NO342995B1

NO342995B1 - Gjenget kobling for stålrør

Info

Publication number: NO342995B1
Application number: NO20090999A
Authority: NO
Inventors: Kunio Goto; Shigeo Nagasaku; Shigeo Onishi; Hiroaki Ikegami
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil & Gas France Sas; Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2018-09-17
Also published as: AR062776A1; BRPI0716886B1; PL2059704T3; RU2406003C1; US8857857B2; MX2009002768A; CA2663252A1; BRPI0716886A2; CN101517300B; EP2059704A4; US20090236850A1; EP2059704B2; EP2059704B1; ES2421882T3; WO2008032872A1; NO20090999L; JP5028923B2; CN101517300A; JP2008069883A; CA2663252C

Abstract

En gjenget kobling for stålrør som har utmerket rivemotstand, rustforebyggende egenskaper og lufttetthet uten bruk av et smørefett, omfatter en stift og en kasse som hver har en gjenget del og en ugjenget del for metall-til-metallkontakt som fungerer som kontaktflater. Kontaktflatene til minst én av stiften og kassen er belagt med en flerlagsstruktur omfattende, nedenfra, et første lag som er fremstilt av et første metall eller legering, et andre lag som er fremstilt av et andre metall eller legering som er mykere enn det første metallet eller legeringen, og et øvre lag av et fast smørende belegg som omfatter et smørende pulver i et organisk eller uorganisk bindemiddel.

Description

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse angår en gjenget kobling for stålrør og spesielt en gjenget kobling for bruk ved sammenkobling av rørledninger for oljefelt. Nærmere bestemt angår foreliggende oppfinnelse en overflatebehandling for en slik gjenget kobling.

En gjenget kobling for stålrør i henhold til foreliggende oppfinnelse kan utvise utmerket rivemotstand uten anvendelse av smørefett på de gjengede koblingene når de brukes for å koble rørledninger for oljefeltet, og som inneholder store mengder skadelig pulver av tungmetaller.

Følgelig kan en gjenget kobling for stålrør i henhold til foreliggende oppfinnelse unngå de negative effektene på helse og det globale miljøet som er forårsaket ved bruk av smørefett.

Bakgrunnsteknikk

Rørledninger for oljefelt er rør og fôringsrør som brukes for å bore oljebrønner for utvinning av råolje eller gassolje. De kobles vanligvis til hverandre ved bruk av gjengede koblinger. Tidligere har dybden på oljebrønnene vært 2000 til 3000 m, men i senere tid har oljefelt på dyp sjø kunne nå 8000 til 10000 m.

Innenfor sitt bruksområde kan en gjenget kobling for rørledninger for oljefelt utsettes for en belastning i form av en aksial strekkraft forårsaket av vekten av oljefeltsrørledningene og koblingene som er koblet til disse, et kombinert indre og ytre trykk og varme fra undergrunnen. Derfor må en gjenget kobling opprettholde en lufttett kobling uten brudd i et slikt strengt miljø.

En typisk gjenget kobling som brukes for kobling av rørledninger for oljefelt, har en tapp-og-muffeutforming omfattende en utvendig gjenge dannet på den utvendige overflaten av hver endedel (tapp) av en rørledning for oljefelt og en innvendig gjenge på den indre overflaten (muffen) av en kobling (et gjenget koblende element). En ugjenget del for metall-til-metallkontakt er dannet på fremsiden av den utvendige gjengen til tappen og på innsiden av den innvendige gjengen til muffen. Ved å sette én ende av rørledningen for oljefeltet inn i koblingen og stramme den utvendige gjengen og den innvendige gjengen, kommer de ugjengede delene for metall-til-metallkontakt i tappen og muffen tett i kontakt med hverandre for å danne en metall-til-metallforsegling og derved oppnå lufttetthet i koblingen. Dermed har hver av tappen og muffen en kontaktflate i sin gjengede del og i sin ugjengede del for metall-til-metallkontakt.

Som følge av forskjellige problemer kan det, ved senkning av rør eller fôringsrør i en oljebrønn, være tilfeller hvor en gjenget kobling som er blitt strammet, har løsnet etter at røret eller fôringsrøret er blitt midlertidig løftet ut av oljebrønnen, og deretter er koblingen blitt strammet igjen før senkning av røret eller rørstrengen. API (American Petroleum Institute) krever at en gjenget kobling for rørledninger for oljefelt har tilstrekkelig rivemotstand for å gjøre det mulig å stramme og løsne ti ganger for en kobling for rør og tre ganger for en kobling for fôringsrør uten at riving forekommer (ureparerbart kraftig griping) mens lufttetthet opprettholdes.

For å øke rivemotstand og lufttetthet ved stramming av en gjenget kobling påføres en viskøs smørevæske kjent som ”smørefett” som inneholder store mengder tungmetallholdig pulver på kontaktflatene til koblingen (det vil si de gjengede delene og de ugjengede delene for metall-til-metallkontakt). En slik smørefett spesifiseres av API BUL 5A2. Smørefett har også effekten av å forhindre overflaten i å ruste.

For at en gjenget kobling skal holde på smørefettet bedre, og for å forbedre glideegenskapene til koblingen, er det blitt foreslått at kontaktflatene til en gjenget kobling utsettes for overflatebehandling valgt fra nitridbehandling, forskjellige typer plettering, slik som sinkbasert plettering og dispergert plettering, behandling ved kjemisk fosfatkonvertering og lignende for å danne ett eller flere lag som har økende overflateruhet. Bruk av smørefett gir, imidlertid, bekymringer i forhold til ringvirkninger på helse og miljø, som beskrevet nedenfor.

Smørefett inneholder store mengder tungmetallpulver, slik som bly, sink og kobber for å gi fettet tilstrekkelig smøreevne og korrosjonsmotstand. Når en gjenget kobling med påført smørefett strammes, vaskes eller presses det påførte fettet vekk og ut til utsiden av koblingen. Dette kan gi ringvirkninger på miljøet og spesielt på marint liv på grunn av det farlige innholdet av tungmetaller, slik som bly. I tillegg er påføringsprosessen for smørefett skadelig for arbeidsmiljøet og det kan være skadelige helseeffekter for mennesker som følge av de skadelige bestanddelene.

Etter at OSPAR-konvensjonen (Oslo-Paris konvensjonen), som tok for seg forebygging av forurensning av det marine miljøet i Nordøst-Atlanteren, trådte i kraft i 1998, har strenge miljøkrav økt globalt, og i noen områder er bruk av smørefett allerede regulert ved forskrifter. Følgelig, for å unngå ringvirkninger på helse og miljø ved boring av gass- og oljebrønner, foreligger det et behov for en gjenget kobling som kan utvise utmerket rivemotstand uten bruk av smørefett.

Patentdokument 1, angitt nedenfor, kan for eksempel brukes som en gjenget kobling for kobling av rørledninger for oljefelt uten anvendelse av smørefett.

