Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le serrage contrôlé par ultrasons des assemblages vissés revêt une importance croissante dans les secteurs industriels pour lesquels des défauts d'assemblage ou des défaillances provoqués par un serrage insuffisant, excessif ou hétérogène peuvent avoir des conséquences importantes. Il s'agit en effet en exploitant l'effet acoustoélastique de pouvoir contrôler l'effort de serrage qui assure la rigidité d'un assemblage et lui permet de résister aux sollicitations extérieures statiques ou dynamiques, d'en garantir l'étanchéité. Cet article présente la technologie mise en oeuvre, le principe de mesure par ultrasons et quelques applications industrielles.
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Controlled tightening of screws and bolts is of growing importance in various sectors, where assembly defects caused by insufficient, excessive or heterogeneous tightening could be a hazard. To avoid or mitigate failures attributable to improper tightening, the measurement and control of tightening is necessary to ensure perfect sealing and stiffness that enables the assembly to withstand external static and dynamic stresses. This paper presents the technology implemented, the principle of ultrasonic measurement and some industrial applications.
Auteur(s)
-
Farid BELAHCENE : Docteur Ingénieur, fondateur de la société ULTRA RS, France
INTRODUCTION
Un assemblage vissé ou boulonné permet de réaliser une liaison entre deux ou plusieurs pièces d’un mécanisme. Il est primordial d’appliquer une tension de serrage adaptée afin d’éviter le décollement des pièces assemblées sous l’effet des efforts extérieurs, et de compenser les efforts additionnels éventuels dus à des vibrations, chocs...
Par exemple, il est important de maîtriser l’assemblage d’une culasse du bloc-cylindres d’un moteur de voiture. Le joint de culasse a pour fonction d’assurer l’étanchéité entre le bloc-moteur et la culasse.
Une éclisse de chemin de fer est une pièce métallique servant à raccorder deux rails consécutifs d’une voie ferrée. Les éclisses sont apposées par paire, à l’aide de boulons de serrage. La catastrophe ferroviaire de Bretigny-sur-Orge est due au desserrage des boulons reliant une éclisse aux rails.
D’autres exemples d’assemblages existent dans les industries aéronautiques (assemblage d’un train d’atterrissage d’avion), énergie éolienne (assemblage de pales sur l’arbre)...
Les serrages insuffisants, excessifs ou hétérogènes représentent environ 30 % des défaillances statiques, et les mauvaises conditions de serrage 45 % des défaillances en fatigue. Ils sont un problème récurrent dans l’ensemble des industries : transport, raffinerie, nucléaire, construction navale, etc. avec un fort impact financier et humain.
D’où la nécessité de maîtriser l’opération de serrage avec un outillage précis et fiable.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
ultrasonic waves | acoustoelasticity | controlled tightening
VERSIONS
- Version courante de mai 2020 par Farid BELAHCENE
DOI (Digital Object Identifier)
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Principe de la méthode de mesure1. Différentes méthodes de mesure
Il y a eu un fort besoin d’évaluer la tension de serrage dans les assemblages vissés de façon non destructive dans l’objectif de mieux maîtriser les procédés d’assemblage et d’augmenter la durée de vie des assemblages. Des instruments portables ou transportables ont été développés pour répondre à ces besoins, et sont désormais disponibles dans le commerce. Ils fournissent des informations (couple, tension, allongement, angle) sur la qualité de serrage réalisé sur un assemblage.
Pour contrôler le serrage, il existe différentes méthodes :
– Les méthodes les plus répandues sont celles basées sur la mesure du couple de serrage avec une clé dynamométrique. Même si la précision de mesure de couple est correcte, il reste une grande incertitude sur la tension de serrage de la vis. Le résultat du serrage final dépendra des coefficients de frottement au niveau des filets de la vis et au niveau de la surface de contact (sous la tête de la vis). Le problème du serrage avec contrôle de couple est dû à la fluctuation des coefficients de friction. Malgré ces inconvénients, la procédure de serrage avec contrôle de couple est de loin la procédure la plus couramment utilisée. Cela est dû au fait qu’il s’agit d’une procédure technique relativement simple ;
– Le serrage à l’angle. Il est possible d’associer la procédure de serrage avec contrôle de couple avec une procédure d’acquisition d’angle. C’est à la fois l’angle de rotation et le couple qui sont utilisés comme critères de contrôle. Le serrage est réalisé en deux étapes. On applique d’abord à l’écrou du boulon un couple légèrement inférieur au couple nominal théorique et on lui impose ensuite un angle de rotation précis. La dispersion sur l’effort de tension est réduite mais l’incertitude reste importante et on risque d’augmenter sensiblement la contrainte de torsion « parasites » ;
– Le contrôle d’élongation ou mesure par comparateur. La relation mathématique entre l’élasticité de la vis et la tension (précontrainte) de serrage est plus précise que la relation entre le couple et la tension de serrage. Une mesure directe de l’élasticité conduit ainsi à des valeurs de précontrainte plus précises. Cela peut être obtenu par la mesure mécanique...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BELAHCENE (F.) - Détermination des contraintes résiduelles superficielles par méthode ultrasonore. - Thèse de doctorat, UTC, Compiègne, France (2000).
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(2) - BELAHCENE (F.) - Détermination des contraintes résiduelles par méthode ultrasonore. - [IN 8], 10 fév. 2003.
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(3) - MURNAGHAN (D.) - Finite deformation of an elastic solid. - John Willey, New York (1951).
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(4) - HUGUES (D.S.), KELLY (J.L.) - Second-order elastic deformation of solid. - Physical Review, vol. 92, n° 5, p. 1145-1149 (1953).
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(5) - MASAHIKO (H.), HIROTSUGO (O.) - Emats for science and industry. - Kluwer Academic Publishers (2003).
-
(6) - ZHOU (X.) - Études paramétriques pour la détermination des contraintes résiduelles...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Le guide technique du serrage du groupe SKF http://www.skf.com/binary/12-126662/Serrage- hydraulique_10061_FR.pdf
Le site de ULTR A-RS http://www.ultrars.com/_doc/ Appareil_de_Controle_de_serrage.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/Bolted_joint http://www.sncf.com/ressources/ dp_bretigny-sur-orge_14_juillet.pdf
HAUT DE PAGE
• SF2M – Groupe français d’analyse de contraintes http://www.sf2m.asso.fr/CommissionsThematiques/Contraintes.htm
• ECRS, European Conference on Residual Stresses
• International Conference on Fatigue Damage of Structural Materials http://www.fatiguedamageconference.com/
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NF EN ISO 16047/A1...
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