本发明涉及螺纹紧固件。本发明具体但不唯一地涉及诸如螺母或 螺栓的螺纹紧固件。

在需要将两个或更多个零件牢固地固定在一起的场合中，螺母和 螺栓类型的螺纹紧固件得到了广泛的应用。在许多行业，重要的是螺 母和螺栓组件被旋紧到一定程度，以便在固定在一起的零件之间提供 确定的连接力。

一种施加确定连接力的重要情况是由一系列端部彼此连接在一起 的管件所构成的管道。通过用螺母和螺栓组件将相邻管件上的法兰固 定在一起使管件得以连接，其中，螺栓穿过形成在法兰中的孔。为了 在使用管道时确保在法兰之间、并因而确保管件本身之间提供流体密 封作用，必须在法兰上施加足够大的连接力。

为此，螺母和螺旋组件的制造商必须仔细地评估螺母/螺栓的承载 能力以及将夹紧力传递到连接在一起的零件上的能力。因而，制造商 必须符合提供特定数值连接力所需的连接扭矩的工业标准表中所列示 的严格要求，并考虑这样一些因素，诸如：螺母/螺栓尺寸；螺距和螺 纹尺寸；制造螺母/螺栓所采用材料的物理特性；表面摩擦系数；以及 所采用的任何螺纹润滑剂或者密封剂的物理性质。

然而，这样就要求安装螺母/螺栓的操作者在确定对所述螺母/螺栓 施加的扭矩时查阅上述标准表，并进行一些复杂的计算，以便提供所 需的连接力。遗憾的是，通常操作者会简单地将螺母/螺栓旋紧到尽可 能高的程度，只要不切断或剥掉螺母/螺栓的螺纹。当操作者在恶劣环 境中工作时，如海上石油钻机时，尤其会出现这种情况。以这种方式 安装螺母/螺栓会导致其被过度旋紧而超过其承载能力，并且在极端情 况下可能会导致螺母/螺栓的失效。

对于包括如上所述地连接起来的管件的管道而言，这尤其会是个 问题。这是因为当流体沿管道流动时，管件会承受巨大的压力，尤其 是在油气勘探和生产行业中出现的高温/高压流体。当流体沿管道流动 时，巨大的流体压力作用在相连的法兰上，从而对螺母与螺栓组件施 加压力。当螺母与螺栓组件被过度旋紧时，这样会导致螺栓/螺母在过 度负载下失效。对于海床上的海底管道而言，这样则会导致灾难性的 后果，并且极难补救。

要理解的是，当螺母和螺栓组件偶然地未被旋紧时也存在问题， 导致作用在固定在一起的零件上的连接力不足。这种未旋紧的现象会 导致螺母在使用中“后退”，这样可能会导致被固定零件分离，并且对 于将管件连接在一起的应用示例而言，这样会导致不希望出现的流体 流出管道或者流进管道。

尽管上述问题特别地有关油气勘探和生产行业，但要理解的是， 上述问题也与用于其它行业的紧固件有关。

因而，本发明的实施例的一个目的是避免或减轻至少一个上述缺 点。

根据本发明的第一方面，提供了一种紧固件，包括：主体部；从 所述主体部延伸的唇部；以及在所述主体部中邻近所述唇部形成的凹 陷，当在所述紧固件上施加连接扭矩而导致所述可变形唇部发生变形 时，所述凹陷的形状使其容纳至少部分的所述可变形唇部。

这样，当采用所述紧固件将两个或更多零件(例如将相邻管件上 的法兰)固定在一起时，唇部会抵靠在零件的表面上，而紧固件在被 用于固定时就抵靠在这个表面上。当紧固件被旋紧至所需程度以便提 供确定的连接力时，唇部变形至主体部的凹陷中。

优选地，在确定的连接力的作用下，唇部变形至凹陷中，而连接 力本身则由作用在紧固件上的连接扭矩确定。唇部的形状和尺寸可被 选择成使其在确定的连接扭矩作用下变形至凹陷中。这样，唇部留在 凹陷中的变形对操作者起到了“标志”的作用，显示出紧固件已被旋 紧至所需程度，并且不需要再施加扭矩。因此，要理解的是唇部可以 是标志。

