Desserrage des boulons : un problème hérité de la révolution industrielle
Pratiquement tous les assemblages d’ingénierie ayant un certain degré de complexité utilisent des fixations filetées. Un avantage clé des fixations filetées par rapport à la majorité des autres méthodes d’assemblage est qu’elles peuvent être démontées et réutilisées. Cependant, cela est aussi une source de problèmes car elles peuvent se desserrer d’elles-mêmes. Ce desserrage spontané est un problème qui hante les ingénieurs depuis le début de la révolution industrielle. Et depuis 150 ans, ils ont imaginé des moyens de le prévenir, plus ou moins efficaces.
Des accidents directement dus au desserrage des fixations se produisent dans tous les secteurs, la construction, l’aéronautique, l’automobile, avec souvent des conséquences catastrophiques.
L'état de l’art sur le desserrage des boulons
La recherche la plus influente publiée sur le sujet à ce jour est celle de Gerhard Junker en 1969, où il présente une théorie qu’il a développée pour expliquer pourquoi les fixations se desserrent sous des charges vibratoires. Junker a découvert que les charges dynamiques transversales génèrent une condition beaucoup plus sévère pour le desserrage des boulons spontané que les charges dynamiques axiales.
Pourquoi les fixations se desserrent-elles d'elles-mêmes ?
Les boulons subissent un desserrage lorsqu’un mouvement relatif se produit entre les filetages d’accouplement et la surface d’appui de la fixation. Ce mouvement relatif se produit lorsque la force transversale agissant sur l’assemblage est plus grande que la force de résistance frictionnelle générée par la précharge du boulon. Sous des mouvements transversaux répétés, ce mécanisme peut desserrer complètement les fixations.
Test de desserrage spontané des boulons
Junker a développé une machine de test pour étudier l’effet du mouvement transversal sur les fixations filetées préchargées. La machine de test transmet un déplacement transversal cyclique dans un assemblage boulonné. Une cellule de charge dans l’assemblage permet de surveiller en continu la charge du boulon alors que le mouvement transversal est appliqué à l’assemblage boulonné. C’est le type standard de machine de test utilisé pour étudier le processus de desserrage spontané.
Écrous à couple résiduel
Les écrous à couple résiduel sont fréquemment utilisés pour empêcher le desserrage des boulons d’un assemblage boulonné. Il existe un grand nombre de types d’écrous à couple résiduel. Il est connu que, à mesure que le couple résiduel augmente, la résistance au desserrage spontané augmente, mais le stress torsionnel induit par la traînée frictionnelle sur les filetages augmente également. Une machine de test Junker a été modifiée pour permettre l’application simultanée de forces axiales sur l’assemblage ainsi qu’une force de cisaillement.
Certains dispositifs dits de verrouillage se sont révélés complètement inefficaces pour prévenir le desserrage. Par exemple, placer une rondelle à ressort hélicoïdal sous la tête d’un boulon peut entraîner un desserrage plus rapide que si le boulon était utilisé seul.
La relaxation, l’origine du desserrage des boulons
Le desserrage spontané se produit lorsque la fixation tourne sous l’action d’une charge externe. Le desserrage non rotationnel se produit lorsqu’aucun mouvement relatif ne se produit entre les filetages internes et externes, mais qu’une perte de précharge se produit. Lorsque la perte de précharge se produit sans mouvement de la fixation, le terme relaxation est utilisé.
L’encastrement est une forme de relaxation et est dû à une déformation plastique locale qui se produit sous la face de l’écrou, dans les faces de l’assemblage et dans les filetages à la suite d’un aplatissement plastique de la rugosité de la surface. Cela se produit même lorsque la charge est inférieure au point de fluage du boulon ou à la pression de surface limite du matériau de l’assemblage.
En pratique, le desserrage des écrous et des boulons est souvent la combinaison d’une relaxation qui entraîne une réduction de la précharge permettant le mouvement de l’assemblage. Une fois le mouvement de l’assemblage initié et possible, la fixation/assemblage échoue généralement soit en raison d’un desserrage spontané soit par fatigue.
Pourquoi mesurer la tension de serrage des vis pour éviter la relaxation des assemblages ?
La mesure de la tension, contrairement au serrage au couple, offre une précision et une fiabilité essentielles pour garantir un assemblage optimal et prévenir la relaxation. Cette méthode permet d’éviter les ruptures potentielles entre les pièces et d’assurer la fiabilité des ensembles.
Les méthodes traditionnelles, telles que l’utilisation de cellules de charge ou de jauges de contraintes, sont intrusives et peu adaptées à un usage sur site industriel. De plus, les vis dites « intelligentes » (avec pose d’un capteur permanent dans la tête de la vis) nécessitent des opérations coûteuses et inutiles. TRAXX propose une alternative innovante : un système de mesure par ultrasons qui garantit un serrage précis sans altérer la nature des vis ni de l’assemblage.
Quels sont les avantages de cette solution ?
L’approche de TRAXX révolutionne le marché du serrage en tension en proposant une méthode intégrée qui associe le serrage des boulons à leur mesure. Cette approche présente des avantages significatifs, notamment une précision de 3 à 5 % sur la tension serrée, sans nécessiter de modifications majeures sur l’assemblage. Des clients prestigieux tels que Stellantis, Ferrari, ALSTOM, EDF, GE et AIRBUS témoignent de l’efficacité de cette méthode.
Les applications concrètes de TRAXX sont diverses et étendues. Par exemple, l’entreprise a récemment assuré le serrage et la surveillance de l’assemblage d’une nouvelle turbine à gaz chez GE, permettant ainsi une détection précoce des anomalies potentielles. De même, TRAXX collabore avec CLAAS pour des essais d’endurance sur des vis de châssis de tracteurs, offrant une surveillance en temps réel et une identification des points à risques. En somme, TRAXX est capable d’assurer le serrage aussi bien sur des tracteurs que sur des avions de chasse comme le Rafale.