Dokumentet beskriver en kobling for stålrør som har minst tre lag dannet ved overflatebehandling, omfattende et nederste nitridlag, et mellomliggende kjemisk konverteringslag dannet ved manganfosfatbehandling og et øverste fast smørelag. Selv om formålet er vesentlig forskjellig fra foreliggende oppfinnelse, beskriver patentdokument 2, angitt nedenfor, en gjenget kobling for rørledninger for oljefelt som har en nedre plettert lag med et mykt metall, slik som Cu, Zn, Sn eller Pb, og et øvre plettert lag med et hardt metall, slik som Cr, Mo eller W. Patentdokument 3, angitt nedenfor, beskriver en gjenget kobling for rørledninger for oljefeltet som har et nedre beleggslag av et materiale slik som Ni, som har et smeltepunkt som er høyere enn brukstemperaturen til koblingen, og et øvre beleggslag av et materialet slik som Sn, som har et smeltepunkt som er lavere enn brukstemperaturen til koblingen.

Dokumentliste

Patentdokument 1: JP H08-105582 A1

Patentdokument 2: JP S60-022695 A1

Patentdokument 3: JP H05-149486 A1

EP 0500482 A1 vedrører et antifriksjonsbelegg for gjengede koblingsrør.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Den gjengede koblingen som er beskrevet i patentdokument 1, har ulempene ved at det faste smørende belegget slites av relativt tidlig som følge av dårlig adhesjon til underlaget, og også at det er vanskelig å holde på det smørende pulveret som frigis fra belegget når den slites på slitasjeoverflaten for å bidra til smøringen. Dermed, spesielt i tilfellet med rørledninger for oljefeltet som er fremstilt av høylegert stål hvor riving skjer lett, er ikke rivemotstanden tilstrekkelig for å forhindre riving ved gjentatt stramming og løsning av koblingen.

Patentdokument 2 og patentdokument 3 angår begge flerlagsbelegg med et mykt metall og et hardt metall på en gjenget kobling. Den gjengede koblingen som er beskrevet i patentdokument 2, er imidlertid basert på anvendelse av et smørefett for å sikre at koblingen har tilstrekkelig rivemotstand og lufttetthet. Dermed er det ikke mulig å unngå negative effekter på helse og miljø som følge av smørefettet. Den gjengede koblingen beskrevet i patentdokument 3, kan utvise en lufttetthet ved smelting av det øvre belegglaget ved brukstemperaturen, men dens effekt på rivemotstand og rustforebygging reduseres etter hvert som stramming og løsning av koblingen gjentas på grunn av nedbrytning av det øverste laget.

Det er et mål ved foreliggende oppfinnelse å sørge for en gjenget kobling som unngår problemene ved tidligere teknikk, som er beskrevet ovenfor. Et mer spesifikt mål ved oppfinnelsen er å sørge for en gjenget kobling for stålrør som har utmerket rivemotstand, rustforebyggende egenskaper og lufttetthet, hvorved den kan hemme dannelse av rust og opprettholde utmerket rivemotstand og lufttetthet uten en smørefett selv når oljefeltsrørledningen som skal kobles til koblingen er fremstilt av høylegert stål og stramming og løsning av koblingen gjentas.

For å gi en gjenget kobling for en oljefeltsrørledning det ovenfor beskrevne rivemotstandsnivået som API krever, spesielt en oljefeltsrørledning fremstilt av høylegert stål hvor riving forekommer lett, uten bruk av en smørefett, er det en stor fordel å bruke et fast smørende belegg som det øvre overflatebehandlingslaget som foreslått i patentdokument 1. Som angitt ovenfor med hensyn til dokument 1, hvis adhesjon av det faste smørende belegget ikke er tilstrekkelig, er imidlertid effekten av forbedring i rivemotstand ved det faste smørende belegget svært begrenset. I patentdokumenter 2 og 3, som ikke er basert på dannelse av et fast smørende belegg, foreligger det ingen beskrivelse av en komponent som kan oppnå høy rivemotstand basert på bruk av et fast smørende belegg.

Som et resultat av grundige undersøkelser av hvilke typer overflatebehandling som er egnet for å kunne oppnå konsekvent høy rivemotstand når det øvre overflatebehandlingslaget er et fast smørende belegg, ble det funnet at en kombinasjon av to lag av underbelegg, det vil si et første lag av et relativt hardt metall eller legering dannet på grunnmetallflaten av stål og et andre lag av et relativt mykt metall eller legering dannet på det første laget og under det faste smørende belegget, er effektiv for å øke adhesjon av overflatebehandlingslagene til grunnmetallflaten. I tillegg, ettersom en bestanddel fra smøremiddelet i det faste smørende belegget frigis fra belegget, tvinges inn i det underliggende myke andre laget, og integreres deri ved trykket som påføres under stramming, opprettholdes en smørende effekt selv etter at det faste smørende belegget er blitt slitt vekk. Dette gjør det mulig å oppnå en konsekvent rivemotstand. Det ble også funnet at det finnes et foretrukket område for hardhet for det første laget og det andre laget, for overflateruhet for det andre laget og for tykkelse på hvert lag.

Foreliggende oppfinnelse er en gjenget kobling for stålrør omfattende en tapp og en muffe som hver har en gjenget del og en ugjenget del for metall-tilmetallkontakt som fungerer som kontaktflater for koblingen når de strammes uten anvendelse av et smørefett, hvori kontaktflatene til minst én av tappen og muffen er belagt med en flerlagsstruktur omfattende, nedenfra, et første lag fremstilt av et første metall eller legering, et andre lag fremstilt av et andre metall eller legering som er mykere enn det første metallet eller legeringen, og et fast smørende belegg som det øverste laget, hvor det første laget har en beleggtykkelse på 2-15 μm, det andre laget har en beleggtykkelse på 5-30 μm og det faste smørende belegget har en beleggtykkelse på 5-40 μm, og nevnte faste smørende belegg har en sammensetning omfattende et smørende pulver, og et bindemiddel omfattet av en organisk harpiks eller en uorganisk polymerforbindelse, og enten er (i) det første metallet eller legeringen Cr, Cu-Au, Cu-Ag eller Cu-Ni, eller (ii) det andre metallet eller legeringen er Sn, Zn, Ag, Sn-Zn eller Sn-Ag.

Den gjengede koblingen for et stålrør har foretrukket minst ett av de følgende trekkene:

- det første laget har en hardhet i området Hv 100-500, og det andre laget har en hardhet i området Hv 10-150;

- det andre laget har en overflateruhet på 1-6 μm Ra;

- det faste smørende belegget inneholder ikke vesentlige skadelige tungmetaller;

- stålrørene er rørledninger for oljefelt; og

- stålrørene inneholder minst 3 vektprosent Cr.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er kontaktflatene til minst én av en tapp og en muffe i en gjenget kobling, som omfatter en gjenget del og en ugjenget del for metall-til-metallkontakt, underbelagt med to metallag med forskjellig hardhet. Det vil si det første laget omfatter et hardere metall eller legering og det andre laget omfatter et mykere metall eller legering. Deretter dannes et fast smørende belegg på toppen av disse metallunderlagene. Det faste smørende belegget opplever slitasje ved stramming og løsning av den gjengede koblingen. Slitasje av det faste smørende belegget fører imidlertid til at bestanddelen eller bestanddelene som er til stede i belegget i pulverform, frigis fra belegget, og det frigitte pulveret integreres i det relativt myke andre laget og gjør det derfor mulig å oppnå en rivemotstand som varer lenge. I tillegg, når de utsettes for friksjon under stramming og løsning av koblingen, smelter ikke de første eller andre lagene av underbelegg ettersom friksjonskraften som påføres disse lagene og dermed friksjonsvarmen som genereres, reduseres av det overlagte smørende belegget. Sammen tildeler de en rustforebyggende effekt på kontaktflatene til den gjengede koblingen. Derfor kan en gjenget kobling for stålrør i henhold til foreliggende oppfinnelse undertrykke dannelse av rust, og den fortsetter å ha en smørende funksjon i fravære av smørefett, selv ved gjentatt stramming og løsning og fortsetter også å opprettholde lufttetthet etter stramming.