紧固件可以是螺母，该螺母具有穿过其中延伸并适于容纳螺栓/ 螺纹杆的螺纹孔；或者紧固件可以是螺栓，该螺栓是具有适于被容纳 在螺母的螺纹孔中或者待固定零件的螺纹孔中的螺纹杆。当紧固件是 螺母时，螺母的主体部可以是多面的(例如，限定出六个表面，因而 是六角头的)，从而限定出用于与旋紧工具接合的多个传动表面。以类 似的方式，当紧固件是螺栓时，主体部可以限定出螺栓头，并且可以 是多面的(例如限定出六个表面，因而是六角头的)，从而限定出用于 与旋紧工具结合的多个传动表面。

唇部可从主体部的表面延伸，并可从主体部的与设置有凹陷的表 面相同的表面延伸。唇部可从主体部竖起，具体地从所述表面竖起， 并可在紧固件的纵向轴线方向(可以是紧固件的螺纹孔或螺纹杆的纵 向轴线)上延伸。

唇部可以是渐缩的，并且可以具有至少一个相对于紧固件的纵向 轴线(可以是紧固件的螺纹孔或螺纹杆的纵向轴线)至少部分地倾斜 的表面。当紧固件被旋紧时，如此倾斜的表面可使得唇部变形至凹陷 中。所述至少部分的唇部可以向紧固件的纵向轴线倾斜，从而当紧固 件被旋紧时，使得唇部相对于纵向轴线径向向内变形。因此，要理解 凹陷可设置在唇部的径向内侧。

唇部可具有相对于紧固件的纵向轴线的径向外表面和径向内表 面，并且至少部分的所述外表面和内表面可均相对于紧固件的纵向轴 线倾斜。至少部分的唇部的内壁可设置成平行于紧固件的纵向轴线， 并且在内壁的设置成平行于紧固件的纵向轴线的部分与内壁的设置成 倾斜于紧固件纵向轴线的部分之间的相交处限定出折叠线。这样，当 紧固件被旋紧时，可使得唇部相对于折叠线变形，从而使唇部以受控 的方式变形至凹陷中。

唇部可总体上呈环形，并且以围绕紧固件的连续环延伸。或者， 唇部可包括共同限定出唇部的多个唇部段。唇部段围绕紧固件在圆周 方向上彼此隔开，即，唇部(在未变形的状态下)可彼此隔开，从而 在唇部的相邻圆周面之间存在间隙。或者，唇部(至少在未变形的状 态下)可彼此紧靠，从而唇部的相邻圆周面彼此紧靠。

唇部优选地与主体部形成为一体。这样，当紧固件的唇部位于凹 陷中时，这向操作者提供了紧固件之前被使用过的标志。然而，在另 一实施方式中，唇部可设置成适于连接到/安装在主体部上的单独零 件。这样可容易地便于在需要的情况下重复使用紧固件。

当紧固件包括穿过其中延伸的螺纹孔时，凹陷可设置成邻近螺纹 孔的端部，并且可相对于螺纹孔的纵向轴线从螺纹孔的边缘向唇部径 向地向外延伸。或者，凹陷可以在唇部与螺纹孔的边缘之间部分地延 伸。

主体部的相对于紧固件的纵向轴线位于唇部的径向外侧的部分限 定出相对于纵向轴线倾斜的斜面。在具体的实施方式中，斜面相对于 纵向轴线倾斜45°。或者，斜面具有拱形表面。

设置如此倾斜的斜面可有助于确定紧固件是否被正确地旋紧。这 是因为，当紧固件被过度旋紧(超出唇部已经变形至凹陷中的点)时， 主体部(尤其是斜面)自身可变形。因此，通过斜面的变形，设置斜 面向操作者提供了紧固件已被过度旋紧的标志。要理解，斜面的这种 变形导致斜面的外边缘与紧固件的被固定表面之间的间隙减小。因而， 操作者可通过测量该间隙的尺寸来判断紧固件是否被如此过度旋紧。 如果该间隙的尺寸小于确定水平，那么这就表明斜面已发生变形，并 且因而紧固件已被过度旋紧。

