Quels sont les effets thermiques sur les assemblages boulonnés préchargés ?

Effets négatifs sur les assemblages boulonnés

Des températures de service supérieures à 250 °C activent les phénomènes de fluage et de relaxation dans les alliages d’acier et les aciers de construction. Par conséquent, bien que les boulons soient préchargés dans leur état élastique à la température de service, une partie de la précharge se détend à proportion de la diminution de la limite élastique de la fixation en acier.

Suite aux variations de températures, les pièces et les fixations se dilatent ou se contractent à diverses amplitudes en fonction du changement de température, du poids et de la taille des pièces, de la conductivité des métaux et du coefficient de dilatation de chaque matériau pris individuellement. Ces différences de dilatation ou de rétraction relatives entre les matériaux et les pièces génèrent des variations de la précharge dans l’assemblage. Il arrive fréquemment que l’amplitude maximale de la variation de précharge survienne durant des états transitoires.

Les cycles thermiques peuvent aussi générer des fatigues thermiques, puisque toutes les zones ne s’étendent pas simultanément à la même amplitude. Les frontières entre les zones « plus chaudes » et « plus froides » subissent des contraintes supplémentaires, ce qui peut conduire à une fatigue locale du matériau. Néanmoins, lorsque la température de toutes les pièces est stable et uniforme, nous recommandons d’utiliser des matériaux ayant des coefficients de dilatation homogènes pour minimiser la variation de la charge de serrage ou pour prendre en compte la modification de la précharge dans le design de l’assemblage.

Il est possible de régler les problèmes évoqués ci-dessus en respectant les directives relatives aux codes de conception les plus perfectionnés, à la sélection des matériaux et au calcul des assemblages et en prenant les mesures suivantes :

• Choisir des matériaux en tenant compte de leurs caractéristiques mécaniques à température de service pour éviter les transformations métallurgiques brutales, telles que les précipitations, le vieillissement ou le traitement thermique (p. ex. trempe et recuit).
• Contrôler qu’aucune contrainte excessive ne se produit suite à une variation de la charge causée par les charges de service et par les dilatations (ou contractions) thermiques relatives différentielles durant les cycles thermiques.
• Anticiper l’ampleur de la perte de précharge suite aux phénomènes de fluage et de relaxation.

Expérience et solutions Nord-Lock

Les produits du groupe Nord-Lock, des rondelles à effet de cames aux tensionneurs à vis multiples, sont souvent utilisés dans des environnements extrêmes.

Lorsque nous conseillons les clients sur la sélection et le design des produits, ainsi que sur les phases de conception des assemblages, nous suivons les directives les plus récentes pour leur fournir des composants sûrs et durables pour les assemblages boulonnés. Nous revoyons avec eux leur sélection de produits pour tenir compte des températures de service et des risques de corrosion et de fluage.

Ensuite, nous vérifions la gamme de précharge, du serrage à température ambiante à la charge résiduelle (ou supplémentaire) en service. Si nécessaire, nous appliquons un revêtement, un lubrifiant ou des films secs. Nous assistons aussi les utilisateurs lors de la phase de conception pour éviter tout risque de rupture de l’assemblage lui-même.