Følgelig kan en gjenget kobling for stålrør ifølge foreliggende oppfinnelse oppnå utmerket rivemotstand slik at gjentatt stramming og løsning derav kan utføres uten at riving forekommer, og den kan forebygge riving selv når det er en gjenget kobling for oljefeltsrørledninger fremstilt av høylegert stål som ofte eksponeres for høy temperatur i en dyp oljebrønn eller lignende eller som brukes i et svært korrosivt miljø med en høy konsentrasjon av hydrogensulfid.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 viser et stålrør og en kobling som er montert for transport.

Figur 2 viser de koblende delene av en gjenget kobling.

Figur 3 er et tverrsnitt av belegg lagt på kontaktflatene av en gjenget kobling i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Beste måte for utførelse av oppfinnelsen

En utførelsesform for en gjenget kobling for stålrør i henhold til foreliggende oppfinnelse beskrives nedenfor med henvisning til de medfølgende tegningene.

Figur 1 viser et skjematisk snitt av den monterte strukturen til en typisk gjenget kobling som viser tilstanden til et stålrør A for rørledninger i oljefelt, og en kobling (gjenget koblende element) B ved tidspunktet for transport. En tapp 1, som har en utvendig gjenget del 3a på sin utvendige overflate, er plassert i hver ende av stålrøret A, og en muffe 2, som har en innvendig gjenget del 3b på sin indre overflate, er plassert på begge sider av koblingen B. Tappen er elementet i en gjenget kobling som har en utvendig gjenge og muffen er den delen av en gjenget kobling som har en innvendig gjenge. I denne figuren er koblingen B allerede koblet til én ende av stålrøret A. Selv om det ikke vises i figuren, er et beskyttende element vanligvis koblet til hver av den ikke-koblede tappen til stålrøret A og den ikke-koblete muffen til koblingen B før transport, for å beskytte de gjengede delene av den ikke-koblete tappen og muffen. Beskyttelseselementet fjernes før bruk av den gjengede koblingen.

Figuren viser hvordan en tapp vanligvis dannes på den ytre overflaten til begge endene av et stålrør, og en muffe dannes på den indre flaten av en kobling som er et separat element. I prinsipp er det, imidlertid, også mulig for den indre flaten av begge endene av stålrøret å lages som en muffe og for ytterflaten til koblingen å lages som en tapp. Det finnes også integrerte gjengede koblinger som ikke bruker en kobling og hvor én ende av et stålrør lages av en tapp og den andre enden derav lages som en muffe.

Figur 2 viser en skjematisk tegning av strukturen til en typisk gjenget kobling for stålrør (også vist til nedenfor enkelt som en ”gjenget kobling”). Stålrøret omfatter en tapp 1 som er dannet på den ytre flaten av endedelen av et stålrør 1 og en muffe 2 som er dannet på den indre flaten av en kobling B. Tappen 1 har en utvendig gjenget del 3a, en ugjenget del for metall-til-metallkontakt 4a, plassert mellom den gjengede delen 3a og enden av stålrøret, og en skulderdel 5 som er en endeoverflate av stålrøret. På lignende måte har muffen 2 en innvendig gjenget del 3b, en ugjenget del for metall-til-metallkontakt 4b, plassert på innsiden av den gjengede delen 3b og en indre skulderdel.

Overflatene til de gjengede delene, 3a og 3b, og de ugjengede delene for metalltil-metallkontakt, 4a og 4b, til tappen 1 og muffen 2, danner kontaktflatene for den gjengede koblingen. Disse kontaktflatene må utvise rivemotstand og lufttetthet når koblingen strammes, samt korrosjonsmotstand. Derfor har en smørefett som omfatter pulvere av tungmetaller vanligvis blitt påført kontaktflatene. Som angitt tidligere har, imidlertid, anvendelse av et smørefett ringvirkninger på helse og miljø.

Figur 3 viser skjematisk tverrsnittsstrukturen til beleggene dannet på den ugjengede delen for metall-til-metallkontakt i en kobling i henhold til foreliggende oppfinnelse, hvor kontaktflatene til den minst ene av tappen og muffen er belagt med et første lag 31a av et første metall eller legering dannet på overflaten av stålet 30, et andre lag 31b dannet på toppen av det første laget og laget av et andre metall eller legering som er mykere enn det første metallet eller legeringen, og et fast smørende belegg 32 som et øverste lag. Nedenfor vil det første metallet eller legeringen vises til som et hardere metall og det andre metallet eller legeringen vil ganske enkelt vises til som et mykere metall.

Når en gjenget kobling i henhold til foreliggende oppfinnelse strammes, utviser det faste smørende belegget som danner det øverste laget, sine iboende smørende egenskaper over en lang periode på grunn av de to underliggende metallagene med forskjellige hardhet. Dermed er det mulig å forebygge riving i den gjengede koblingen, selv når den utsettes gjentatte ganger for stramming og løsning og den kan opprettholde en lufttetthet når den strammes uten bruk av et smørefett.

Substratet (grunnmetallet) for det første laget 31a (kontaktflatene til en tapp og/eller muffe som skal belegges med laget) kan gjøres ru. Dannelse av denne overflateruheten kan noen ganger utføres ved å utsette overflaten til stålet 30 for en behandling for å gjøre overflaten ru, slik som blåsing (omfattende kuleblåsing eller sandblåsing) eller beising.

Etter at det første laget 31a, som er laget av et hardere metall, og det andre laget 31b, som er laget av et mykere metall, er blitt dannet ved en egnet metode, slik som elektroplettering, kan en egnet overflateruhet noen ganger tildeles den resulterende overflaten av det andre laget 31b ved kuleblåsing eller sandblåsing før belegning av det faste smørende belegget 32, derpå. Som et resultat av dette økes adhesjon av det faste smørende belegget 32.

Overflatebehandlingen som danner de ovenfor beskrevne tre lagene i henhold til foreliggende oppfinnelsen kan påføres kontaktflatene til både tappen og muffen, men for en tapp og en muffe som er koblet til hverandre ved tidspunktet for transport, som vist i figur 1, er det mulig å påføre overflatebehandlingen til kontaktflatene til kun én av tappen og muffen. Når kun én av tappen og muffen behandles, er det lettere å utføre overflatebehandling for å danne de tre lagene på et kort koblingselement. Derfor er det hensiktsmessig å påføre overflatebehandlingen til kontaktflatene av en kobling (normalt kontaktflatene til muffen).

De første og andre underbeleggslagene og det øverste faste smørende belegget dekker fortrinnsvis hele kontaktflatene til tappen og/eller muffen, men foreliggende oppfinnelse omfatter tilfellet hvor kun en del av kontaktflatene (slik som kun overflaten av ugjengede deler for metall-til-metallkontakt) belegges med de tre lagene.

