API螺纹中的全顶螺纹、完整螺纹和有效螺纹

1、API螺纹中的全顶螺纹、完整螺 纹和有效螺纹API 螺纹中的全顶螺纹、完整螺纹和有效螺纹杨力能 （中国石油天然气集团公司管材研究所 陕西 西安 710065） 关键词： 全顶螺纹 full crested thread 、完整螺纹 perfect thread 、有效螺纹在 API 5B 的中文译版中，将 full crested thread 和 perfect thread 都翻译成“完整螺纹” 。 实际上，对于 API 锥管螺纹，他们是两个不同 的概念。在 API 5B 表 3、表 6、表 7、表 9、表 13、表 14、表 15中“Lc”对应的是“full crested thread

2、 ”，表 9 第五列“L 7”对应的是“perfect threa d”。很显然，他们表示的是不同的概念， 如果不加以区分，将影响对标准的理解和执行。 1 全顶螺纹和完整螺纹的含义 1.1 全顶螺纹全顶螺纹 full crested thread ：在 API 5B4.1.13 有如下说明：“ 所要求的全顶螺纹最小长 度由表 3、6、7、9、12、13、14 和 15 中的Lc 确定。非全顶螺纹在过去和现在都被认为是由 于原轧制表面未清除而形成的“黑顶螺纹” 。“黑 顶螺纹”是一个惯用的说明性术语，但是必须指 出，非全顶螺纹也可能不是黑顶的。对于 Lc 范 围内的非全顶螺纹及原始管子外径或加厚

3、表面， 不得用机械或手工方式修整而使其看似为全顶 螺纹 ”。 全顶螺纹首先应该牙顶完整。1.2 完整螺纹：GB/T1479193螺纹术语中的完整螺纹 (complete thead)的定义是：“ 牙顶和牙底都 完整的螺纹 ”。API 5B 中的完整螺纹( perfect thread )在 5.1.4 节有关于完整螺纹定位的叙述： “ a) 第一 牙完整螺纹的位置： 对于外螺纹是最靠近倒角的 螺纹， 对于内螺纹是最靠近端面的螺纹。 其牙底 两侧都是完整螺纹。 b) 最后一牙完整螺纹的位 置：外螺纹最后一牙完整螺纹的位置， 油管和 管线管是在距外螺纹端面 (L4-g )处，偏梯型套管 是在距外螺

4、纹端面 L7 处；圆螺纹套管是在管端 至最后划痕(最后螺纹槽)螺纹消失点长度 0.500in 处。对于套管，管端至最后一牙完整螺 纹的距离称为螺纹参数控制长度，即 TECL。 内螺纹最后一牙完整螺纹的位置， 是在距离接箍 的自然中心或整体连接油管内螺纹小端 J+l p 处”。在这里，没有对完整螺纹有一个明确的定 义，但从其所覆盖的螺纹范围来看是大于全顶螺 纹最小长度 Lc，因此， API 5B 中所涉及的完整 螺纹一定包含部分非全顶螺纹。根据油管最后一牙在距外螺纹端面( L4-g )处，通过计算 ( L4-g )处的外螺纹大径可以得出， 该处的螺纹大径和油管外径 D或加厚区 D0 相等， 因此

5、可得出这样的判断： 在 API 规范中，完整螺 纹是指在理想状态下，外径为 D(加厚区为 D0) 的管子所能加工出的所有全顶螺纹， 该范围为完 整螺纹长度。但由于实际的管加工受管端不圆 度、定位偏心等因素的影响， 在完整螺纹长度内， 存在一定数量的非全顶螺纹， 这部分非全顶螺纹 也被认为是完整螺纹。 为区别牙顶完整的那一部 分完整螺纹，给出了全顶螺纹这一术语。2 全顶螺纹最小长度 Lc 和完整螺纹长度2.1 全顶螺纹最小长度 Lc在 Lc 范围内，一般不允许存在非全顶螺纹， 但考虑到偏梯形螺纹的牙顶宽度较大且平行于 母线（或轴线），允许偏梯形螺纹 Lc 范围内存在 一定程度的非全顶螺纹（见标准

