Blose的Re.30647披露了截留楔形螺纹(trapped wedgethread)，它在第 2栏第7-11行中提出了一种螺纹密封但是没有教导如何实现螺纹密封，实际 上在第3栏第40-43行中提及了在牙根(root)和牙顶(crest)之间的不确定的 间隙。在美国专利4600224；4600225；或4822081中也没有教导如何进行螺纹 密封。
Ortloff的US4671544还证实了由以上具有共同受让人的发明所获得的 螺纹密封的缺点，在其中，他提到在配合螺纹的中点形成的弹性密封(26)和 在图1的22和24处形成的金属-金属密封。在第2栏第18-20行中，提到了 该螺纹密封但是没有教导如何实现。如果那些螺纹确实密封，则他所提到的 弹性密封和金属-金属密封将不必要。在图4中所示的实施方案没有要求保 护螺纹密封，而是要求保护在50处的金属-金属密封。
Reeves的US4703959在第2栏第6-17行中披露了在柔软密封例如聚四 氟乙烯上的截留楔形螺纹连接。还有，他要求保护螺纹密封但是没有教导如 何实现它。如果这些螺纹密封了所容纳的流体，则柔软密封是不必要的。
Mott的US5454605描写了在第2栏第48-61行中所述的并且在图3&4 中所示的截留楔形螺纹。在该文献第1栏第15行-第2栏第2行中他恰当地 描述了安装和拆卸问题以及燕尾形楔形螺纹的易损性(damage susceptibility)。在第2栏第60-65行，第4列第61行至第5栏第1行中，他 要求保护了一种螺纹密封，但是仍然没有教导甚至如何密封泥浆。他指出， “在装配时在螺纹之间没有任何间隙，因此在它们之间甚至没有截留螺纹润 滑剂”，但是不幸的是，这种的理想情况尤其在管连接的成本界限范围内超 出并将始终超出机械加工能力。
Watts的US2766998教导了如何形成弹性金属唇形密封和配合座，以便 对气体进行长久并且在压力和温度极端变化的情况下的高压密封。
Watts的US5427418教导了打开式楔形螺纹和元件，这些元件必须位于 管螺纹的完全装配的位置处，以用螺纹润滑剂密封高压。本申请是在‘418 专利上的改进，该专利披露了每匝可工作的密封比例，即半径变化对螺纹宽 度变化的比例。
上述六份楔形螺纹专利具有共同的受让人，并且其中四份具有共同的发 明人，该发明人证实已经对楔形螺纹进行了25年的长期、细致和持续的改 进。经验已经表明上面其它发明人的所有截留楔形螺纹的共同特征在于，负 荷螺牙侧面(load flank)没有啮合，但是在它们之间截留了润滑剂，而与此 同时嵌入螺牙侧面(stab flank)啮合并且在到达完全装配的理想位置之前在 荷载螺牙侧面间隙中的加压润滑剂推压下产生高的早期(premature)抗摩 擦力矩，以及这些螺纹不保持密封。这种早期抗装配(makeup resisting)力 矩用来停止尚未达到完全构成装配的转动，这使得在荷载螺牙侧面间隙中的 润滑剂在超时并且当受到操作载荷作用时过后地泄漏，并且松开了连接和反 过来降低了其被驱动或用作机械支撑件或密封的能力。在这些阳螺纹第一次 转动进入这些阴螺纹中时，牙顶间隙(在配合牙根和牙顶之间的间隙)和荷载 螺牙侧面间隙都非常宽，因此多余的润滑剂从连接处自由地流出。在装配的 后半阶段力矩开始增加，此时，在配合螺纹面之间的所有间隙宽度充分减小， 使得通过狭长螺纹间隙向外挤出的润滑剂开始密封，并且由此开始构建逐渐 增加的背压，反过来又在配合螺纹之间产生出抗摩擦力矩。上述其它人的楔 形螺纹专利没有一个教导了或甚至提及可工作变化比例(CR＝每匝的螺纹直 径变化对牙顶宽度变化的比例)的重要性，对于形成所有配合螺牙侧面的接 触和在牙顶间隙中的润滑剂厚度，以便：(1)进行刚性非松散连接；(2)进行 螺纹密封；以及(3)长时间(after time)和/或受到作用力(service force)之后保 持密封和非松散特性而言，这种可工作变化比例是必要的。
