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Défaillance d’assemblages vissés

Partie 1 : TYPOLOGIE

La défaillance d’un assemblage vissé (aussi appelé « ruine ») peut survenir par :

1/ Rupture brutale

2/ Rupture progressive (Fatigue)

3/ Fragilisation par l’hydrogène

4/ Corrosion

1 : RUPTURE STATIQUE BRUTALE

Sollicitation excessive de traction

Les contraintes sont réparties uniformément dans la section

⇨ rupture nette perpendiculaire à l’axe du fût de la vis (rupture fragile)

⇨ rupture avec zone d’amorçage et rupture finale en périphérie avec présence effet de lèvres de cisaillement (rupture ductile)

⇨ rupture avec formation de lignes radiales dues à la présence de tapures de trempe (rupture semi-fragile)

Sauf défaut métallurgique, une vis cède au niveau du premier filet en prise

Exemple : vis 10.9 rompue au serrage (serrage excessif)

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Exemple : Rupture brutale semi-fragile : localisation de l’origine de la rupture

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Sollicitation excessive de torsion

Les contraintes sont distribuées dans la section avec un maximum en périphérie et un minimum au cœur.

⇨ On peut observer une importante déformation plastique (effet de vrillage) avec présence d’un faciès de rupture tourbillonnaire

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2 : RUPTURE DE FATIGUE

Flexion rotative

Typiquement, ce type de rupture se caractérise sur la section de vis par :

⇨ des amorces périphériques multiples avec lignes de crêtes ou radiales

⇨ des lignes frontales ou lignes d’arrêt

⇨ deux zones identifiables : une zone de propagation en fatigue et une zone de rupture finale brutale

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Flexion plane et Flexion plane alternée

Dans le cas de flexion plane, l’amorçage se situe en un seul point.

Dans le cas d’une flexion plane alternée, l’amorçage se situe en deux points diamétralement opposés.

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Facteurs d’influence

- La rupture en fatigue se caractérise par un effet d’entaille, l’amorçage se produisant généralement en surface.

- La géométrie de la pièce est donc déterminante et les variations de section à éviter (limiter les gorges, augmenter les congés...)

- La surface de la zone de rupture finale est représentative de l’équilibre statique de l’assemblage, car obtenu par dépassement des caractéristiques mécaniques résiduelles.

- Les zones d’usinage sont des zones d’amorçage potentiel ; un filetage roulé est plus performant qu’un filetage taillé, du point de vue de la résistance à la fatigue.

3 : FRAGILISATION PAR L'HYDROGÈNE

Principe et origine

Principalement lors du traitement de surface (ou lors d’un soudage) il y a absorption d’hydrogène en surface puis diffusion qui provoque une perte de cohésion du réseau métallique.

Lors d’un traitement de surface électrolytique, le risque apparaît dans différentes phases :

- Décapage

- Dégraissage cathodique

- Electrolyse

La rupture est de type différé à caractère fragile.

Le risque s'accroît avec les caractéristiques mécaniques. La rupture intervient lors du serrage ou quelques heures après mise en service, même en l’absence de charge extérieure additionnelle.

La prévention s’effectue par un traitement thermique de dégazage, devant s’effectuer dans les quatre heures après sortie du bain électrolytique. Voir NF EN ISO 4042, NF EN 12329 et NF EN 12330)

1/4 : CORROSION

L’amorçage se fait sur des piqures de corrosion : l’état de surface conditionne ce type de ruine. Le défaut d’état de surface devient une zone de concentration de contrainte qui peut provoquer la rupture.

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Partie 2 : PRINCIPALES CAUSES

 

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1 : POSITION ET TYPES DE CASSURE

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La rupture dans les filets se produit souvent au premier filet en prise car c’est une zone de

concentration de contrainte maximale.

La rupture sous-tête résulte majoritairement d’un rayon de raccordement insuffisant.

La rupture dans le fût, très minoritaire concerne essentiellement les vis à fût réduit ou les vis

fusible.

 

2 : CAUSES DE RUPTURE BRUTALE

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3 : CAUSES DE RUPTURE PAR FATIGUE

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4 : CAUSES ESSENTIELLES ET PREVENTIONS


Les ruptures provient d’un défaut de montage ! Elles sont donc évitables sans revoir la conception deAu-delà du phénomène emblématique de fragilisation par l’hydrogène, près d’un tiers des

l’assemblage.

 

Quelques recommandations :

  • Bien qualifier la classe de qualité de la vis

  • Choisir un écrou compatible en classe de qualité avec la vis

  • Eviter les assemblages hétérogènes (effet de corrosion galvanique)

  • Assurer un serrage avec précontrainte

  • Assurer la tenue de la précontrainte : par exemple un contre-écrou évite le desserrage

mais n’assure pas la tenue de la précontrainte

  • Bien choisir la rondelle et éviter son écrasement

 

(Source : étude CETIM)