6、规定） 。全顶螺 纹最小长度 Lc 的数值见表 1表 1. 全顶螺纹最小长度 Lc螺纹类型全顶螺纹最小长 度 Lc（in ）全顶螺纹最小长 度 Lc（牙数 ）11 1/2 牙管 线管L40.652L47.58 牙管线管L40.937L47.58 牙圆螺纹 套管L41.125L498 牙圆螺纹L41.00L495油管10 牙圆螺纹 油管L40.90L48 13 3/8 偏 梯形套管L7 0.42.384 )(L4L7 211.9)( L4c 16 偏梯形L7 0.4(L4L42(L4套管1.888 )9.4)2.2 完整螺纹长度 完整螺纹长度的数值见表 2表 2. 完整螺纹长度螺纹类型完整螺纹长

7、度完整螺纹长度c(牙数)11 1/2 牙管线管L4gL45.478 牙管线管L4gL45.478 牙圆螺纹套 管L4 0.5in(g=0.625in)L448 牙圆螺纹油 管L4gL4510牙圆螺纹油管L4gL45 13 3/8 偏梯形L4g=L7L49.926套管16偏梯形套 管L4 g=L7L49.923 有效螺纹4 分析比较GB/T1479193螺纹术语的大多数术语 是根据圆柱螺纹得出来的。 在圆柱螺纹中， 由于 没有产生黑顶螺纹的锥度原因，完整螺纹 ( complete thead)的定义是合适的。但对于锥 管螺纹，就显出一定的局限性。3.1 GB/T14791 93螺纹术语中的部分术

8、语 定义完整螺纹( complete thead)：“ 牙顶和牙底都完整的螺纹 ”。不完整螺纹( incomplete thead )：“ 牙顶不 完整而牙底完整的螺纹 ”。螺尾( washout thread / vanish thread )：“向光滑表面过渡 的牙顶和牙底 都不完整的螺 纹”。有效螺纹( useful thread )：“ 由完整螺纹和 不完整螺纹组 成的螺纹，不包 括螺尾”。3.1 API 5B 的相应术语全顶螺纹( full crested thread )：“ 牙顶和牙 底都完整的螺纹 ”。完整螺纹( perfect thread )：“在管径为 D ， 锥度为 K

9、 的 条件下，理论 上所能加工 的所有牙顶和牙底都完 整的螺纹 ”。不完整螺纹 (imperfect thread )：“非完整的螺纹，不包括 螺尾”。不完整螺纹( incomplete thead )：“ 非完整的螺纹，包括 螺尾”。有效螺纹( effective thread )：“ 由完整螺纹和不完整螺 纹组成的螺 纹，不包括螺 尾”。黑顶螺纹( black creast thread )：“由于原轧制表面未清除而形成的非全顶螺纹问题 表注中关于的 L4 注释的含义螺尾 runout thread / vanish thread ）：“ 向光的螺纹10在表 2、表 5、表 11 螺纹尺寸

10、公差中关于 L4 的注释：“在下述情况下 L4是 合格的：若从管端至螺纹消失点平面 （位于管子外径最大处 ）的距离在上述负公 差内；若从管端至螺纹消失点平面 （位于管子外径最小处 ）的距离在上述正公差 内”。而在表的正文中又有关于 L 4的公差，两者看似矛盾，因为在管径偏差为 0 的理想状态下，管子的螺纹全长 L4 的偏差也为 0，此时既不符合注释的也 不符合注释的。事实上，该处的注释应理解为：a） 当管子的外径为负偏差且存在一定的不圆度和偏心，在加工螺纹时很有 可能造成管子的螺纹全长 L 4过短而不合格， 这时，允许制造厂切头在管子的 最大外径处重新加工螺纹， 只要 L 4在上述负公差内即可

11、。 在注释中只说是管 子外径的最大处，此时管子外径可能还处在负公差的范围内。所以不能理解 为：在管径正偏差时， 一定要求 L4 的处于负公差的范围。 这就是注释的含 义。b） 同样的道理，当管子的外径为正偏差时，加工的螺纹的时很有可能因L4过长而不合格，这时，允许制造厂切头在管子的最小外径处重新加工螺纹， 只要 L4 在上述正公差内即可。 在注释中只说是管子外径的最小处， 此时管子 外径可能还处在正公差的范围内。所以不能理解为：在管径负偏差时，一定 要求 L4 的处于正公差的范围。这就是注释的含义。11问题 关于偏梯形的位置对应扭矩（上扣标记问题）在 API 5B 的图 5 给出了偏梯形套管的

