Écrous et Boulons à Bride Expliqués (Fixations)

Critères de Boulonnage

Les critères de boulonnage pour une bride donnée sont déterminés par la norme associée. Par exemple, une bride d'une certaine taille et classe peut avoir les facteurs prédéfinis suivants :

• Nombre de boulons requis.
• Longueur de boulon requise. 
• Diamètre de boulon requis.
• Matériau de boulon requis. 
• Position des boulons sur la lame de bride. 

Le nombre de boulons requis sera toujours un multiple de 4 par exemple 4, 8, 12, 16 etc. À mesure que la taille et la classe d'une bride augmentent, le nombre de boulons requis et leur diamètre augmentent également.

Boulons

Les boulons ont un corps cylindrique avec un filetage à une extrémité et une tête à l'autre; les boulons ont des fûts non coniques. Les boulons peuvent être fabriqués à partir de divers matériaux, mais l'acier est le plus courant dans les industries de l'ingénierie. Le contrepartie d'un boulon est l'écrou, qui forme sa fixation femelle. D'autres types courants de fixation incluent les types vis (vis de réglage) et goujon. 

Terminologie du Boulon

Les boulons avec des têtes à six côtés sont utilisés dans les industries chimique et pétrolière et gazière; ceux-ci sont appelés boulons hexagonaux ou boulons 6 points en raison de leur forme hexagonale à 6 côtés. L'utilisation d'une clé 6 points avec un boulon hexagonal réduit la probabilité de déformation du boulon lorsque le couple est appliqué (appelé 'arrondir le boulon'). 

Les têtes de boulon peuvent avoir plus de 6 côtés, par exemple un boulon 12 points, ce qui permet à une clé de s'attacher à la tête du boulon sous plus d'angles; cela est utile lorsque l'on travaille dans un espace confiné où l'accès au boulon est difficile. Augmenter le nombre de points de contact augmente également la quantité de couple qui peut être appliquée sans arrondir la tête du boulon. Les boulons 12 points sont souvent utilisés dans l'industrie automobile, en particulier pour l'assemblage de moteurs à combustion où les boulons sont difficiles d'accès et doivent être serrés à un couple élevé.

Conseil – la probabilité d'arrondir une tête de boulon augmente à mesure que la différence entre le nombre de points du boulon et le nombre de points de la clé augmente. Attacher une clé 12 points à un boulon 6 points réduira la surface de contact entre la clé et la tête du boulon. Cela augmente la pression agissant sur les coins de la tête du boulon (pression = force / surface) et augmente ainsi la probabilité d'arrondir la tête du boulon. Le même principe s'applique lorsque l'on connecte une clé ou une douille à un écrou.

Douille et Écrou 6 Points, Douille 12 Points et Écrou 6 Points, Douille 12 Points et Écrou 12 Points

Vis

Une vis est essentiellement un boulon, mais elle a un filetage sur toute sa longueur; il n'y a pas de fût, ou un fût conique.

Goujon

Un goujon a un ou deux filetages et a généralement un fût entre les filetages. Les filetages d'un goujon n'ont pas besoin de correspondre c'est-à-dire qu'ils peuvent avoir une géométrie différente. Lorsqu'on considère les brides, les goujons auront la même géométrie de filetage aux deux extrémités et auront deux écrous accompagnateurs; le serrage des écrous comprime les faces de la bride ensemble, formant ainsi un joint.

Vis, Boulon et Goujons

Écrous

Les écrous sont la partie femelle d'un assemblage fileté. Les écrous hexagonaux ont un filetage traversant leur axe central, sont à 6 côtés, et ont des faces portantes et non portantes. La face non portante a un chanfrein de 30⁰ et fait face à l'opposé de la lame de bride. La face portante n'a pas de chanfrein, fait face à la lame de bride, et doit être séparée de la bride par une rondelle. Certains écrous ont une rondelle intégrée dans leur conception et donc aucune rondelle supplémentaire n'est requise. Les matériaux pour les écrous sont déterminés par les normes associées; ASTM est l'un de ces fournisseurs de normes.

