Empêcher l’auto-desserrage du boulon en préservant le couple de serrage prescrit
Un inconvénient mineur, des boulons auto-desserrés, peut dégénérer rapidement en problème majeur.
Des boulons desserrés peuvent être un désagrément gênant, mais ils peuvent aussi entraîner des conséquences graves, voire catastrophiques.
Par exemple, en 2012, 432 barils de fluides de forage à base de produits synthétiques ont été déversés dans le golfe du Mexique lorsque des boulons de 1,2 m (4 pi) sur une plateforme de forage se sont rompus. Après enquête, le fabricant des boulons a dû remplacer 10 000 boulons déployés et la société de forage pétrolier a dû interrompre ses opérations en eaux profondes.
« La sécurité et la fiabilité des assemblages boulonnés déterminent souvent la fiabilité et la sécurité globales des systèmes mécaniques et structurels », déclare le Dr Cheng Siong Phua, vice-président de la technologie pour la Division électronique Asie-Pacifique et International de STANLEY® Engineered Fastenings.
Le desserrage automatique des boulons est causé par tout type de charge dynamique, comme les vibrations ou les changements de température, une charge de serrage insuffisante et des pièces mal ajustées, permettant aux mouvements relatifs d’augmenter le risque d’auto-desserrage, selon un article de 2017 de la revue Engineer Live. La somme de ces très petits mouvements aboutit finalement au desserrage de l’assemblage fileté.
La cause la plus fréquente de desserrage est de loin le glissement latéral de la tête de l’écrou ou du boulon par rapport au joint, ce qui entraîne un mouvement relatif dans les filets, selon Bolt Science, une société de conseil et de formation basée au Royaume-Uni.
« Un problème de desserrage est le signe d’une précharge insuffisante qui entraîne un mouvement de l’assemblage », déclare Bill Eccles, fondateur de Bolt Science et consultant spécialisé dans les problèmes de boulonnerie.
Le mouvement relatif qui se produit dans les filets peut être attribué à trois problèmes courants : la flexion des pièces, les effets thermiques différentiels et les forces externes sur un assemblage.
La sécurité et la fiabilité des assemblages boulonnés déterminent souvent la fiabilité et la sécurité globales des systèmes mécaniques et structurels.–Dr Cheng Siong Phua, vice-président de la technologie pour la Division électronique Asie-Pacifique et International de
STANLEY Engineered Fastening
Une conclusion sur laquelle les experts s’accordent est que les vibrations affectent beaucoup plus un assemblage chargé en cisaillement qu’un assemblage chargé uniquement en traction. Par exemple, lorsque l’axe d’un boulon est parallèle à des vibrations, même sévères, cela peut entraîner une réduction de la précharge pouvant atteindre 40 % sur une longue période, mais n’entraînera généralement pas une perte totale de la précharge ou la perte d’une fixation. D’autre part, de fortes vibrations transversales, perpendiculaires à l’axe du boulon, peuvent provoquer, et provoquent souvent, une rupture catastrophique de toute la précharge.
Il est même possible qu’un certain type de vibration puisse parfois serrer, parfois desserrer, et parfois ne faire ni l’un ni l’autre sur une fixation lorsque les fixations ne sont soumises ni à un mouvement purement transversal ni à un mouvement purement axial, mais à une combinaison. Cela crée le glissement d’arc.
Aussi contre-intuitif que cela puisse paraître, une perte de précharge peut se produire sans rotation de la fixation et sans aucun mouvement relatif entre les filets extérieurs et intérieurs. C’est ce qu’on appelle la relaxation. Une forme de relaxation–l’encastrement–se produit lorsque la rugosité de la surface s’aplatit et que la surface de contact réelle devient inférieure à la surface de contact apparente dans les filets, les faces des joints et sous la face de l’écrou.
La tendance en cours dans le sens des produits plus légers et plus petits conduit à une augmentation du niveau de vibrations dans un assemblage, selon un article de 2014 de la revue Assembly. Ces deux tendances peuvent parfois interagir parfaitement. Par exemple, les matériaux plus légers vibrent davantage, tandis que les fixations plus petites, en général, supportent moins de vibrations. Par conséquent, les fixations des petits produits légers sont susceptibles de se desserrer, à moins que des options de conception ne soient envisagées pour remédier à ce risque.