12、上扣三角形标记（见本文图 2）及图 2. API 5B 的原图 5三角形标记部分标注。原来的译文为“接箍在进入三角形标记底边后的一牙为最小机紧” ，这 次修订将其译为“接箍在进入三角形标记底边前的一牙为最小机紧” 。主要原 因如下：首先，从现场检验和下井作作业层面上讲，操作者不可能能够清晰的判 断接箍的端面是进入到三角形底边一牙还是不足一牙（这关系到上扣位置合格 与否），因为此时的测量参照基准三角形底边已经埋没于接箍之内。如果真 的要机紧到相应位置， 5B 标准的制定者应将三角形标记的位置 A1 向后延伸一 牙，以便于现场作业。12图 3. API 5B 的原图 5 全图最新中文译其二，在 A

13、PI 5B 的图 5 的下半部分（本文图 3）给出的基本机紧上扣位置正好处在三角形的底边处（因为接箍端面和管子端面的位置为A1，A1 即为三角形标记相对于管端的位置） 。在这里机紧扭矩的顺序为：最大上扣机紧、基本上 扣机紧、最小上扣机紧，机紧位置的顺序也不应该成为基本上扣机紧位置、最 小上扣机紧位置、最大上扣机紧位置。其三， API 标准的印证。 API 5A5（1997年 16 版） 18.13.12 节、API 5B1 （1999年15版）5.3.1.2节对工厂端接箍上扣位置的验收公差为 （N A1） 9.52 ，测 量从接箍外露端向内测其与机紧管端的距离，其最小位置（应对应最小扭矩） 为

14、（NA1）0.2in ，即为“接箍在进入三角形标记底边前的一牙为最小机紧” 。其四，现场观察国外进口偏梯形套管三角形上扣标记位置，显示接箍端面 有在三角形底边外的，有在底边内的，也有与底边平齐的。如果原中译本翻译 的是正确的，那么进口偏梯形套管上扣标记位置就有很大部分不合格。当然， 这种可能性微乎其微。其五， API 5B 原文 The face of the coupling advances to within one thread turn of the base of the triangle stamp for minimum power tigh t ，在这里有固 定搭配withi

15、n 20 metres o f 离某地不出 20米远（见朗文当代），within a/the n 才是在之内。综上所述，正确的位置为“接箍在进入三角形标记底边前的一牙为最小机13问题 关于偏梯形螺纹牙型公差的设置关于 API 5B 图 6偏梯形螺纹牙型的公差设置 .1988年出版 API 5B 13版图 4. 5B 13 版（图 2.5）牙型公差特点：外螺纹槽宽 0.100 00.000030和牙厚 0.100 00.000003，未区分规格大小 .1996年出版 API 5B14版图 5. 5B 14 版（图 6）牙型公差特点：外螺纹承载面牙顶过渡圆弧半径这 0.008R 00.000002

16、，公差为负值14 .1998年对 API 5B 14版的勘误图 6. 5B 14 版（ 1998 年图 6）牙型公差 .2004年对 API 5B 14版的修订 特点承载面槽底过渡圆弧 0.008R 00.000030外螺纹槽宽 0.100 00.000002和牙厚 0.100 00.000002，区分规格大小的文字叙述错误。均为 and Small .此次译文采用 1998年对 API 5B 14版的勘误，理由为：槽底的过渡圆弧公差应取负 0.0000.002槽宽的公差应取正 0.0000.002 牙顶的过渡圆弧公差应取正 牙宽的公差应取负这样内外螺纹在配合时才不会干涉而发生粘扣现象。 见图

17、 7，牙顶过渡圆弧半径去负（ R1的情况）时向外凸出，半径去正（ R2 的情况）时向内收敛。 牙槽情况正好相反15R2I的是正公基；Hi耽的是負公更-图7牙顶过渡圆弧示意图16问题 外螺纹完整螺纹的位置计算API 5B 对完整螺纹的定位在 5.1.4b） “最后一牙完整螺纹的位置：外螺 纹最后一牙完整螺纹的位置，油管和管线管是在距外螺纹端面（L4-g）处，偏梯型套管是在距外螺纹端面 L 7处；圆螺纹套管是在管端至最后划痕（最后螺纹槽） 螺纹消失点长度 0.500in 处。对于套管，管端至最后一牙完整螺纹的距离称为 螺纹参数控制长度， 即 TECL ”。这些位置是可以计算出来的， 具体思路如下：