Grunnmetall

Som angitt ovenfor har en gjenget kobling for stålrør ifølge foreliggende oppfinnelse svært god rivemotstand, slik at det kan forhindre riving ved tidspunktet for gjentatt stramming og løsning, selv av en gjenget kobling fremstilt av en høylegert stål som lett gjennomgår riving.

Følgelig er det foretrukket at rørledninger for oljefelt er stålrør som er koblet ved en gjenget kobling i henhold til foreliggende oppfinnelse. I tillegg er ståltypen som utgjør den gjengede koblingen (det vil si et stålrør slik som en rørledning for oljefelt og en kobling i tilfeller andre enn en integrert kobling) fortrinnsvis et høylegert stål omfattende minst 3 % Cr, med tanke på korrosjonsmotstand. Eksempler på slikt stål er de som har et innhold av Cr på 5 %, 13 % eller 25 %. I denne beskrivelse er alle prosentene basert på masse, med mindre annet er angitt.

Lag av underbelegg

En gjenget kobling i henhold til foreliggende oppfinnelse har et underbelegg med en tolagsstruktur omfattende et første eller nedre lag av et hardere metall og et andre eller øvre lag av et mykere metall dannet på kontaktflatene til en tapp og/eller muffe.

Metallet eller legeringen som brukes for å danne det første laget har fortrinnsvis en Hv-hardhet på 100-500. Hvis den har en Hv-hardhet på under 100, er det mulig at adhesjonen til grunnmetallet eventuelt ikke er bra nok. På den andre siden, hvis det har en Hv-hardhet som overstiger 500, blir det resulterende belegget til det første laget skjørt, og det kan ha redusert adhesjon til grunnmetallet. I tillegg kan sprekker dannes i belegget og føre til en reduksjon i korrosjonsmotstand.

Hardheten til et belegg av et elektroplettert metall kan for eksempel reguleres ved å endre strømtettheten for elektroplettering.

Eksempler på metaller eller legeringer som er egnet for det første laget omfatter Cu, Ni, Cr, Cu-Au, Cu-Ag og Cu-Ni. Det første laget kan dannes ved en egnet metode, slik som elektroplettering. Beleggtykkelsen til det første laget er i området 2-15 μm. Hvis det er mindre enn 2 μm, reduseres beleggstyrken så mye at det første laget enkelt kan skrelle av. Hvis det overstiger 15 μm, er det mulig at det første laget ikke kan motstå skjærkraften ved stramming og kan skrelle av fra grunnmetallet.

Et metall eller legering som brukes for å danne det andre laget, har fortrinnsvis en Hv-hardhet på 10-150, forutsatt at hardheten er lavere enn hardheten til det første laget. Hvis det har en Hv-hardhet på under 10, vil ikke det andre laget ha tilstrekkelig styrke for å bære det faste smørelaget, og selv om det smørende pulveret som frigis fra det faste smørende belegget integreres i det andre laget, kan det andre laget også nedbrytes raskt. Det gjør det dermed umulig for koblingen å opprettholde de ønskede smøreegenskapene. Hvis det andre laget har en Hv-hardhet som overstiger 150, er det for hardt til å kunne tillate smørende pulvere som frigis fra det faste smørende belegget, å integreres deri i tilstrekkelig mengder, og det blir vanskelig for en gjenget kobling å ha langtidsvirkende smøreegenskaper.

Eksempler på metaller eller legeringer som er egnet for det andre laget, omfatter Sn, Zn, Ag, Sn-Bi, Sn-Zn, Sn-Ag og Cu-Sn-Bi. Metallet eller legeringen som brukes for det andre laget bør ikke smeltes under stramming, eller smeltepunktet bør være høyere enn temperaturen til koblingen under stramming. På samme måte som for det første laget, kan det andre laget dannes ved en egnet metode, slik som elektroplettering. Beleggtykkelsen til det andre laget er i området 5-30 μm. Hvis det er mindre enn 5 μm, kan mengden smørende pulver som integreres i det andre laget være så lite at rivemotstanden til koblingen blir utilstrekkelig. Hvis det overstiger 30 μm, kan det andre laget eventuelt ikke bære det faste smørende belegget som er lagt oppå den, når et høyt trykk påføres.

For å sørge for at et fast smørende belegg som dannes oppå det andre laget, har tilstrekkelig adhesjon til det andre laget, økes overflateruheten til det andre laget fortrinnsvis til 1-6 μm Ra ved kjent behandling for å gjøre overflaten ru, slik som kuleblåsing eller sandblåsing, om nødvendig. Hvis det andre laget har en overflateruhet Ra på under 1 μm, kan adhesjon av det faste smørelaget til det andre laget være utilstrekkelig. Hvis det har en Ra som overstiger 6 μm, kan det være vanskelig for det mykere andre laget å oppnå tilstrekkelig beleggtykkelse over hele overflaten. Dermed reduseres evnen til at det faste smørende pulveret som frigis fra det faste smørende belegget, å integreres i det andre laget.

Det første laget og det andre laget, som begge er metalliske, kan dannes ved kjente pletteringsmetoder slik som elektroplettering, elektrofri plettering, dampfaseplettering, eller lignende. Elektroplettering er spesielt foretrukket ut fra økonomiske hensyn.

Før dannelse av det første laget av metall eller legering, i henhold til foreliggende oppfinnelse og som kjent i tidligere teknikk, kan et Ni-lag innledningsvis legges på overlaget til grunnmetallet ved slagplettering for å forbedre adhesjon av det første laget, og en slik variasjon omfattes selvfølgelig av foreliggende oppfinnelse.

Slagplettering av Ni kan, for eksempel, utføres ved bruk av et bad fremstilt ved å oppløse nikkelklorid i avionisert vann for å gi en konsentrasjon av Ni-ion på 55-80 g/l, etterfulgt av tilsetning av 30-50 g/l kobbersulfat. Et kommersielt tilgjengelig glansmiddel kan settes til badet. En beleggtykkelse for Ni som er egnet for slagplettering kan oppnås ved plettering ved bruk av dette badet ved en temperatur på 20-40 ̊C med en strømtetthet på 2-6 A/dm<2>.

Når det første laget og det andre laget dannes ved elektroplettering, kan pletteringsbetingelsene være de samme som vanligvis brukes, og ingen spesielle begrensning foreligger. Pletteringsbetingelser for noen metaller eller legeringer som kan brukes for å danne det andre laget, vil beskrives kort nedenfor.

Et Sn-pletteringslag kan fremstilles ved elektroplettering ved å bruke et pletteringsbad omfattende, for eksempel, 200 g/l tinnfluorborat, 125 g/l fluorborsyre, 25 g/l borsyre, 2 g/l gelatin og 1 g/l beta-naftol ved en temperatur på 20-25 ̊C med en strømtetthet på 1-5 A/dm<2>. For Sn-pletteringer er det vanligst å bruke et slikt fluorboratpletteringsbad, men med tanke på enklere avfallsbehandling, er det også mulig å bruke et kommersielt tilgjengelig, organisk sulfonatbasert Sn-pletteringsbad.

Et Sn-Bi-legeringspletteringslag kan, for eksempel, fremstilles i henhold til den alkaliske tinnpletteringsmetoden eller sure tinnpletteringsmetoden. Ved tilstetning av Bi-ioner til Sn-ionene i et pletteringsbad brukt i en slik pletteringsmetode, har det resulterende pletterte laget av Sn-Bi-legering en hardhet som er vesentlig høyere enn et rent Sn-lag. Hardheten til et plettert lag av Sn-Bi-legering omfattende 0,5-10 % Bi utfelt med Sn, er to eller tre ganger så høyt som for et lag av rent Sn (Hv på 8-10).