当将由其它人制作的楔形螺纹装配至密合位置(Snug Position)时，牙 顶间隙(crest gap)等于BTD，并且因为螺纹的低CR值，一个螺牙侧面间 隙较宽，进一步的装配导致润滑剂根据液压法则流动，径向地以一英寸的一小 部分从其长螺旋路径刚刚开始被密封的牙顶间隙流动到较宽的螺牙侧面间 隙内，并因此从配合螺纹之间开始向外螺旋形流动，因为牙顶间隙减少至最 小厚度(Q)，螺纹可以在润滑剂中向下压缩固体。逐渐提高牙根-牙顶的干 涉，然后其抵抗力矩开始构建，因为较宽的螺牙侧面间隙宽度在逐渐减少， 这压迫了在其中的润滑剂，并因此强迫其他套配合的螺牙侧面逐渐紧靠在一 起，开始第二个逐渐提高的抗摩擦力矩。当两个抵抗力矩一同构建并等于所 施加的最大装配力矩的时候，在尚未达到完全装配的理想位置之前停止旋 转，在螺牙侧面间隙中留下流体润滑剂，而不是将所有的螺牙侧面楔在一起。 以后的轴向操作作用力例如振动、弯曲、和热变化，导致润滑剂从螺牙侧面 间隙间歇地流动，从而导致通过松脱连接的螺牙侧面间隙螺旋型地泄漏至外 面。在泄漏之后，在测试实验室中施加给该连接的随后的装配力矩可以暂时 地重新密封该螺牙侧面间隙，但是不能合拢牙顶间隙漏缝，因为牙顶间隙不 含有流体润滑剂。最重要的是，在该区域中，通常不可以施加随后的装配力 矩。本申请通过确定和使用可工作的CR来解决这些问题。

本申请将采用下面给出的定义和公式。
螺牙侧面角＝在与管轴线一致的平面中并且在螺纹螺牙侧面和与轴线成 90度的平面之间的间隙中所测量出的角度，该角度在螺牙侧面与轴线垂直的 情况下为零；该角度在螺牙侧面更加面朝牙顶的情况下为正；该角度在螺牙 侧面更加面朝牙根的情况下为负；
夹角＝嵌入螺牙侧面角与荷载螺牙侧面角的代数和；
螺纹匝(thread turn)＝螺纹的一个360度部分
阳螺纹端(pin)＝阳螺纹管端部，最小直径的螺纹匝是第一个螺纹匝；
阴螺纹(box)＝形成用于与阳螺纹配合的阴螺纹管端部，最大直径的 螺纹匝是第一个螺纹匝；
阳螺纹牙顶间隙＝当组装时，在阳螺纹牙顶和配合的阴螺纹牙根之间的 间隙；
阴螺纹牙顶间隙＝当组装时，阴螺纹牙顶和配合阳螺纹牙根之间的间 隙；
楔形螺纹＝具有牙顶、牙根、嵌入螺牙侧面和负载螺牙侧面的螺纹，负 载螺牙侧面以比嵌入螺牙侧面大的螺旋角来形成，从而牙顶的轴向长度在第 一螺纹匝开始处最小，牙顶长度逐渐增大至在最后的螺纹匝的端部处的最大 轴向长度，从而阴螺纹和阳螺纹可以拧在一起至完全装配的理想位置，在该 位置，嵌入螺牙侧面和负载螺牙侧面相接触，并楔入紧靠它们各自的配合螺 牙侧面，这样停止了该连接的装配。
截留螺纹＝对于其螺牙侧面宽度的至少一个部分具有负的夹角的螺纹；
开放式螺纹＝在其整个螺牙侧面宽度上没有负夹角的螺纹形式；
金属-金属密封＝完全形成在一部分阳螺纹或阴螺纹周围的非螺纹表 面，所述的阳螺纹或者阴螺纹与另一个的配合表面连续接触，以便对来自连 接内或连接外的流体进行密封；
DT＝在给定条件下在配合螺纹之间的可变间隙宽度和润滑剂厚度；
Q＝当润滑剂自由地从配合面之间向外流动时该润滑剂将压紧在这些配 合面之间的最小润滑剂厚度；
HTD＝合拢厚度尺寸＝组装好的配合螺纹表面之间的最小间隙宽度，这 将使得润滑剂能够瞬间流动并且重新密封泄漏通道；
BTD＝桥接厚度尺寸＝组装好的螺纹表面之间的最小间隙宽度，其中所 使用的螺纹润滑剂将密封该间隙；
摩擦角＝作用在彼此相对滑动的两个固体之间的摩擦系数的反正切；
干紧位置＝阴螺纹和阳螺纹的理论完全装配位置，不使用任何螺纹润滑 剂，以便获得在阴螺纹和阳螺纹之间的完全设计径向干涉(redial interference)；
DRI＝当处于干紧位置时在配合螺纹之间的设计径向干涉；
SP＝密合位置＝部分装配位置，在该位置处，牙顶间隙等于桥接厚度尺 寸，并且配合的嵌入螺牙侧面相互接触；
G＝在处于密合位置时在荷载螺牙侧面之间的间隙宽度；
阳螺纹壁厚＝在啮合螺纹的长度的中点处在径向上测量出的尺寸，从阳 螺纹螺距直径延伸到阳螺纹孔；
阴螺纹壁厚＝在啮合螺纹的长度的中点处在径向上测量出的尺寸，从阴 螺纹螺距直径延伸到阴螺纹外径的；
嵌入螺距＝嵌入螺牙侧面之间的轴向长度，相隔一个螺纹匝；
荷载螺距＝，荷载螺牙侧面之间的轴向长度，相隔一个螺纹匝；
强力连接＝一种管连接，该管连接将密封并且在该阳螺纹或阴螺纹的任 何部分的VME屈服应力第一次达到荷载的任意组合下不断裂；
RCT＝每匝阳螺纹牙顶半径变化；
WCT＝每匝阳螺纹牙顶宽度变化；
CR＝变化比＝RCT/WCT。