另外，设置斜面允许用尺寸与所述间隙对应的测量工具或量具来 方便地测量该间隙(假设紧固件未被过度旋紧，并且因此斜面未变形)。 该量具可包括两个大体上呈C形的元件，这两个元件一起形成环形件。 当紧固件已被过度旋紧时，安装在该间隙中的元件不会相连。当紧固 件未被旋紧时，元件会处于松配合(并且唇部可见，且并未完全变形 至凹陷中)。

唇部可从延伸后状态和变形后状态变形，在所述延伸后状态下， 唇部从主体部的表面延伸，在所述变形后状态下，唇部完全容纳在凹 陷中。

根据本发明的第二方面，提供了一种螺纹紧固件，其包括：主体 部；从主体部延伸的唇部；以及主体部中邻近唇部的区域，在所述可 变形唇部发生变形时，所述区域的形状使其容纳至少部分的所述可变 形唇部。

唇部可从延伸后状态和变形后状态变形，在所述延伸后状态下， 唇部从主体部的表面延伸，在所述变形后状态下，唇部完全容纳在主 体部的所述区域中。

与本发明的第一方面的紧固件相同的本发明的第二方面的紧固件 的其它特征限定于上文中与第一方面有关的内容中。

现在仅作为实例，参照以下附图对本发明的实施方式进行描述， 在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的螺母形式的紧固件的俯视图；

图2是沿图1中的箭头A的方向得到的图1所示的螺母的半剖侧 视图；

图3是示出图1的螺母和常规构造螺栓的视图，其中，二者被用 于将管件法兰形式的两个零件固定在一起；

图4是类似于图3的视图，其示出了旋紧后的螺母，并且螺母的 唇部成形为螺母主体部中的凹陷；以及

图5是类似于图3的视图，其示出了经进一步施加扭矩的螺母。

首先参考图1，其中示出了根据本发明的实施方式的螺母形式的 紧固件的俯视图，并且所示螺母一般地由标号10表示。螺母10还以 沿图1中高的箭头A的方向得到的半剖侧视图的方式在图2中示出。

螺母10总体上包括主体部12、从主体部12延伸的唇部或突边14、 以及在主体部12中邻近唇部14形成的凹陷16。在下面会更详细地描 述到，当在螺母10上施加连接扭矩从而使可变形唇部变形时，凹陷 16的形状使其容纳至少部分的可变形唇部14。

用这种方法，当采用螺母将两个或更多零件固定在一起时，唇部 14会抵靠在零件的表面上，而紧固件在被用于固定时就抵靠在这个表 面上。当螺母10被旋紧到所需程度以提供确定的连接力时，唇部14 会变形至螺母的主体部12的凹陷16中。

对唇部14的形状与尺寸以及螺母10的材料进行选择，使得唇部 在确定的连接扭矩的作用下变形进入凹陷或沉孔16中。这样，处于凹 陷16中的唇部14的变形部分对于操作者起到了“标志”的作用，其 表明螺母10已经旋紧至所需的程度，无需进一步施加扭矩。

图3是示出螺母10和常规构造的螺栓18的视图，其中，二者被 用于将两个管件法兰20和22形式的零件固定在一起。现在也参照图 3，对螺母10及其在使用中的操作方法进行更加详细地描述。为了便 于说明，图3中仅示出了螺母10、螺栓18和法兰20、22这些部件。 另外，与在图2的左侧所示内容相似，螺母10以截面图的方式示出， 而法兰20和22也以截面图的方式显示。

本领域内的技术人员会容易理解，在采用螺母10和螺栓18连接 在一起的各个管件(未示出)上分别设置有法兰20和22。法兰20、 22均呈环形，并分别围绕各自管件的圆周延伸，还包括多个孔或缝隙 24和26。当管件被连接在一起时，法兰20、22彼此邻接，使得法兰 20的孔24与法兰22的孔26对准。于是，螺栓18位于每组对准的孔 24和26中，螺栓18的螺纹杆28穿过孔延伸，并且螺栓18的六角头 30与法兰20相邻接。