Pletteringsbetingelsene for den alkaliske pletteringsmetoden omfatter, for eksempel, kaliumstannat: 100-110 g/l, kaliumhydroksid: 35-60 g/l, Bi: 0,5-1,5 g/l som metall, med en badtemperatur på 75-85 ̊C og en strømtetthet på 0,5-3 A/dm<2>.

Pletteringsbetingelsene for den sure pletteringsmetoden omfatter, for eksempel, organisk syre: 130 g/l, Sn: 10 g/l som metall, Bi: 3 g/l som metall, med en badtemperatur på 30-40 ̊C og en strømtetthet på 0,3-3,5 A/dm<2>.

Pletteringsbetingelsene for plettering av en Cu-Sn-Bi-legering omfatter, for eksempel, organisk syre; 130-180 g/l, Cu: 1 g/l som metall, Sn: 15 g/l som metall, Bi: 1,5 g/l som metall, med en badtemperatur på 15-30 ̊C og en strømtetthet på 0,5-3,5 A/dm<2>.

Fast smørende belegg

I foreliggende oppfinnelse dannes et fast smørende belegg som utviser en smørende effekt, som et øverste lag oppå de ovenfor beskrevne to metalliske lagene av underbelegg.

Hvilket som helst smørende belegg som har tilstrekkelig smøreevne kan brukes i foreliggende oppfinnelse så lenge det ikke har noen ringvirkninger på helse eller miljø. Et slikt belegg har en sammensetning basert på et pulver som har en smørende funksjon (vist til som et ”smørende pulver”) og et bindemiddel og kan videre omfattet ett eller flere additiver, slik som et smørende additiv, en korrosjonshemmer og et pigment.

Nyttige smørende pulvere omfatter stoffer som er anerkjent i OSPAR-konvensjonen for å utgjøre liten eller ingen belastning på det marine miljø, slik som grafitt, glimmer, talkum, kalsiumkarbonat og leiremineraler (slik som kaolin og bentonitt), så vel som stoffer som er kjente for å være ikke-toksiske, slik som molybdendisulfid, wolframdisulfid, tinndisulfid, PTFE, MCA (melamincyanurat), gilsonitt (naturlig asfalt), fluorinert grafitt, bornitrid (BN) og Bi2S3. Et kommersielt tilgjengelig produkt kan brukes for hvilket som helst av disse materialene. For grafitt er det spesielt ønskelig å bruke grafitt som har en krystallinitet på minst 88 % og mer foretrukket minst 90 % og på det meste 99 %, med tanke på rivemotstand.

Bindemiddelet kan være enten organisk eller uorganisk. Det vil si at det kan være en organisk harpiks eller en uorganisk polymerforbindelse.

Organiske harpikser som er egnet som et bindemiddel, er de som har god varmemotstand, moderat til god hardhet og god rivemotstand. Eksempler på slike harpikser omfatter varmeherdete harpikser, slik som epoksyharpikser, polyimider, polyamidimider, polykarbodiimidharpikser, polyetersulfoner, polyetereterketoner, fenolharpikser og furanharpikser, så vel som polyetylenharpikser og silkonharpikser.

Vanligvis formuleres disse organiske harpiksene til en beleggsammensetning ved å oppløse en harpiks i et løsemiddel for å danne en harpiksløsning. Forskjellige organiske løsemidler med lave kokepunkter omfattende hydrokarboner (slik som toluen) og alkoholer (slik som isopropylalkohol) kan brukes alene eller i kombinasjon. Et smørende pulver og eventuelle additiver settes til en løsning av et organisk harpiksbindemiddel for å danne en beleggsammensetning, og beleggsammensetningen påføres kontaktflatene til minst én av en tapp og en muffe som er blitt underbelagt med det første og det andre laget, for derved å danne et fast smørende belegg som et øverste lag. For å øke adhesjon og rivemotstand i det faste smørende belegget er det foretrukket å utsette belegget til varmebehandling for herding etter påføring. En slik varmebehandling etter påføring utføres fortrinnsvis ved en temperatur på minst 120 ̊C og mer foretrukket ved 150-380 ̊C i minst 30 minutter og mer foretrukket i 30-60 minutter.

Det er også mulig å bruke et varmsmeltebindemiddel som har en mykningstemperatur i området 100-220 ̊C, som danner et fluid med lavt viskositet ved en høy temperatur og som kan påføres uten bruk av et løsemiddel. Eksempler på slike bindemidler omfatter forskjellige termoplastharpikser, kopolymerer av etylenvinylacetat, polyamider, polyolefinkopolymerer og polyuretaner. Ved bruk av denne type bindemiddel for å danne et fast smørende belegg, er begge disse grunnmetallene som har minst to lag med underbelegg og beleggsammensetningen som påføres og som omfatter smørende pulver, varmet på forhånd i det minst til mykningspunktet til bindemiddelet.

Beleggsammensetningen hvor bindemiddel smeltes, påføres, for eksempel, ved bruk av en sprøytepistol.

En lysherdende harpiks kan også brukes som et bindemiddel for et fast smørende belegg. Den formuleres vanligvis til en beleggsammensetning uten bruk av et løsemiddel.

Den uorganiske polymerforbindelsen som brukes som et bindemiddel for et fast smørende belegg, er en forbindelse som har en struktur dannet ved tredimensjonal kryssbinding av metalloksygenbindinger, slik som Ti-O, Si-O, Zr-O, Mn-O, Ce-O eller Ba-O. Denne forbindelsen kan dannes ved hydrolyse og etterfølgende kondensering av en hydrolyserbar organometallisk forbindelse, som vanligvis er et metallalkoksid eller en hydrolyserbar uorganisk forbindelse, slik som titantetraklorid.

Nyttige metallalkoksider er de som har lavere alkoksygrupper slik som metoksy, etoksy, isopropoksy, propoksy, isobutoksy, butoksy eller tert-butoksy. Foretrukne metalloksider er titan- eller silisiumalkoksider og titanalkoksider er spesielt foretrukne. Blant disse er titanisopropoksid den mest foretrukne som følge av sine utmerket filmdannende egenskaper.

Den hydrolyserbare organometalliske forbindelsen som brukes som et råmateriale for en uorganisk polymerforbindelse, kan omfatte en ikke-hydrolyserbar alkylgruppe som kan omfatte en funksjonell gruppe slik som et amin eller en epoksygruppe. En organometallisk forbindelse, slik som en forbindelse som er kjent som et silankoblingsmiddel hvor én eller to av de fire alkoksygruppene som er koblet til et silisiumatom, erstattes av en alkylgruppe eller grupper som kan inneholde en funksjonell gruppe, kan for eksempel brukes som hele, eller en del av, råmateriale for den uorganiske polymerforbindelsen.