本发明可以与用于任意用途的任意类型或尺寸的开放式或截留楔形螺 纹实施方案结合，这些用途包括但不限于：直径大于管子的传统双阴螺纹耦 合；双阳螺纹耦合；整体接头；平式接头；镦粗(upset)管端；焊接在端部 上；用于将管子连接在厚壁容器上；用于可拆卸地连接例如结构件等。开放 式楔形螺纹对于一些用途而言具有优于截留式楔形螺纹的优点，例如便于制 造和测量、更容易预测装配位置以及减小了操作损坏。截留式楔形螺纹通过 防止承受极端工作条件的配合螺纹的径向分离从而在某些情况中具有更好 的密封性能。多头起始螺纹(multiple start thread)也在本发明的范围内。本 发明可以通过以最佳地适用于在权利要求下的任意特定或通常用途的不同 组合中选择地使用各种特征来实施。本发明教导了楔形螺纹变化比范围，这 将通过保证在全装配位置处的密封完成配合螺纹之间的密封：所有配合螺牙 侧面紧密接触从而这些螺纹将不会松脱；牙顶间隙对于用来密封的润滑剂而 言不是太宽；牙顶间隙对于瞬时流动的润滑剂而言不是太窄，但足以重新密 封在牙顶间隙中的已经由操作力打开的泄漏通道，从而实现在配合螺纹之间 的密封。配合螺牙侧面的径向宽度可以相等，阴螺纹螺牙侧面的径向宽度可 以大于阳螺纹螺牙侧面的径向宽度，或者阳螺纹螺牙侧面的径向宽度可以大 于阴螺纹螺牙侧面的径向宽度。夹角可以为零、正或负。这些螺牙侧面可以 径向伸出，或者它们可以按照任意方式倾斜。
根据本发明的CR数值：在装配的后面阶段期间，留在本发明的配合螺 纹之间的最后间隙为牙顶间隙，这些间隙收集润滑剂并且对它进行加压，从 而在最终装配位置处，两组配合螺牙侧面牢固接触地楔入。牙顶润滑剂压力 在装配的最后阶段期间径向作用在配合的牙顶和牙根上，从而使它们保持分 开，这就降低了装配力矩。(1)当夹角为负时，在达到最终装配位置时，径向 作用在配合牙顶上的润滑剂压力乘以等于(夹角/2+摩擦角)的余切的楔入系 数，并且通过轴向矢量作为在配合螺牙侧面之间的承载压力被施加，从而使 它们充分密封在它们之间的润滑剂的“Q”厚度上，并且将它们保持在一起 而不会出现可以由操作力推动的相对运动。(2)当夹角为正时，牙根-牙顶润 滑剂压力在装配期间径向作用在牙顶和根部上以克服径向干涉力使它们保 持分开，这降低了装配力矩，并且在完全装配的位置处，在阴螺纹和阳螺纹 之间的径向干涉力将这两组配合螺牙侧面推压成硬楔入接触，并且减去牙顶 润滑剂压力的径向干涉力乘以相同的系数并且作为轴向密封和承载压力施 加在配合的螺牙侧面之间。(3)当两个螺牙侧面与轴线垂直时，牙顶润滑剂压 力使牙根和牙顶保持分开并且降低了装配力矩直到在配合螺牙侧面之间的 切向楔入力使转动停止并且将这些螺牙侧面密封。在每种情况中，通过不宽 于BTD的润滑剂厚度来最终密封这些牙顶间隙。用于解释本发明的以下计 算公式包括一些与家庭测量数值相比非常小的尺寸，但是它们是当前在纳米 技术中计算出的尺寸的几千倍，并且是用在量子物理中的尺寸的几十亿倍。 这些计算是可靠的，因为数学是一项完美的科学。
下面将说明如何确定和应用正确的CR：当以剖面示出的阴螺纹螺纹槽 在理论上保持静止并且阳螺纹通过阳螺纹槽从干紧位置(DTP)向密合位置 (SP)后退时，所形成的阳螺纹牙顶半径的变化＝设计径向干涉(DRI)+桥接厚 度尺寸(BTD)，并且轴向螺牙侧面行程＝G.RCT＝每匝的半径变化，并且 WCT＝每匝的螺纹宽度变化，因此从DTP到SP的后退匝数为：(DRI+ BTD)/RCT＝G/WCT。然后，CR＝RCT/WCT，因此后退的CR＝(DRI+ BTD)/G。然后，在用润滑剂涂覆这些螺纹并且将它们从密合位置拧紧到紧 固位置之后，所形成的阳螺纹半径增量＝(DRI+BTD-DT)，并且螺牙侧面 行程＝(G-Q)，因此装配的CR＝(DRI+BTD-DT)/(G-Q)，这等于后退的 CR，因为CR不能在后退和装配之间变化。对G＝Q(DRI+BDT)/DT进行求 解，并且代替G成为装配CR。那么，CR＝DT/Q；最大DT＝BTD；最小 DT＝HTD，因此最大CR＝MCR＝BDT/Q，并且最小CR＝LCR＝HTD/Q。 因此，DRI的数值和半径公差消掉并且不会影响CR的数值。在阳螺纹和阴 螺纹之间的RCT和WCT上的公差差异可以忽略不计，因为CNC机加工精 度为0.0005cm/cm长度。