，只有精确加工和准确检验的螺纹才能实现这些功能。为了保证石油螺纹连接几何尺寸的准确，在API规范和国家校准规范中都严格规定了石油螺纹的几何尺寸和公差以及螺纹的溯源传递体系。1石油螺纹量规的特点和种类1.1 种类石油螺纹量规按照螺纹的不同使用要求，分为旋转台肩式连接螺纹量规（钻具接头螺纹量规）、套管螺纹量规、圆螺纹油管螺纹量规、管线管螺纹量规和抽油杆螺纹量规。钻具接头螺纹量规按接头螺纹的形式分为：a)数字型（NC）（NC10-NC77）；b)正规型（REG）（2 3/8 REG-8 5/8 REG）；c)贯眼型（FH）（2 3/8 IF-5 1/2 IF）；d)内平型（IF）（3 1/2 FH-6 5/8 FH）。注：（1）内平型、贯眼型逐步在淘汰； （2）4FH-NC40互换； 2 7/8IF NC 31互换； 3 1/2 IF-NC 38 互换；4IF-NC46互换； 4 1/2IF-NC 50互换。互换只是基面中径相同，不影响旋合配对，但牙型不同，使用性能也大不一样，所以不能等同。旋转台肩式连接螺纹工作量规的计量特性见表1。表1 旋转台肩式连接螺纹工作量规计量特性塞规环规1基面中径-2螺距螺距3中径圆锥锥度中径圆锥锥度4牙侧角牙侧角5长度L长度LR6截顶截顶7自配紧密距S8互换紧密距 S1互换紧密距 S2套管螺纹量规按螺纹的类型分为a)短圆螺纹套管 STC（旧：CSG或STC）；b) 长圆螺纹套管 LG（旧：LCSG或LTC）；c) 偏梯型螺纹套管BC（旧：BCSG或BTC）；d) 直连形螺纹套管XC（旧：XCJG）。圆螺纹套管、油管和管线管螺纹工作量规计量特性见表2。表2 圆螺纹套管、油管和管线管螺纹工作量规计量特性塞规环规1基面中径-2中径圆锥锥度中径圆锥锥度3螺距螺距4牙侧角牙侧角5截顶截顶6长度L4长度L4-S7互换紧密距S1互换紧密距P1表3 偏梯形螺纹套管工作量规计量特性塞规环规1小端大径-2锥度锥度3螺距螺距4牙侧角牙侧角5牙型高度牙型高度6齿厚齿厚7齿槽宽齿槽宽8长度L4长度L4-S9互换紧密距S1互换紧密距P1圆螺纹油管螺纹量规按螺纹的类型分为a) 平式油管（不加厚）NU（旧：TBG或NUE）；b) 外加厚油管EU(旧：UP TBG或EUE)c）整体接头油管IJ（旧：IJTBG）。管线管螺纹量规的标记是LP。抽油杆螺纹量规的标记是CYG，抽油杆螺纹是圆柱螺纹，可用通规和止规分别控制螺纹的作用中径和单一中径。1.2 特点钻具接头螺纹量规、套管螺纹量规、圆螺纹油管螺纹量规和管线管螺纹量规都为锥螺纹，锥螺纹具有通过轴向位移来补偿连接部分直径误差的特点，因此具有互换程度高、结合紧密、装拆容易的特点。其锥度大多为1:16，例如圆螺纹套管、油管螺纹量规和管线管螺纹量规螺纹。为了提高装接速度和增强连接部分的可靠型，对管壁较厚的钻具接头螺纹量规，其锥度为1:4和1:6。 图1-1 圆螺纹牙型 图1-2 偏梯形螺纹牙型 这五种螺纹量规具有不同的螺纹牙型，图1-1是圆螺纹牙型，钻具接头螺纹量规、管线管螺纹量规、圆螺纹套管和油管螺纹量规都是这种牙型，其牙型角的平分线垂直于螺纹轴线，左右牙侧角对称相等，牙侧角为30。图1-2是偏梯形螺纹量规牙型，其承载牙侧角为3，前牙侧角为10。图1-3是直线型套管螺纹量规牙型，其承载牙侧角是6。 图1-3 直连型套管螺纹量规牙型表征石油螺纹量规的主要参数有：中径：指给定基面上，在垂直于螺纹轴线方向上的中径圆锥上的直径。中径圆锥是一个假想圆锥，该圆锥的母线通过锥螺纹牙凸和牙凹宽度相等的地方。大（小）径：在给定基面上，沿垂直于轴线方向测得的由外螺纹牙顶（底）和内螺纹牙底（顶）分别形成的圆锥上的直径。 螺距：相邻两螺牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 锥度：对圆螺纹量规和管线管螺纹量规，锥度定义为给定长度上的螺纹中径的增加量，单位为mm/m。对于偏梯形螺纹量规，锥度定义为外螺纹小径圆锥或内螺纹大径圆锥的直径变化，单位为mm/m。螺纹牙型角：螺纹两牙侧面之间的夹角。牙侧角：单个牙侧面与螺纹轴线的垂线间的夹角。对60对称螺纹，其牙侧角等于牙型角的一半，通常称为螺纹半角。对偏梯形螺纹，其前牙侧角为10，承载牙侧角为3。螺纹轴线：通过螺纹的纵向中心线。也是中径圆锥的轴线。紧密距：在规定条件下，旋合的内外锥螺纹其规定测量点或面之间的轴向距离。一对同级量规按规定条件旋合后的紧密距为配对紧密距。上下级量规按规定条件旋合后的紧密距为互换紧密距。1.3 螺纹量规单参数和紧密距间的关系紧密距是旋合长度上螺纹质量的综合体现，是螺纹检验的一个非常重要的参数。1） 当紧密距超差时，一定存在超差的螺纹单参数；2） 当螺纹各单项参数都合格时，其紧密距值一定在极限偏差范围内；3） 当紧密距符合极限偏差要求时，其螺纹各单项参数不一定都符合极限偏差的要求。这是因为螺纹是一个复杂的空间曲面体，它由许多几何参数构成，例如大径、中径、小径、牙侧角、螺距、螺纹长度、锥度、牙顶高和牙底高、牙顶和牙底圆弧半径等，当螺纹中一些单参数超出规定的极限偏差时，螺纹旋合后，其紧密距仍可能在极限偏差范围内。从理论上说，只有对螺纹的每一个参数都进行单独检测才能准确地确定螺纹的质量水平。但从经济方面考虑，对螺纹所有单参数进行测量是行不通的，另外各种参数对螺纹使用性能的影响是不同的，也没有必要控制螺纹的所有参数。然而一些超差的螺纹参数在实际使用中会影响螺纹的互换性和功能，是应该避免的。因此API规范和国家校准规范都规定新规和修复后的校对量规一定要校准单参数和紧密距两项指标，只有这两项指标都符合规范的要求时，才能判该副量规符合设计和使用要求；符合设计和使用要求的量规在周期校准时可以只校准紧密距，通过紧密距的变化来监控螺纹的几何尺寸质量和变化。2石油螺纹量规的量值传递和溯源国内石油螺纹的传递和溯源都遵循美国石油工业（API）标准。按照螺纹量规的精度和用途，石油钻具接头螺纹量规基准到螺纹工件的传递顺序为原始量规地区量规校对量规工作量规螺纹工件。原始量规是所有石油钻具接头量规的基准，保存在美国标准与技术研究院（NIST）。地区量规是各个地区或国家的钻具接头校对量规的基准，它是原始量规的下级标准，被保存在经API认可的不同国家的校准机构中（机构名