Når bindemiddelet er en uorganisk polymerforbindelse, slik som én som er utledet fra et metallalkoksid, kan en beleggsammensetning dannes ved å tilsette et smørende pulver til en løsning av metallalkoksidet i et løsemiddel og dispergere det deri, og den påføres kontaktflatene til minst én av en tapp og en muffe som er blitt belagt med underbelegg av de første og andre lagene. Etter hvert som hydrolyse av metallalkoksidet og kondensering av hydrolysatet forløper under etterfølgende fuktighetsbehandling eventuelt etterfulgt av oppvarming, dannes et fast smørende belegg som har et smørende pulver fordelt i et bindemiddel av en uorganisk polymerforbindelse som har en struktur laget av metalloksidbindinger.

Forskjellige organiske løsemidler, omfattende polare løsemidler slik som alkoholer (for eksempel etylalkohol, isopropylalkohol, butylalkohol) og ketoner, så vel som hydrokarboner, halogenerte hydrokarboner og lignende, kan brukes som løsemiddel for et metallalkoksid. For å fremme dannelse av en film kan metallalkoksidet i løsningen delvis hydrolyseres før påføring. For å akselerere hydrolyse av alkoksidet etter påføring kan en liten mengde vann og/eller en syre som fungerer som en hydrolysekatalysator, settes til løsningen av metalloksidet.

Fuktighetsbehandling for å fremme hydrolyse av metallalkoksidet i den påførte beleggsammensetningen kan utføres ved bare å la den påførte overflaten stå i luft i en bestemt tidsperiode, men den utføres fortrinnsvis i fuktig luft med en relativ fuktighet på minst 70 %. Fortrinnsvis utføres varmeherding etter fuktighetsbehandling. Som et resultat av varmingen, fremmes hydrolyse av metallalkoksidet og kondensering av de resulterende hydrolysater, så vel som frigivelse av alkoholen som produseres som et biprodukt av hydrolysereaksjonen. Dette fører til at filmdannelsen fullføres over en kort tidsperiode, og det resulterende faste smørende belegget har økt adhesjon, hvilket fører til en økning i rivemotstand. Denne oppvarmingen utføres fortrinnsvis etter fordampning av løsemiddelet i beleggsammensetningen. Varmetemperturen er fortrinnsvis i området 100-200 ̊C og ligger nærme kokepunktet til alkoholen som dannes som et biprodukt. Det er fremdeles mer effektiv å blåse varm luft under oppvarmingen.

Masseforholdet (B/A) mellom innholdet (B) av det smørende pulveret og innholdet (A) til bindemiddelet i det faste smørende belegget er fortrinnsvis 0,3-9,0. Hvis dette masseforholdet ligger under 0,3, er effekten som det smørende pulveret har på forbedring av smøreegenskapene til det faste smørende belegget ikke vesentlig, og rivemotstanden til koblingen forbedres ikke tilstrekkelig. Hvis dette masseforholdet er større enn 9,0, reduseres adhesjonen av det faste smørende belegget vesentlig, og dette resulterer i forekomsten av problemer slik som separasjon av det smørende pulveret fra det faste smørende belegget. Når ytterligere forbedring i rivemotstand er ønskelig, slik som når gjengemotstand er stor, er masseforholdet ovenfor fortrinnsvis i området 0,5-7,0. Når det er ønskelig med en ytterligere forbedring i rivemotstand, slik som er tilfellet i en kobling fremstilt av en høylegert stål, er masseforholdet ovenfor enda mer foretrukket i området fra 0,5-5,0.

Tykkelsen til det faste smørende belegget er minst 5 μm. Når en gjenget kobling strammes, frigis det smørende pulveret som er bundet i bindemiddelet i det faste smørende belegget gjennom høyt trykk som påføres ved stramming og sprer seg over hele kontaktflaten, og noen av det frigitte pulvere integreres i det underliggende andre laget som er fremstilt av et mykere metall. Dette gjør det derved mulig å oppnå en vedvarende rivemotstand. Hvis tykkelsen på det faste smørende belegget er mindre enn 5 μm, blir den absolutte mengden av smørende pulver som er til stede i belegget så lite at belegget ikke lenger kan gi tilstrekkelig forbedrete smøreegenskaper.

Det er bekymringsfullt hvis tykkelsen til det faste smørende belegget er mer enn 40 μm. Graden av stramming kan bli utilstrekkelig på grunn av motstand mellom gjengene som derved fører til en reduksjon i lufttetthet, eller hvis trykket økes for å garantere lufttetthet, kan riving forekomme lettere. I tillegg øker tilbøyeligheten for at det faste smørelaget skreller. Med noen gjengegeometrier kan imidlertid et slikt tykt fast smørende belegg brukes. Tykkelsen på det faste smørende belegget er fortrinnsvis minst 10 μm og ikke mer enn 40 μm med tanke på å redusere mengden som slippes ut til miljøet, så vel som økonomiske hensyn, rivemotstand og forebygging av rust.

Påføring av en beleggsammensetning for å danne et fast smørende belegg kan utføres ved egnete kjente metoder, slik som penselbelegning, nedsenkning og luftsprøyting.

Forskjellige additiver, omfattende et rustforebyggende middel, kan settes til det faste smørende belegget så lenge de ikke har en vesentlig negativ effekt på rivemotstand. Tilsetning av ett eller flere av sinkpulver, et krompigment og et aluminapigment kan, for eksempel, øke de rustforebyggende egenskapene til selve det faste smørende belegget. Ytterligere additiver som kan settes til det faste smørende belegget omfatter et smøreadditiv, en antioksidant og et fargestoff (pigment). Eksempler på et smøreadditiv er voks og metallsåpe, slik som et alkalijordmetallsalt av en fettsyre.

Voksen kan være hvilken som helst av dyrevoks, vegetabilsk voks, mineralvoks og syntetisk voks. Voks som kan brukes omfatter dyrevoks, slik som bivoks og talg fra hval; vegetabilsk voks, slik som Japanvoks, karnaubavoks, kandelillavoks og risvoks; mineralvoks, slik som paraffinvoks, mikrokrystallinsk voks, petrolatum, montanvoks, ozokeritt og ceresin; og syntetiske vokser, slik som oksidvoks, polyetylenvoks, Fischer-Tropsch-voks, amidvoks og herdet ricinusolje. Av disse er paraffinvoks, som har en molekylvekt på 150-500, spesielt foretrukket.

Alkalijordmetallsaltet av en fettsyre er fortrinnsvis et alkalijordmetallsalt av en fettsyre som har 12-30 karboner, med tanke på de smørende og rustforebyggende egenskapene. Fettsyren kan enten være mettet eller umettet, og den omfatter blandete fettsyrer derivert fra en naturlig fettolje eller fett slik som talg fra biff, smult, ullfett, palmeolje, rapsolje og kokosolje, så vel som enkle forbindelser slik som laurinsyre, tridekanosyre, myristinsyre, palmitinsyre, lanopalmitinsyre, stearinsyre, isostearinsyre, oljesyre, elaidinsyre, arakinsyre, behensyre, erukasyre, lignocerinsyre og lanocerinsyre. Fettsyresaltet er fortrinnsvis i form av et kalsiumsalt, og det kan enten være et nøytralt salt eller et basisk salt. Det er fortrinnsvis i form av kalsiumstearat.

Når kontaktflatene av bare én (for eksempel muffen) av en tapp og en muffe i en gjenget kobling for stålrør er belagt med flerlagsbelegget ifølge foreliggende oppfinnelse, som omfatter et første underlag av et hardere metall, et andre underlag av et mykere metall og et øvre fast smørende belegg, kan kontaktflatene til det andre elementet (for eksempel tappen) være ubehandlet. I forhold til forebygging av korrosjon, er den helst belagt enten med de to lagene av underbelegg som er beskrevet ovenfor, eller det faste smørende belegget.