接着，螺母10与螺栓18连接，同时螺栓18的螺纹杆28容纳在 螺母10的螺纹孔32中。然后，如图3所示，转动螺母10使其沿着螺 栓杆28向前移动，直到唇部14与法兰22接触。可以手动地或者借助 如力矩扳手的适当扭力工具(未示出)来实现该操作。再接着，采用 力矩扳手继续转动螺母10，使螺母10沿着螺栓杆28继续向前移动。 操作者对作用在螺母10上的扭矩仔细地进行选择，以便提供特定数值 的连接力。

唇部14是在铸造后进行机械加工而制成的，并且大体上是渐缩 的，并包括在径向方向上的内表面34和外表面36。内表面34包括平 行于螺母孔32的轴线40的部分38，以及向轴线40倾斜的部分42。 另外，唇部14的整个外表面36向孔轴线40倾斜。可以理解，唇部表 面34和36的渐缩角度，甚至以及唇部14本身的材料体积，是通过基 础试验并与取得变形所需扭矩值相关联而确定的。

如图4所示，当旋紧螺母10时，唇部14变形至凹陷16中。唇部 14的这种变形通过设置外表面36以及内表面34的向孔轴线40倾斜 的部分42控制和辅助。另外，通过在内表面34上设置平行的部分38 和倾斜的部分42，有效地在这两部分相交的位置形成了折叠线。这样， 当如上所述地对唇部14加载时，唇部会相对于折叠线发生变形。

图4中所示的螺母10被旋紧到要在螺母10与螺栓18之间、因而 在法兰20与22之间提供所希望的固定力所需的程度。在这种状态下， 在呈45°倾斜的斜面46的边缘44(形成于螺母10的相邻平面48的相 交处)与法兰22之间的间隙43具有预设的尺寸。斜面46的尺寸和倾 角被选择成当在螺母10上施加确定的连接扭矩时，间隙43具有所述 预设的尺寸，并且唇部14发生如图4所示的变形。这样，提供如此倾 斜的斜面46有助于确定螺母10已被正确地旋紧。

这是因为在唇部14变形至凹陷16中(如图4所示)后，再进一 步施加扭矩会导致唇部14发生进一步的变形，并且还使斜面46发生 如图5所示的变形。而这样又会导致边缘44与法兰22之间的间隙43 的尺寸减小，从而为操作者提供螺母10已被过度旋紧的标志。操作者 可以通过测量间隙43的尺寸来判断螺母10是否已被如此过度旋紧， 并且如果间隙的尺寸小于对应所需连接力的预设程度，那么这就表示 斜面46已发生变形，因而螺母10已被过度旋紧。

判断螺母10是否已被过度旋紧的简单方法是将量具插入间隙43。 合适的量具包括两个大体上呈C形的元件(未示出)，这两个元件安 装在一起后形成环形件。该环形件的中心孔的尺寸被确定成使环形件 的内周缘安放在斜面46上，同时其外周缘与外部边缘44对齐。如果 螺母10已被过度旋紧，那么两个元件会伸出边缘44外，并且不再相 连成环形件。此时可以采取的补救措施可包括更换螺母10。

类似地，量具元件还可向操作者提供螺母10尚未旋紧到所需程度 的标志。这是因为，在这种情况下，间隙43会大于螺母10已被正确 旋紧时所出现的间隙，并且测定元件会与斜面46松配合。然而另外， 当螺母10未被旋紧时，那么唇部14不会如图3所示地留在凹陷16 中，并将被操作者看到，这样就提供了尚未施加合适的连接扭矩的可 视标志。为了有助于操作者对螺母10的正确旋紧进行判断，唇部14 (和/或螺母10的邻近法兰22的表面)可带有标志记号或者可被着色 以便从主体12(或主体的其余部分)中被分辨出来。这样，当记号或 色彩不再可被看到时，操作者就会知道螺母10已被正确地旋紧了。然 而要理解的是，也可以使用其它工具，如测微计。

