Fixations des assemblages à brides

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3.6 FIXATIONS DES ASSEMBLAGES A BRIDES

Ces assemblages à brides sont composés de deux brides et d'un nombre paire de boulons ou de goujons ou encore de tiges filetées répartis uniformément sur la circonférence de perçage des brides.

La directive européenne " Equipements sous pression DESP 97/23 " fixe les exigences qui s'appliquent aux fixations utilisées pour la réalisation de ces assemblages de composants d'équipements sous pression. Ces exigences concernant aussi bien les caractéristiques mécaniques, physiques et chimiques que la traçabilité des produits. Nous laissons au lecteur le soin de consulter les normes " EN " les plus récentes.

3.6.1 CARACTERISTIQUES DES FIXATIONS

Pour la majorité des assemblages à brides, les fixations assurent la compression sur les brides et donc sur le joint ( voir § 3.5.6 ) et qui est due à la contrainte de traction dans les fixations ( boulons, goujons ou tiges filetées ).

Leur fonction est de bloquer suffisamment l'assemblage afin d'éviter soit un glissement, soit une fuite et par conséquent doit être du serrage initial, ainsi que les charges supplémentaires à supporter en service ( pression, température, cycles thermiques et parfois les charges de cisaillement dues à la masse d'une vanne par exemple ).



Les fixations montrent un comportement à la relaxation sous contrainte lié au matériau utilisé, ce qui affectera sensiblement la charge qu'ils peuvent engendrer sur l'assemblage dans des conditions de service normales. Il faudra donc toujours tenir compte des variations de température.

En outre, il y a toujours lieu d'utiliser le diamètre et la qualité des fixations prevues par les normes et adopter le même diamètre sur la circonférence de perçage des brides.

A titre d'exemples :

Matériaux Température minimum Température maximum

Aciers au carbone -20°C +300°C

ASTM A193 B7,L7 -100 +400

" " B6 0 +500

" " B8 -250 +575

" " B16 0 +520

" " B17B -250 +650

" " B80A -250 +750

Les fixations sont plus efficaces à l'intérieur de la zone élastique ( inférieure à la limite élastique Re0,2 )

Le tableau Fig 1-100 indique les propriétés mécaniques de certaines qualités de matériaux à température ambiante.



Note : Pour des températures < - 20°C utiliser, par exemple, des fixations de qualités 26CrMo4 ( 1.7219 ) Rt = 600 à 700 N/mm² ; Re ≈ 450 N/mm² ; A = 18% et Ku = 120 Nm/cm² ( résilience ).

Pour des températures de +300 à 540°C, utiliser par exemple des aciers du type CK35 ( 1.181 ) Rt = 600 à 650 N/mm² ; Re = 280 N/mm² ; A = 22% ; Ku = 60 N/mm²

Pour des températures de +540°C à 750°C, utiliser par exemple des aciers X22CrMoV121 ( 1.4923 ) ; Rt ≈ 800 à 950 N/mm² ; Re = 600 N/mm² ; A = 14% ; Ku = 80 Nm/cm².

Remarque : Notion de Résilience

A basse température l'acier de structure ferritique devient fragile. A l'inverse, il reste ductile quand il est de structure austénitique ( ex : acier allié au NiCr ).

La fragilité est la sensibilité à la rupture sous l'effet d'un choc et se caractérise par la résilience mesurée en Joule ( Nm ) unité d'énergie avec l'essai Charpy de rupture par impact.

Résistance et résilience sont antagonistes. Plus la limite de résistance ( à un effort appliqué progressivement ) est élevée, plus la résilience ( rupture sous impact ) diminue.



Des exigences mécaniques semblables aux aciers " DIN " sont indiqués dans le tableau Fig 1-103 adapté de la norme ASTM A 193.





Lorsqu'une fixation s'échauffe, elle s'étire en longueur, ce qui va réduire la charge (pression superficielle) sur le joint. Il faut donc tenir compte du coefficient de dilatation des composants du système de brides dans le calcul de l'assemblage, ainsi que de la réduction de la limite élastique du matériau en fonction de la température.

La performance de l'étanchéité dépend largement du niveau de tension de la fixation. Il faut, par conséquent, que la contrainte sur cette fixation soit proche de la contrainte maximale de la fixation, qu'elle doit se situer dans la région élastique pendant toute la durée de vie de l'assemblage ( marge de sécurité ). Le tableau Fig 1-105 est un guide prudent pour obtenir les charges de fixation maximum à température ambiante.



Par exemple si l'on veut utiliser des fixations en acier austénitique, il faut adopter un maximum de 85% des 60% de la charge d'épreuve à 0,2 %mentionnée pour ce matériau afin d'assurer une marge de sécurité appropriée. Mais il reste prudent de consulter le fabricant ou le vendeur des fixations. Il est donc nécessaire d'utiliser des fixations ayant le même Re0,2 et que cette limite élastique soit suffisante afin de rester à l'intérieur de la limite élastique de fixation. Il y a également lieu de vérifier que les fixations ne présentent pas de corrosion.

En ce qui concerne les écrous, il faut que la qualité de leur matériau soit au moins égale à celle du boulon ou de la tige filetée ou encore du goujon.

Il est également prudent d'utiliser des gros filets et un lubrifiant approprié. Attention au phénomène de grippage ( soudage à froid soit partiel, soit total ) qui se produit lorsque les surfaces en contact sont fortement chargées et soumises à température élevée.

Il est parfois conseillé d'utiliser des rondelles plates de qualité apparentée à celle de l'écrou, car elles permettent de répartir la charge de manière uniforme et surtout faciliter le processus de serrage en permettant un couple plud cohérent de l'écrou le long du filet.

3.6.2 CALCUL DE LA LONGUEUR D'UNE TIGE FILETEE



La longueur théorique d'une tige filetée ( L ) peut être calculée à partir de la relation :

L = 2(S + he + eb + i ) + J + 2.er dans laquelle :

er = épaisseur rondelles si elles sont utilisées
S = S' = serrage ≥ 1/3 d ou 2 pas min
he = hauteur écrou
eb = épaisseur de la bride tolérances inclues
i = i' = épaisseur de la portée de joint ( brides RF )
J = épaisseur du joint

NB : La longueur de fourniture est généralement de 1 m.

Remarque : Pour le calcul de la longueur des boulons, on partira de la même relation, mais en sachant qu'il n'y a qu'un seul écrou. En outre il faut tenir compte des longueurs standardisées.

Soit : L = S + he + 2 ( eb + i ) + J + er



Désignation pour la commande VIS TH-classe 8.8 DIN 931 + ecrous HU-classe 8 DIN 934 ( exemple )

3.6.3 TIGES A BOUTS FILETES ET CORPS AMINCIS ( DIN 2510-L )



Longueurs de 60 à 250 mm par pas de 10 mm

Désignation pour la commande DIN 2510-L M30x200 ( par exemple ).

 
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