Alternativt kan kontaktflatene til det andre elementet være belagt med et rustforebyggende (korrosjonsforebyggende) lag eller belegg som derved beskytter overflaten fra luft, og selv om overflatene kommer i kontakt med vann som har kondensert fra den omkringliggende luften under lagring av en gjenget kobling, vil utvikling av rust forebygges. Et slikt belegg for forebygging av rust brytes ved den første strammingen av koblingen og forenes med det faste smørende belegget som påføres det andre elementet i koblingen for å oppnå smørende egenskaper, slik at den ikke hindrer de smørende egenskapene.

De følgende eksemplene er gitt for å ytterligere illustrere foreliggende oppfinnelse. Disse eksemplene må anses for å være illustrerende og ikke begrensende.

Eksempler

I eksemplene vil kontaktflatene til en tapp som omfatter overflaten av den gjengede delen og den ugjengede delen for metall-til-metallkontakt, vises til som ”tappoverflaten”, og kontaktflatene til en muffe som omfatter overflaten av dens gjengede del og ugjengede del for metall-til-metallkontakt, vil vises til som ”muffeoverflaten”. Overflateruheten er den målte verdien av Ra med mindre annet er angitt.

Tappoverflaten og muffeoverflaten av en gjenget kobling (ytterdiameter på 17,78 cm (7 inch) og veggtykkelse på 1,036 cm (0,408 inch)) som er fremstilt av enten 13 % Cr-stål A eller høylegert stål B, som har sammensetningen vist i tabell 1, ble utsatt for overflatebehandlingen vist i tabell 2 og beskrevet nedenfor for hvert eksempel. Lagene av underbelegg ble dannet ved elektroplettering, og det faste smørende belegget ble dannet ved luftsprøyting. I noen eksempler ble overflaten til det andre (øvre) laget av underbelegg gjort ru ved å usette den for lett kuleblåsing. Forholdende mellom komponentene i hvert lag uttrykkes som et masseforhold i beskrivelsen av hvert eksempel.

Rivemotstanden til en gjenget kobling ble vurdert ved antall strammingssykluser før riving forekom i en test med gjentatt stramming og løsning, hvor strammingen ble utført ved en strammingshastighet på 10 rpm og et dreiemoment for stramming på 14 kN-m. Etter løsning av koblingen ble rivetilstanden til kontaktflatene til tappen og muffen vurdert visuelt. Hvis kun en liten riving som følge av strammingen ble observert, og det var mulig å stramme koblingen igjen etter reparasjon, ble koblingen reparert og stramming og løsning fortsatte. Resultatene fra testen med gjentatt stramming og løsning er vist i tabell 3.

Tabell 1

Kjemisk sammensetning av en gjenget kobling (masseprosent, hvor det resterende er Fe og uunngåelige urenheter)

Tabell 2

*utenfor omfanget av oppfinnelsen Tabell 3 ;; ;; 1) O: ingen forekomst av riving ;Δ: lett forekomst av riving (stramming er fortsatt mulig etter reparasjon av rivingsriper) ;X: høy forekomst av riving (reparasjon ikke mulig) ;- : test avsluttet ;;* utenfor omfanget av oppfinnelsen

Eksempel 1

Overflatene til muffen og tappen i en gjenget kobling i 13 Cr-stålet som har sammensetning A vist i tabell 1, ble utsatt for den følgende overflatebehandlingen.

Muffeoverflaten ble ferdigstilt ved maskinering (til en overflateruhet på 3 μm Rmax) og deretter belagt med et første Cu-pletteringslag med en hardhet på Hv 200 til en tykkelse på 4 μm ved elektroplettering og deretter med et andre Sn-pletteringslag med en hardhet på Hv 10 til en tykkelse på 5 μm, også ved elektroplettering. Etter at overflaten til det andre pletteringslaget ble gjort lettere ru ved kuleblåsing til en ruhet på 1 μm Ra, ble et fast smørende belegg som inneholder wolframdisulfid som et smørende pulver, fordelt i et epoksyharpiksbindemiddel (masseforhold mellom smørende pulver/bindemiddel = 4,0) belagt på den til en tykkelse på 20 μm.

Tappoverflaten ble ferdigstilt ved maskinering (overflateruhet på 3 μm Rmax) og ble værende i denne tilstanden.

I testen med gjentatt stramming og løsning, som vist i tabell 3, med 10 sykluser med stramming og løsning, var det ingen forekomst av riving, og dette var en indikasjon på svært gode resultater.

Eksempel 2

Muffeoverflaten ble ferdigstilt ved maskinering (til en overflateruhet på 3 μm Rmax) og belagt innledningsvis med Ni-slagplettering til en tykkelse på 1 μm ved elektroplettering, og deretter med et første Cu-pletteringslag med en hardhet på Hv 150 til en tykkelse på 5 μm ved elektroplettering og deretter med et andre Sn-Bi-legeringspletteringslag med en hardhet på Hv 30 til en tykkelse på 12 μm, også ved elektroplettering. Etter at overflaten til det andre pletteringslaget ble gjort lettere ru ved kuleblåsing til en ruhet på 2 μm Ra, ble et fast smørende belegg som inneholder amorft grafitt med en krystallinitet på 96,4 % som et smørende pulver, fordelt i et varmsmeltebindemiddel (en polyamidharpiks som inneholder karnaubavoks) (masseforhold mellom smørende pulver/bindemiddel = 2,0) belagt på den til en tykkelse på 25 μm ved anvendelse av en luftsprøytepistol for beleggsammensetningen etter at både muffeoverflaten som skal belegges og beleggsammensetningen er blitt varmet til 150 ̊C.

Tappoverflaten ble ferdigstilt ved maskinering (overflateruhet på 3 μm Rmax) og deretter belagt med en akrylharpiks til en tykkelse på 10 μm som et rustforebyggende belegg.

Eksempel 3

Overflatene til muffen og tappen i en gjenget kobling av det høylegerte stålet som har sammensetning B vist i tabell 1, ble utsatt for den følgende overflatebehandlingen.

Muffeoverflaten ble ferdigstilt ved maskinering (til en overflateruhet på 3 μm Rmax) og deretter belagt med et første Ni-pletteringslag med en hardhet på Hv 250 til en tykkelse på 5 μm ved elektroplettering og et andre Sn-Zn-legeringspletteringslag med en hardhet på Hv 50 til en tykkelse på 10 μm, også ved elektroplettering. Etter at overflaten til det andre pletteringslaget ble gjort lettere ru ved kuleblåsing til en ruhet på 1,5 μm Ra, ble et fast smørende belegg som inneholder glimmer, talkum og bentonitt som smørende pulver, fordelt i et polyamidimidharpiksbindemiddel (masseforhold mellom smørende pulver/bindemiddel = 8,0) belagt på den til en tykkelse på 15 μm.

Tappoverflaten ble holdt i tilstanden som maskinert (overflateruhet på 3 μm Rmax).