如果希望使阴螺纹或阳螺纹螺纹深度之中的一个与 另一个相差一截断尺寸(truncation dimension)“TD”，则MCR＝(BTD- TD)/Q。对于给定润滑剂组分的BTD、HTD和Q的数值可以如下估计出或 者对于陌生的润滑剂，可以通过小心控制的实验室试验来确定它们：BTD＝ 由不能通过的相关筛孔所限定的润滑剂中的最大固体颗粒等级的尺寸；HTD ＝BTD×(所制出的润滑剂的全部固体颗粒的体积百分比)；Q＝BTD×(所制出 的润滑剂的可延展颗粒的体积百分比)。实施例：铅、镉和铜是可延展的， 但是石墨和油是不可延展的。采用通常的API 5A2 Mod润滑剂：BTD＝ 0.0152cm；HTD＝0.0152cm×0.27＝0.0041cm；Q＝0.0152cm×0.1＝0.00152cm。
在给定范围内选择一CR数值时，最好首先选择足够低的WCT，低得 足以使RCT对于在该范围内的CR而言将不会不必要地高。为了指导WCT 的选择，优选但不是强制地将WCT设定为实际值；在LCR和MCR之间选 择CR；并且RCT＝WCR/CR。其CR稍小于LCR或稍大于MCR的螺纹可 以暂时密封，但是不容易在工作条件下保持密封。通常在没有到达理想装配 位置之前就停止装配，一匝的一小部分等于：2×tan(夹角/2)×DT/WCT。
装配阶段A：在密合位置处，第一螺牙侧面间隙(通常为嵌入螺牙侧面 间隙)已经闭合，因为在它们之间的滑动作用已经将没有在微小表面缝隙中 的所有润滑剂挫掉并且从第一螺牙侧面间隙克服非常小的压力将它挤进牙 顶间隙中。第二牙顶间隙宽度小于BTD，因此它已经开始密封并且因此限制 润滑剂通过其较长的局部密封长度螺旋地从第二牙顶间隙流出，但是它可以 很容易径向流动几分之一英寸进入到压力更低的较宽牙顶间隙中。随着装配 的进行，由于油脂和细小粉末固体颗粒围绕着在间隙表面之间压实成“Q” 厚度的可延展固体颗粒流出，所以第二牙顶间隙将降低至“Q”宽度。留在 配合螺牙侧面之间的润滑剂将保持密封，因为它牢固地紧紧楔入在螺牙侧面 之间。但是，在牙顶间隙中的“Q”润滑剂厚度不能维持密封，因为它没有 紧紧楔入，但是受到热、机械和流体压力壁挠曲的作用，因此即使短暂的瞬 时振动也会引起在牙根和牙顶之间的相对运动，这会干涉固体颗粒的薄层， 形成泄漏通道并且产生泄漏，因为不存在流体润滑剂以重新密封(合拢)该牙 顶泄漏通道。
装配阶段B：在最后的螺牙侧面间隙闭合时，没有更宽的间隙用于润滑 剂从牙顶间隙的减小宽度中流进流出，因此由于更大的浆状并且逐渐密封的 固体颗粒，限制了剩余固体颗粒通过其细长螺旋间隙流出。但是，大部分油 (和/或油脂)已经流出，同时大部分固体颗粒拦在被夹紧的较大颗粒后面，并 且固定作为密封剂，从而由本发明的可每一个的工作CR数值控制得到在 BTD和HTD中间的润滑剂厚度。
就申请人的最好知识和认知而言，没有楔形螺纹专利教导了在由我的公 式限定的范围内的CR数值，即使偶然落入在该范围内但是没有认识并且教 导CR特征作为优点，则本发明没有因此受到影响。作为产品系列销售的所 有连接件和/或在任意给定管道系统中所使用的所有连接件必须密封且不会 松开以便该系统安全且正确地操作，例如在油井、化学工厂、学校建筑或办 公室建筑，因此如果在管道系统中只有少数一些连接件没有出故障，则该系 统不能实际应用。例如，在油或气井中，在那里具有几排直径、壁厚和深度 不同的管子，它们往往具有不同的结构并且由不同的金属制成。另外，在每 一排中的几百个连接件可以为几种不同的连接类型，因此需要许多不同的管 连接来完成一个井，并且如果一根管子泄漏或松开的话，则可能导致危险、 着火、爆炸、对环境造成损害、损失油井和/或极为高昂的费用。在申请人 50年的管连接的产品设计、制造和申请过程中，他已经观察到许多由不知道 产品如何工作的人们作出的错误产品变化，因此他们无意识地将该产品改变 成不能工作。因此，偶然或随机包括特定特征的参考文献没有给出预测，除 非所述参考文献也教导了如美国案例法的“本领域普通技术人员”能够理解 和使用的特征。