先铸造出螺母的主体部12，然后进行机械加工以形成唇部14，这 样就方便地制成了螺母10。另外，所有斜面46均是在铸造后机械加 工而成的，而在斜面46区域内的螺母10的边缘部分在铸造前具有与 螺母10的另一端上的对应区域50(图1)相似的圆形。然而要理解的 是，可以采用其它合适的制造方法。

虽然以上通过螺母形式的紧固件对本发明进行了详细地描述，然 而要理解的是，本发明的原理等同地适用于其它紧固件，尤其是螺栓。 例如，可以将诸如图3中所示的螺栓18的标准螺栓改造成具有类似于 螺母10的唇部14和凹陷16的唇部和凹陷。当然，这种唇部和凹陷会 设置在六角头30的下表面，该下表面与例如法兰20的待连接零件的 表面邻接。

本发明提供了许多相比现有紧固件的优点。这些优点包括，但不 限于，当螺母或螺栓与相应的低质螺栓或螺母(易于在一定的设计载 荷下被剪断)使用时，对根据上述原理的本发明的螺母或螺栓进行正 确地旋紧会导致劣质的螺栓或螺母被剪断，从而将质量上的缺陷在早 期暴露出来。

而且，由于紧固件的唇部的物理特性与紧固件的材料/拉伸强度相 关并在加工唇部的过程中进行了预设，因而可在无需操作者进行复杂 计算的情况下对待连接零件施加确定数值的连接力。

另外，紧固件的唇部可说明待连接零件中的表面变形以及螺纹变 化，否则这些现象会影响连接扭矩。

此外，由于现有紧固件采用具有相对于高摩擦特性的材料，因而 易于发生冷焊，即使扭矩较低，与此对照的是，可以采用不锈钢/双相 /超双相材料来制成紧固件(或者可冷成形)。

此外，唇部有助于方便地识别出紧固件之前已经使用过。

此外，紧固件在尚未发生疲劳(过度旋紧)的情况下可以重复使 用。

此外，上述扭矩的判断方法意味着在使用紧固件时，无需考虑润 滑系数/螺纹型涂层。因此，任何润滑剂或涂层都不会影响紧固件的性 能。

此外，有倾角的唇部/突边设计实现了倒向凹陷/沉孔内的预设折 叠，而这可以通过采用用于制造紧固件的材料的拉伸强度等计算出来。 使唇部渐缩避免了材料的竖直压缩所产生的问题，包括表面变形以及 材料的转移和张开，否则这些问题会影响紧固件的性能。

此外，可以在无头部下环形凸缘的情况下使用紧固件，从而提供 了更大的使用多样性，且无空间限制(这在某些行业中是重要的，如 用于压力容器和管道中的ASTM A193的双头螺栓连接)。

此外，可以应用通过锻压冲模出的身份批号，这样就不存在对紧 固件完整性的怀疑(操作者能够对批量测试证明进行反复核对)，从而 避免了将使用过的产品当作新产品。

此外，在唇部变形至凹陷中后，可以将有效螺母深度(或螺栓头 深度)设计成等价于现有的标准六角重型螺母。

可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对以上方案进行各种修 改。

例如，紧固件可在适于与待连接零件邻接的表面上带有多个锯齿， 这些锯齿可有助于阻止紧固件后退。

唇部可包括共同限定出唇部的多个唇部段。唇部段可以围绕紧固 件在圆周方向上相互间隔，也就是说，唇部(在未变形的状态下)可 彼此分隔，从而在唇部的相邻圆周面之间存在空间。然而，唇部或者 可以彼此紧靠(至少在未变形的状态下)，从而唇部的相邻圆周面彼此 紧靠。

可将唇部设置成适于连接到/安装在主体部上的单独零件。这样在 需要的情况下，可以容易地便于重复使用紧固件。

凹陷可在唇部与孔边缘之间部分地延伸。斜面可形成为其它角度 或者可以是拱形的。

可在紧固件邻近螺纹的每个端部都设置凹陷。这样就使得在制造 过程中可能出现的过度攻丝不会对唇部的完整性(以及因此对扭矩的 判断)产生破坏。