Écrou Hexagonal

Conseil – la fixation mâle doit dépasser de son écrou associé de plusieurs filets lorsqu'elle est complètement serrée. Si la fixation mâle ne passe pas complètement à travers l'écrou, elle sera soumise à plus de contraintes que prévu et pourrait échouer. Cette mauvaise pratique lors de l'assemblage des fixations est connue sous le nom de 'serrage court', c'est un mode de défaillance courant dans de nombreuses installations industrielles. 

Rondelles

Les rondelles sont des objets en forme de disque avec un trou percé à travers leur axe central; elles sont insérées entre les fixations et le composant à fixer. Il existe trois principaux groupes de rondelles, ce sont les types plates, ressort et frein. De ces trois groupes principaux proviennent de nombreuses autres variations de rondelles, bien qu'elles aient généralement l'un des objectifs suivants, ou une combinaison de ceux-ci :

• Répartir la charge de la fixation - afin que les bords d'une tête de boulon ne coupent pas la surface de l'objet à fixer; c'est l'utilisation la plus courante des rondelles. 
• Isoler électriquement la fixation de l'objet à fixer - empêche la corrosion galvanique. 
• Créer une tension résiduelle sur la fixation - la force de traction empêche la fixation de se desserrer avec le temps (souvent utilisée sur les machines qui vibrent excessivement). 

Les rondelles peuvent être -et sont- utilisées en combinaison avec d'autres rondelles, comme lorsqu'on place une rondelle plate entre une rondelle ressort et l'objet à fixer. Il est également possible pour une seule rondelle de remplir une double fonction, comme lorsqu'une rondelle plate est utilisée pour répartir la charge de la fixation et isoler électriquement la fixation de l'objet à fixer. Les rondelles utilisées pour isoler électriquement les composants sont généralement fabriquées à partir de matériaux à base de polymère en raison de leurs propriétés isolantes.

Parmi les trois principaux groupes de rondelles discutés, les rondelles plates sont de loin le type de rondelle le plus courant. 

Conseil - les rondelles plates sont également appelées rondelles 'plates'. Les rondelles ressort sont également appelées rondelles 'Belleville'. Les rondelles frein sont également appelées rondelles 'étoile'.

Procédure de Boulonnage

Pour les applications à basse pression et basse température, les brides sont généralement serrées à la main à l'aide d'une clé. Pour les pressions et températures plus élevées, des clés dynamométriques peuvent être utilisées. Les clés dynamométriques permettent au personnel de serrer les écrous à un couple spécifique, et ainsi d'assurer qu'une certaine pression d'étanchéité est obtenue; un outil alternatif est un tendeur hydraulique (pour les goujons). Quel que soit l'outil de serrage utilisé, les brides doivent toujours être serrées en croix lors de l'assemblage. 

Le serrage en croix des brides assure que la bride est uniformément chargée sur ses faces d'étanchéité. Une charge inégale sur les faces peut entraîner une bride inclinée/penchée et/ou un joint pincé; l'un ou l'autre de ces problèmes augmentera la probabilité que la bride ne s'étanchéifie pas correctement. 

Procédure de Serrage des Boulons

L'image ci-dessus montre l'ordre dans lequel les boulons doivent être serrés pour trois tailles de bride différentes; l'ordre est appelé 'procédure de serrage des boulons'.

Bride Avec Procédure de Serrage Indiquée

Alignement

Le bon alignement des brides lors de l'installation est crucial pour obtenir un joint fiable. Un mauvais alignement des brides provoque une charge inégale sur les faces de bride, ce qui réduit la probabilité d'obtenir et de maintenir un joint. Un mauvais alignement provoque également une charge inégale sur les fixations de la bride, ce qui augmente la probabilité de défaillance de la fixation la plus sollicitée.

Le mauvais alignement est classé comme parallèle ou angulaire selon la direction du mauvais alignement par rapport aux lames de bride. Des normes telles que ASME PCC-1 donnent des conseils concernant les procédures d'assemblage des boulons et les vérifications impliquées pour éliminer le mauvais alignement.

Alignement et Mauvais Alignement des Brides

Ressources Supplémentaires

https://en.wikipedia.org/wiki/Flange_nut

https://en.wikipedia.org/wiki/Bolt_(fastener)

http://blog.mutualscrew.com/2015/07/07/multiple-uses-of-flange-bolts