Ettersom stålet var et høylegert stål som gjennomgår riving svært lett, forekom lett riving ved slutten av den syvende syklusen i testen med gjentatt stramming og løsning, som vist i tabell 3, med 10 sykluser med stramming og løsning. Ved utføring av reparasjoner kunne stramming av koblingen fortsette. Dette resultatet kan sies å ha ingen problemer i forhold til rivemotstand med denne type gjenget kobling.

Eksempel 4

Muffeoverflaten ble ferdigstilt ved maskinering (til en overflateruhet på 3 μm Rmax) og belagt med et første Ni-slagplettering til en tykkelse på 1 μm ved elektroplettering. Deretter ble den belagt med et første Cu-pletteringslag med en hardhet på Hv 250 til en tykkelse på 8 μm ved elektroplettering og så et andre Cu-Sn-Bilegeringspletteringslag med en hardhet på Hv 100 til en tykkelse på 20 μm, også ved elektroplettering. Overflaten til det andre pletteringslaget var 5 μm Ra.

Deretter ble et fast smørende belegg som inneholder grafitt og molybdendisulfid som smørende pulver, fordelt i et bindemiddel av en Ti-O uorganisk polymerforbindelse (masseforhold mellom smørende pulver/bindemiddel = 2,3) belagt på toppen av det andre laget til en tykkelse på 10 μm.

Tappoverflaten ble ferdigstilt ved maskinering (overflateruhet på 3 μm Rmax) og deretter belagt med en akrylharpiks til en tykkelse på 15 μm som et rustforebyggende belegg.

Lett riving forekom ved slutten av den åttende syklusen i testen med gjentatt stramming og løsning, som vist i tabell 3, med 10 sykluser med stramming og løsning. Etter utføring av reparasjoner kunne stramming av koblingen fortsette. Dette resultatet kan sies å ha ingen problemer i forhold til rivemotstand med denne type gjenget kobling.

Sammenligningseksempel 1

Muffeoverflaten ble ferdigstilt ved maskinering (til en overflateruhet på 3 μm Rmax) og deretter belagt med et første Cu-pletteringslag med en hardhet på Hv 150 og en overflateruhet på 0,5 μm Ra til en tykkelse på 6 μm ved elektroplettering.

Deretter ble et fast smørende belegg som inneholder wolframdisulfid som et smørende pulver, fordelt i et epoksyharpiksbindemiddel (masseforhold mellom smørende pulver/bindemiddel = 4,0) belagt på overflaten av pletteringslaget til en tykkelse på 20 μm.

Tappoverflaten forble i tilstanden som den var maskinert (overflateruhet på 3 μm Rmax).

I testen med gjentatt stramming og løsning, som vist i tabell 3, med 10 sykluser med stramming og løsning, var det ingen forekomst av riving gjennom den andre syklusen. Letter riving forekom, imidlertid, i den tredje syklusen, og testen ble avsluttet.

Sammenligningseksempel 2

Muffeoverflaten ble ferdigstilt ved maskinering (til en overflateruhet på 3 μm Rmax) og deretter belagt med et første Sn-pletteringslag med en hardhet på Hv 10 til en tykkelse på 5 μm ved elektroplettering og et andre Cu-pletteringslag med en hardhet på Hv 150 til en tykkelse på 10 μm også ved elektroplettering. Overflateruheten til det andre pletteringslaget var 1,2 μm Ra. Deretter ble et fast smørende belegg som inneholder wolframdisulfid som et smørende pulver, fordelt i et epoksyharpiksbindemiddel (masseforhold mellom smørende pulver/bindemiddel = 4,0) belagt på den til en tykkelse på 20 μm på overflaten til det andre pletteringslaget.

Tappoverflaten forble i en tilstand som maskinert (overflateruhet på 3 μm Rmax).

I testen med gjentatt stramming og løsning, som vist i tabell 3, med 10 sykluser med stramming og løsning, var det ingen forekomst av riving i den første syklusen. Riving forekom, imidlertid, i den andre syklusen, og prøven ble avsluttet.

For å teste rustforebyggende egenskaper ble de samme beleggslagene for muffeoverflaten som er vist i tabell 2 for hvert eksempel, belagt på et separat kupongformet prøvestykke (70 mm x 150 mm x 2 mm tykkelse) av det samme stålet som ble brukt i eksempelet. Det belagte prøvestykket ble utsatt for et fuktskapstest (temperatur på 50 ̊C, relativ fuktighet på 98 %, varighet 200 timer). Denne testen viste at det var ingen forekomst av rust på noen av prøvene.

Foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet i forhold til utførelsesformer som er ansett å være foretrukne i dag, men foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til disse oppfinnelsene. Modifikasjoner og variasjoner kan utføres innenfor et område som ikke er i konflikt med det tekniske konseptet av oppfinnelsen ut fra kravene og beskrivelsen i sin helhet, og det bør forstås at en gjenget kobling som anvender slike modifikasjoner eller variasjoner, faller innenfor det tekniske omfanget av foreliggende oppfinnelse.

Claims

PATENTKRAV

1. Gjenget kobling for stålrør (A) omfattende en tapp (1) og en muffe (2), som hver har en gjenget del (3a), (3b) og en ugjenget metall-til-metallkontaktdel (4a), (4b) som fungerer som kontaktflater til koblingen når de strammes uten anvendelse av et smørefett, hvori kontaktflatene til minst én av tappen (1) og muffen (2) er belagt med en flerlagsstruktur omfattende, nedenfra, et første lag (31a) som er fremstilt av et første metall eller legering, et andre lag (31b) som er fremstilt av et andre metall eller legering som er mykere enn det første metallet eller legeringen, og et øvre lag av et fast smørende belegg (32), hvor det første laget (31a) har en beleggtykkelse på 2-15 μm, det andre laget (31b) har en beleggtykkelse på 5-30 μm og det faste smørende belegget (32) har en beleggtykkelse på 5-40 μm, og nevnte faste smørende belegg (32) har en sammensetning omfattende et smørende pulver, og et bindemiddel omfattet av en organisk harpiks eller en uorganisk polymerforbindelse, og enten er (i) det første metallet eller legeringen Cr, Cu-Au, Cu-Ag eller Cu-Ni, eller (ii) det andre metallet eller legeringen er Sn, Zn, Ag, Sn-Zn eller Sn-Ag.

2. Gjenget kobling for stålrør (A) ifølge krav 1, hvor kontaktflatene til én av tappen (1) og muffen (2) er belagt med flerlagsstrukturen, og kontaktflatene til tappen (1) eller muffen (2) som ikke er belagt med flerlagsstrukturen, er belagt med et rustforebyggende lag.

3. Gjenget kobling for stålrør (A) ifølge krav 1 eller 2, hvor det første laget (31a) har en hardhet i området Hv 100-500, og det andre laget (31b) har en hardhet i området Hv 10-150.

4. Gjenget kobling for stålrør (A) ifølge krav 1 eller 2, hvor det andre laget (31b) har en overflateruhet i området 1-6 μm Ra.

5. Gjenget kobling for stålrør (A) ifølge krav 1 eller 2, hvor det faste smørende belegget (32) ikke inneholder noen skadelige tungmetaller.

6. Gjenget kobling for stålrør (A) ifølge krav 1 eller 2, hvor stålrørene (A) er rørledninger for oljefelt.

7. Gjenget kobling for stålrør (A) ifølge krav 5, hvor stålrøret (A) omfatter minst 3 % Cr.