通过我的相对陡峭的锥度来实现优选实施方案的宽嵌入螺牙侧面和大 半径。当下降至阴螺纹以进行装配时，阳螺纹嵌入螺牙侧面压靠在阴螺纹的 配合嵌入螺牙侧面上以支撑所安装的管接头，如由我的专利5018771所教导 的一样，这也使阳螺纹有超过一半的长度被设置到阴螺纹中，从而对准是自 动的，并且如Mott在‘605中所披露的一样不会出现交叉攻丝(cross threading)。如上面所限定的CR数值对螺纹锥度具有影响，理想的是，该锥 度应该随着壁厚增加大致在可工作的CR范围内增加，以防止过大的螺纹长 度。我的CR范围使得能够针对给定的设计合理地选择CR数值。为了防止 当阳螺纹嵌入进阴螺纹时在阳螺纹牙顶和阴螺纹牙顶之间的锥形锁紧，优选 的是，如本领域所公知的一样，将牙顶和牙根平行于管轴线设置。对于给定 直径螺纹而言在荷载螺牙侧面轴向螺距长度和嵌入螺牙侧面轴向螺距长度 的差异限定了在相邻螺牙侧面之间的切向楔入角，如果该楔入角太大，则这 些螺纹可能松开并且泄漏，但是如果太小，则该连接可能远远没有达到完全 装配的理想位置之前就停止。通过下面给出的针对数值“J”的我的公式可 以发现试验WCT数值，并且可以通过分别用于“LF”和“SF”的我的公式 来找出负载螺牙侧面轴向螺距和嵌入螺牙侧面轴向螺距的试验数值，从而接 近在正确CR范围内的其最终数值。
阴螺纹和阳螺纹的配合螺牙侧面宽度可以相等，或者一个螺牙侧面其径 向宽度可以大于另一个。当配合的螺牙侧面宽度相等时，则所得到的阴螺纹 牙顶间隙将等于所得到的阳螺纹牙顶间隙。如果配合的螺牙侧面宽度不相 等，则在下面给出的我的公式中将优选的数值定义为“S”和“B”。为了将 在装配期间局部牙顶损坏的效果减至非常之小，以致于在组装时不能用肉眼 看到，本发明教导了可以将螺纹螺牙侧面宽度的尺寸和公差设置得使得阳螺 纹螺牙侧面宽度小于阴螺纹螺牙侧面宽度，从而在装配时，最可能受到损坏 的阳螺纹牙顶保持与阴螺纹牙根分开，以便防止在它们之间出现磨损。在本 发明的范围内，阴螺纹螺牙侧面宽度要小于阳螺纹螺牙侧面宽度，从而使阳 螺纹牙根保持与阴螺纹牙顶分开，但是如下面所述一样，这种防损坏特征会 与最佳密封结构一起丧失：在螺纹啮合的小直径端部处，楔形螺纹的阴螺纹 牙顶的轴向长度必须比阳螺纹牙顶的轴向长度长许多，因此我的优选实施方 案如此设置，长度更长的阴螺纹牙顶限定了更小的间隙宽度以减小在流体压 力通常是最大的地方处的泄漏可能性，并且更短的阳螺纹牙顶长度限定了更 宽的间隙，但是不比桥接厚度尺寸宽。
为了使得阳螺纹和阴螺纹在圆周上彼此一致，在阴螺纹和阳螺纹之间建 议设置预定量的径向干涉，从而足以在阴螺纹中产生出最优的拉伸周向应力 并且在阳螺纹中产生出最优压缩周向应力。如果装配周向应力过大，则可以 降低针对内部流体压力的阴螺纹定额(box rating)针对轴向负载的阳螺纹定 额(pin rating)，因为这些应力附加在由流体压力和轴向负载产生出的周向和 轴向应力上。因此，本发明的任选特征教导了，在配合阴螺纹和阳螺纹之间 的优选直径干涉应该大致为：管外径的1/5×管材料屈服应力/管材料的弹性 模量。为了得到最佳性能，干涉应该沿着在啮合螺纹的两个端部之间的螺旋 螺纹长度一直延伸，并且在规定直径和锥度公差时应该考虑干涉应力。这种 受控的干涉将使得工作接近最大负荷率，并且也将减小楔形螺纹螺牙侧面永 久啮合的趋势。
对于极限工作要求而言或因为用户规范需要它，所以在啮合螺纹的任一 或两个端部附近可以形成用来增大螺纹密封的金属-金属密封。设置在阳螺 纹端部附近用来与在靠近阴螺纹的小直径端部的阴螺纹内形成的配合密封 表面相协作的这种密封表面将克服内部流体压力减小密封直径，由此降低了 加载在该连接上的轴向和周向流体压力。需要通过将阴螺纹的内径表面形成 在其表面附近来在配合螺纹的大直径端部附近形成金属-金属密封，用于与 在靠近阳螺纹的大直径端部的阳螺纹周围形成的配合密封表面合作。这种外 密封将提供对外部流体压力的最大阻力，并且也可用来在一些情况中防止螺 纹的外部腐蚀。当在平式接头连接中需要这种密封时，则密封唇口厚度所需 要的壁厚不再适用于该连接的机械强度，但是通过使用我的专利5516158所 教导的过程中型锻(in-process swaging)，可以用比镦锻或者全型锻连接低的 成本来获得全力(full strength)近齐平连接。本发明用于增强连接强度、其 密封的能力以及改善其成本的另一个任选特征是使得所啮合的螺纹的轴向 长度以及它们的牙顶长度的尺寸成为实际的最小值，并使得在螺纹啮合的该 长度中的螺纹匝的数量最大，这是通过使得第一阳螺纹匝的最小轴向牙顶长 度的尺寸基本等于第一阴螺纹匝的最小轴向牙顶长度而实现的。以下对于标 为“A”的平均轴向螺距所给出的公式会使得未来的设计师能为任何大小的 连接确定这种尺寸。然后基于“A”的值，通过我的分别如下所示的“SF” 和“LF”公式可以求出嵌入螺牙侧面螺距长度和荷载螺牙侧面螺距长度。因 此，可以避免其它的不可工作的、浪费的和/危险的产品。
