API螺纹中的全顶螺纹、完整螺纹和有效螺纹

1API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fullcrestedthread、完整螺纹perfectthread、有效螺纹在API5B的中文译版中，将fullcrestedthread和perfectthread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API5B表3、表6、表7、表9、表13、表14、表15中“Lc…”对应的是“fullcrestedthread…”，表9第五列“L7…”对应的是“perfectthread…”。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—fullcrestedthread：在API5B4.1.13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/T14791—93《螺纹术语》中的完整螺纹（（completethead））的定义是：“牙顶和牙底都完整的螺纹”。API5B中的完整螺纹（perfectthread）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：①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。②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+lp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，API5B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，因此可得出这样的判断：在API规范中，2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)111/2牙管线管L4－0.652L4－7.58牙管线管L4－0.937L4－7.58牙圆螺纹套管L4－1.125L4－98牙圆螺纹油管L4－1.00L4－910牙圆螺纹油管L4－0.90L4－8≤133/8偏梯形套管L7－0.4（L4－2.384）L7－2（L4c－11.9）≥16偏梯形套管L7－0.4（L4－1.888）L4－2（L4－9.4）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度完整螺纹长度c(牙数)111/2牙管线管L4－gL4－5.478牙管线管L4－gL4－5.478牙圆螺纹套管L4－0.5in(g=0.625in)L4－48牙圆螺纹油管L4－gL4－510牙圆螺纹油管L4－gL4－5≤133/8偏梯形套管L4－g=L7L4－9.92≥16偏梯形套管L4－g=L7L4－9.923．有效螺纹4．分析比较GB/T14791—93《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（completethead）的定义是合适的。但对于3锥管螺纹，就显出一定的局限性。3.1GB/T14791—93《螺纹术语》中的部分术语定义完整螺纹（completethead）：“牙顶和牙底都完整的螺纹”。不完整螺纹（incompletethead）：“牙顶不完整而牙底完整的螺纹”。螺尾（washoutthread/vanishthread）：“向光滑表面过渡的牙顶和牙底都不完整的螺纹”。有效螺纹（usefulthread）：“由完整螺纹和不完整螺纹组成的螺纹，不包括螺尾”。3.1API5B的相应术语全顶螺纹（fullcrestedthread）：“牙顶和牙底都完整的螺纹”。完整螺纹（perfectthread）：“在管径为D，锥度为K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（imperfectthread）：“非完整的螺纹，不包括螺尾”。不完整螺纹（incompletethead）：“非完整的螺纹，包括螺尾”。有效螺纹（effectivethread）：“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（blackcreastthread）：“由于原轧制表面未清除而形成的非全顶螺纹”螺尾runoutthread/vanishthread）：“向光滑表面过渡的牙顶和牙底都不完整的螺纹”。4问题Ⅱ表注中关于的L4注释的含义在表2、表5、表11螺纹尺寸公差中关于L4的注释：“在下述情况下L4是合格的：①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；②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L4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①也不符合注释的②。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L4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L4在上述负公差内即可。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①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②的含义。5问题Ⅲ关于偏梯形的位置对应扭矩（上扣标记问题）在API5B的图5给出了偏梯形套管的上扣三角形标记（见本文图2）及其图2.API5B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。图3.API5B的原图5全图——最新中文译本其二，在API5B的图5的下半部分（本文图3）给出的基本机紧上扣位置6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。API5A5（1997年16版）18.13.12节、API5B1（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08.552.91)(AN，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（N－A1）＋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，API5B原文‘Thefaceofthecouplingadvancestowithinonethreadturnofthebaseofthetrianglestampforminimumpowertight…’，在这里有固定搭配‘within20metresof…离某地不出20米远（见朗文当代）’，withina/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紧…”。7问题Ⅳ关于偏梯形螺纹牙型公差的设置关于API5B图6偏梯形螺纹牙型的公差设置㈠.1988年出版API5B—13版㈢图4.5B13版（图2.5）牙型公差特点：外螺纹槽宽0.100000.0003.0和牙厚0.100003.0000.0，未区分规格大小。㈡.1996年出版API5B—14版图5.5B14版（图6）牙型公差特点：外螺纹承载面牙顶过渡圆弧半径这0.008R002.0000.0，公差为负值。㈢.1998年对API5B—14版的勘误8图6.5B14版（1998年图6）牙型公差㈣.2004年对API5B—14版的修订特点①承载面槽底过渡圆弧0.008R000.0003.0②外螺纹槽宽0.100002.0000.0和牙厚0.100002.0000.0，区分规格大小的文字叙述错误。均为‘…andSmall’㈤.此次译文采用1998年对API5B—14版的勘误，理由为：①槽底的过渡圆弧公差应取负002.0000.0②槽宽的公差应取正002.0000.0③牙顶的过渡圆弧公差应取正④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。牙槽情况正好相反图7牙顶过渡圆弧示意图9问题Ⅴ外螺纹完整螺纹的位置计算API5B对完整螺纹的定位在5.1.4b)“最后一牙完整螺纹的位置：①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…”。这些位置是可以计算出来的，具体思路如下：图1完整螺纹相对位置标准中给出了中径E1和其长度L1，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：｛D－〖E1+2（1/2H－Scs）〗｝÷（L全顶－L1）=1÷16L全顶=L1+16｛D－〖E1+2（1/2H－Scs）〗｝式中：L1处螺纹的外径为E1+2（1/2H－Scs）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规定为L4－g，对于偏梯形套管规定为L7对于圆螺纹套管