18、图 1 完整螺纹相对位置标准中给出了中径 E1和其长度 L 1，而完整螺纹为理想条件下的全顶螺纹， 其最后一牙的螺纹大径正好等于管子外径 D（或加厚区外径 D0），假设螺纹锥度 为 1/16（其它锥度类似） 。有如下关系式：DE1+2（1/2HScs）（L 全顶L1）=116L 全顶 =L1+16D E1+2（1/2HScs） 式中： L 1处螺纹的外径为 E1+2（1/2HScs） 通过计算，可得出圆螺纹油管：L 全顶=L4 g 对于偏梯形螺纹和管线管螺纹，由于他们的牙顶有一定的宽度，且平行 于圆锥母线或轴线，得出来的 L 全顶略大于 L4 g，考虑到牙顶宽度的影响，完整 螺纹长度对于管线管

19、规定为 L 4g，对于偏梯形套管规定为 L7 对于圆螺纹套管，可能是考虑到部分有效螺纹的作用，规定了完整螺纹 长度为 L40.500in（定义为 Thread Element Contral Length ），但在表 5 套管圆 螺纹尺寸公差中规定螺距的测量范围为 L4g，这和 5.1.5 规定的测量范围矛盾 （但在 5.1.5 注中确给出了圆套的 g=0.625）。17问题 接箍螺纹轴线重合度、 几个术语和基本概念一）术语同心度： concentricity同轴度： coaxiality直线度： straightness对中、成一直线、准直： alignment不对中、不成一直线： misa

20、lignment角度位移： angular misalignment（二）概念1、同轴度：被测实际轴线相对于基准轴线（或公共基准轴线）的变动程度。2、同轴度误差：是包容实际轴线，且与基准轴线（或公共基准轴线）同轴的位 置最小包容区域的直径（即包容圆柱体的直径） 。3、直线度：被测实际直线相对于理想（基准）直线的变动程度。理想直线的位 置应符合最小条件，实际应用中有给定一个方向、给定相互垂直的两个方向 和任意方向上的直线度的技术要求。（三）本规范适用术语本规范选用了 alignment 和 misalignment ，且定量指标不同于同轴度和直线 度，因而不能翻译为同轴度或直线度。本文选用“重合

21、度”或“不重合度” 。定义：（见 API 5B5.1.34 ）接箍的两个相对螺纹圆锥的轴线应呈一直线贯穿接箍内孔二、 “重合度”或“不重合度”的定量指标 1、角度位移：被测接箍的一个或两个螺纹圆锥相对于其轴线中心线的角度偏差。 角度偏差的投影在轴线上不得超过 0.75in 20ft， 见角度偏差示意（图 8）182、同心度：被接箍的一个或两个螺纹圆锥相对于其轴线中心线的同心度偏差轴线中心偏移不得超过 0.031in。 见中心偏移示意图（图 9）根约 1 英尺长的加长轴和一个圆盘。在图 10 检查接箍螺纹轴线测量方法标准规定了两种测量方法1、 如图 10 所示仪器，先将接箍旋合到一根具有螺纹的试验用心轴上，该 心轴已与车床的主轴或类似车床的主轴精确对中。然后，在接箍的另一端旋 入一根带螺纹的部件，该部件带有 心轴转动的同时带动接箍转动。接箍螺纹的同心度可通过固定 在紧靠接箍端面的圆盘外圆上的杠 杆表来确定。该杠杆表承受径向测量 力。测量原理示意图见图 9角度位移可通过固定在加长轴 外圆上（承受径向测量力） 的杠杆表 测定，测量原理见图 8。或通过固定 在圆盘端面 （平行于接箍端面） 上的 杠杆表（该表承受轴向测量力） 测定。 测量原理见图示意图 12。重合度的典型仪器2、如图 11 所示的接箍螺纹轴线重合