为了实现螺纹密封，在以牢固的接触使得螺牙侧面楔配合之后，在牙顶 和牙根之间存在的间隙宽度必须不超过桥接厚度尺寸。在本发明的优选实施 方案中，通过嵌入螺牙侧面的径向宽度和荷载螺牙侧面的径向宽度来控制该 间隙宽度，可以维持前述的阳螺纹-阴螺纹径向干涉。当阴螺纹牙顶接触阳 螺纹根部时容易说阳螺纹牙顶准确地接触阴螺纹的牙根，但是机加工公差防 止这种现象的发生，并且甚至接近空想家的条件，这对于管连接的制造来说 是过于昂贵的。因此如上所解释的，为了螺纹能够密封，必须限定最大间隙 宽度并且在实际中不得超过。在保持标准制造实际中，优选的但是不是强制 性的，目标间隙宽度是在BTD和HTD之间的中间值。
以下解释本发明的另一个优选特征：当具有零夹角的配合楔形螺纹牢固 地楔在一起时，不存在因为过量的力矩而将螺纹挤出它们的配合沟槽的倾 向。楔形螺纹径向干涉由螺纹牙根-螺纹牙顶干涉引起，这在到达最大力矩 幅度之前并且与其无关，这种最大力矩幅度只有在配合螺牙侧面楔入时才会 出现。对于不需要我前面描述的实施方案可以提供的最大扭矩抵抗力的开放 式楔形螺纹有服务应用(service application)，并且对于这些螺纹，以下任选 的实施方案具有一定的优点，例如在一定情况下改善螺纹切割工具的几何形 状，从而可以按照大于摩擦角两倍的夹角来形成螺牙侧面。由于装配扭矩， 螺牙侧面上的轴向楔入力比在牙根和牙顶之间的干涉大许多倍，因为在螺牙 侧面之间的螺旋形构成的夹角非常小。在配合螺牙侧面之间的轴向力的矢量 等于：楔入力乘以[夹角/2-摩擦角]的正切值。因此很明显，如果夹角不超 过螺牙侧面之间的摩擦角的两倍，就不会有这种力存在，但是，当干涉迫使具 有小于摩擦角二倍的夹角的配合螺纹在一起时，可能会发生过早的锁紧。理 想的是正的夹角超过摩擦角两倍，然后在采用这种夹角之前，工程计算必须 首先确认阴螺纹和阳螺纹壁足够强壮以保持该力，同时不会受力过大。零度 的夹角是优选的，以消除这种分开倾向的任何顾虑，但是很明显，具有正或 者负的夹角的楔形螺纹处于本发明的范围内。当根据本发明形成截留或者开 放式楔形螺纹时，优选的但是并不是强制的，夹角的绝对值大于所使用的润 滑剂摩擦角的两倍，以防止螺纹过早锁紧。
当根据本发明使用给定的螺纹连接时，同时具有适合于在螺纹之间密封 和润滑的大的和小的固体颗粒的管润滑剂可以用于螺纹。这种润滑剂应当具 有大的固体的可延展的颗粒，其宽度不小于在组装好的螺纹之间可能形成的 最宽的牙根-牙顶间隙，其组合体积大于润滑剂体积的1/200，从而有效的 密封牙根-牙顶间隙，但是小于溶液体积的1/20，从而防止在配合螺牙侧面 之间截留过量的颗粒，由此保持配合螺牙侧面不会以牢固的接触相啮合，而 后者可以允许在投入使用之后连接变松并泄漏。为了防止在配合螺纹之间的 所有大小的固体颗粒的过量截留，所有固体颗粒对润滑剂体积的体积比应当 不超过可以在配合螺纹之间形成的最小牙根-牙顶间隙与最大牙根-牙顶 间隙的比例。
因此现在很清楚，本发明教导了如何提供有成本效率的、高强度楔形螺 纹管连接，它可以容易的和重复性地组装，非常接近宽的扭矩范围内的完全 装配的理想位置，从而实现和保持高压气体和/或液体密封，同时同样地防止 因为使用条件而变松，并且即使该连接承受极端的操作负载例如瞬时振动、 机械加载、流体压力和/或热量变化，也可以合拢其牙顶密封。
用于迄今为止的现有技术没有教导的我的楔形螺纹的优选尺寸，可以按 照如下公式来确定，但是本发明的范围不限于此。
O.D.＝管外直径
D＝管设计O.D.＝在管端部的O.D.公差之内的平均直径
P.D.＝螺纹中径，通常用于工程和制造
BL＝在螺纹啮合的最大直径处的理想的阳螺纹P.D.
BS＝在螺纹啮合的最小直径处的理想的阴螺纹P.D.
T＝圆锥形螺纹锥度＝直径变化/轴向长度
L＝啮合的螺纹的长度＝(BL-BS)/T
J＝荷载螺牙侧面轴向螺距-嵌入螺牙侧面轴向螺距＝0.063+ D/2800cm＝ANSI“RC5”Fit，在处于完全装配位置之前的一个匝处的时候
W＝阳螺纹荷载螺牙侧面的径向宽度＝＜t/6＝＜第一螺纹牙顶的轴向长 度
A＝平均轴向螺距＝W+(W^2+J×L)^0.5
LF＝荷载螺牙侧面轴向螺距＝A+J/2
SF＝嵌入螺牙侧面轴向螺距＝A-J/2
N＝螺纹匝的数量＝L/A
S＝阳螺纹嵌入螺牙侧面的径向宽度＝W+A×T/2
B＝阴螺纹荷载螺牙侧面的径向宽度＝W+0.08cm
C＝阴螺纹嵌入螺牙侧面的径向宽度＝S+0.08cm
Y＝连接材料单元的屈服强度
E＝连接材料的弹性模量
M＝直径上的优选螺纹干涉＝.2×D×Y/E
PS＝在螺纹啮合的小端处的阳螺纹P.D.＝BS+M
PL＝在螺纹啮合的大端处的阳螺纹P.D.＝BL+M
PB＝阳螺纹孔
PR＝管材料的泊松比例
R＝阴螺纹壁厚对阳螺纹壁厚的比例
BCS＝阴螺纹轴向压缩应力限制＝M×E/[PR×D×(R+1)]
PTS＝阳螺纹轴向张应力限制＝R×BCS

图1表示在嵌入位置处的连接的阴螺纹和阳螺纹的一部分；
图2表示在完全装配位置处的图1的连接；
图3表示图1的螺纹部分的部分放大视图；
图4表示利用双阳螺纹偶合的另一个实施方案的一部分；
图5表示螺牙侧面角的变化的部分视图；
图6表示螺牙侧面角的另一个变化的部分视图；
图7表示在组装之后的陷型的阳螺纹和阴螺纹的一部分；
图8表示由圆柱形开放式楔形螺纹形成的一部分；
图9来自图2，表示阳螺纹牙顶间隙宽度的桥接厚度尺寸；
图10来自图2，表示阴螺纹牙顶间隙宽度的桥接厚度尺寸。

图1表示在阴螺纹(2)内的嵌入位置处的阳螺纹(1)，从而螺旋形构成 的阳螺纹嵌入螺牙侧面(3)和它形成于其上的管接头的重量，由螺旋形构 成的阴螺纹嵌入螺牙侧面(4)支撑。阳螺纹荷载螺牙侧面(5)和阴螺纹荷 载螺牙侧面(6)没有彼此相接触。通过将阳螺纹降低到阴螺纹内而不旋转， 可以保持嵌入位置，其中阳螺纹的螺纹匝向下穿过阴螺纹的螺纹匝，直至每 个匝的阳螺纹嵌入螺牙侧面在直径上与阴螺纹嵌入螺牙侧面接触太小以致 于它不能通过，从而阳螺纹嵌入螺牙侧面压靠在阴螺纹嵌入螺牙侧面，并且 阳螺纹牙顶(7)水平对准在阴螺纹牙根(8)内。牙根和牙顶优选形成为与连接 轴线平行以便防止在嵌入期间出现锥形锁紧，并且形成更宽度的嵌入螺牙侧 面。阳螺纹牙顶的轴向长度(9)和直径(10)在其下开始部分处最小，然后逐渐 增加至在其上端部处的最大轴向长度(11)和最大直径(12)。在嵌入位置处，阴 螺纹牙根(14)的轴向长度(13)是比阳螺纹牙顶(7)的相邻轴向长度(9)大的一恒 定的长度，从而当阳螺纹旋转以装配该连接时，在嵌入螺牙侧面之间出现滑 动，并且阳螺纹牙顶螺旋向下并且向外朝着阴螺纹牙根运动，并且朝着在图 2中所示的全装配位置运动，阳螺纹螺牙侧面楔入在阴螺纹螺牙侧面之间， 因为阴螺纹根部和阳螺纹牙顶的相邻长度(13)和(9)变得基本上相等，并且阳 螺纹负载螺牙侧面(5)与阴螺纹负载螺牙侧面(6)邻接而使在其间的润滑剂厚 度为“Q”，这在完全装配的理想位置处停止转动。在这些楔入出现之前，润 滑剂截留在两组牙根和牙顶之间并且受到加压，并且在第二螺牙侧面间隙 中，通过在阳螺纹牙根(20)和阴螺纹牙顶(21)之间的加压润滑剂而使得其间 的径向干涉开始并且逐渐地增加，并且如图9所示一样在阳螺纹牙顶(7)和阴 螺纹牙根(8)之间形成不宽于BDT的间隙宽度(22)，这两个间隙宽度都在HTD 和BTD之间，因为CR是按照本发明的。阴螺纹和阳螺纹的嵌入和荷载螺牙 侧面的径向宽度如此设定尺寸和公差，从而在完全装配的位置处如图9所示 的间隙(22)的宽度不大于桥接厚度尺寸。牙顶可以为截头圆锥形，因此阴螺 纹或阳螺纹深度小于配合螺纹深度。
如图2所示，在螺纹啮合(23)的中间长度处，阴螺纹厚度是在中径和阴螺 纹外径之间径向测量出，如在(24)处，并且阳螺纹厚度是在中径和阳螺纹内 径之间径向测量出，如在(25)处。可以例如在所需要的位置(26)和(27)处形成 轴向空间以放松端部长度公差，同时确保台肩在螺牙侧面紧紧楔入之前不会 邻接。
虽然根据本发明构造出的楔形螺纹连接将对高压气体密封，但是当特殊 用户规范需要时或当必须减小流体压力负载时，则对于在图4中所示的实施 方案而言，可以在图2的(28)和(29)处或在图7的(93)和(97)处等选择性地设置 配合的金属-金属密封表面。这些密封可以包括圆柱形或锥形表面，其中使 图7的阳螺纹密封表面(93)在直径上稍大于配合的阴螺纹密封表面(95)，以便 在组装时产生干涉配合(interference fit)。阳螺纹表面(97)同样其直径可以稍 大于配合的阴螺纹表面(98)。在邻接时密封的阴螺纹和阳螺纹上的(26)和(27) 处的径向密封表面在本发明的范围内，但是需要更紧的公差。
图3的放大螺纹形式细节显示出将阳螺纹牙根连接至螺牙侧面的大的凹 面半径(30)，以及阴螺纹的类似半径(31)，它们通常大约是荷载螺牙侧面 半径宽度的15％但不是必须的，以与尖锐边缘的截留型楔形螺纹的易损坏性 相比，减少了应力集中和极大的减少在操纵、运输、存储和组装过程中的损 坏。图3所形成的螺纹也通过在(34)处的嵌入螺牙侧面的接触而为嵌入的 管接头提供稳定的支撑，以避免在如Mott所述的传统楔形螺纹连接的组装过 程中所需要的单调的操纵，它们也提供该连接的轴向和同心的对准，以自动 的用较长的阴螺纹根部来套准阳螺纹牙顶，从而有助于确保可靠连接所需要 的正确的组装。夹角(35)可以是负或者正的，或者可以是0度。如果夹角 的绝对值小于摩擦角的两倍但是不为0，则螺牙侧面会在完全装配的理想位 置之前就过早地锁紧。用于API5A2改性润滑剂的摩擦角是1.2度。为了避免 在因为温度升高降低润滑性时润滑剂干燥所导致的问题，优选的夹角不小于 摩擦角的4倍，以便允许在一些较晚的时候容易拆卸。
当荷载螺牙侧面与嵌入螺牙侧面平行形成从而图3中的夹角(35)等于0 时，为了改善尺寸准确性以及减少制造成本和检查连接，提供一种迄今为止 不能获得的有成本效率的楔形螺纹连接。对于一般的应用，两种螺牙侧面优 选相对于轴以90°形成，但这不是必须的。例如，当阴螺纹壁厚(24)以及 在阳螺纹壁厚(25)尺寸适当接近时，则阴螺纹和阳螺纹会在装配过程中以 及当处于附加的负载之下而不需要其上形成有螺纹的管状部件的储备径向 约束强度(reserve radial restraining strength)的时候同等的收缩和膨胀，以 防止配合螺纹的分离，而这种分离会导致泄漏和/或跳出(jumpout)。
如果阴螺纹和阳螺纹的厚度差极大并且轴向负载如此接近额定负载，以 至于可以通过导致不同的尺寸应变的径向力来克服在较薄壁的部件中的径 向螺纹干涉，然后当拉伸负荷对于给定应用来说是最重要的时候，嵌入螺牙 侧面(50)，(51)和荷载螺牙侧面(52)，(53)可以向上倾斜离开轴，如 图5所示，或者当压缩负载对于另一个应用来说是最重要的时候，嵌入螺牙 侧面(60)，(61)和荷载螺牙侧面(62)，(63)可以向下倾斜离开轴，如 图6所示。在任何一种情况中，它们都会以足以抵抗不然会导致不同的应变 的径向机械力的角度来倾斜，从而防止配合螺纹的分离。当拉伸和压缩的高 负载同时施加在这种不相等的阴螺纹和阳螺纹壁厚上时，两个都是负的螺牙 侧面角可能是最合适的。
尽管夹角(35)的优选值对于一般应用来说是0，但是在一定的情况下， 正的夹角可能是最适合的，从而改善螺纹切割工具的几何形状，或者用于在 不具有现代的车螺纹机械的完全灵活性的机械上进行制造。当夹角是正的时 候，楔入力将螺纹排出它们的配合沟槽的倾向直接提高为：(夹角/2-摩擦 角)的正切值。在这种情况中，阴螺纹和阳螺纹的壁厚必须都提供一个大于 该排斥力的储备约束力，以便防止分离和承受所有其它的操作负载，同时不 会使得其上形成有螺纹的管壁发生应力过度。
图10是从图2截取的的片段的中心部分的剖面图，它显示了图9的实施方 案的替换实施方案，其中阳螺纹牙顶和阴螺纹牙根在装配时干涉，并且其中 在阳螺纹牙根和阴螺纹牙顶之间形成宽度不大于桥接厚度尺寸的间隙(36)。 该实施方案可以在不需要上述针对图9所示实施方案所解释的防止损坏的优 点的运行中使用。
本发明教导了可工作的变化比例的重要性和使用，从而即使在其承受了 后面的工作负载例如极度的瞬时振动、突发的冲击和温度变化之后，也能防 止楔形螺纹连接的松脱和泄漏。
以下实施例采用了API5A2改性的润滑剂，但是在确定了润滑剂的BTD、 HTD和Q值之后，它可以用于任何螺纹润滑剂。最大的CR＝MCR＝BTD/Q ＝.0152cm/.00152cm＝10，最小的CR＝LCR＝HTD/Q＝.00406cm/.00152cm ＝2.67，这样建立了一个2.67-10的CR范围。采用我的用于理想WCT的公式， 可以选择WCT值，然后根据应用特征，设计者可以容易地在该范围内选择用 于CR的值，并知道其连接将会密封，在经受了工作负载之后不会松脱或泄 漏。