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SERRAGE AU COUPLE

Le serrage au couple est la méthode la plus répandue de serrage.

L’assemblage est serré à l’aide d’une clé dynamométrique avec une plage de serrage appropriée à l’assemblage concerné. Ces clés peuvent être manuelles ou automatiques pour les grandes séries.

La méthode comprend les deux phases suivantes :

- une première phase avec une clé réglée à 0,75% du couple de référence. L’ensemble des éléments de fixation doit être serré ainsi avant de passer à la seconde phase.

Eventuellement une clé à chocs peut être utilisée pour cette phase.

- Une deuxième phase où la clé de serrage doit être réglée sur une valeur de couple à

110%.

Le couple de serrage doit être appliqué sans à-coups et de façon continue

Nota : dans le cas de boulons à serrage contrôlé (norme EN 14399), se référer aux valeurs fondées sur la classe k déclarée par le fabricant

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Multiplicateur de couple                clé dynamométrique à lecture directe

LIMITES DU SERRAGE AU COUPLE

Imprécision de l’effort de serrage

Le résultat du serrage dépend étroitement des coefficients de frottement au niveau des filets (μt) et sous tête (μt) mais dans la pratique ces paramètres sont très difficilement maîtrisables. De ce fait, pour un même couple de référence, la dispersion dans la tension finale pourra se situer entre +/- 20% au mieux, voire +/- 60%.... selon le moyen de serrage utilisé.

Cette grande dispersion est due à la combinaison de trois phénomènes :

- l’imprécision sur le couple de serrage appliqué

- les défauts géométriques et les états de surface des pièces assemblées et de la fixation

- la lubrification des surfaces en contact.

Moyen de serrage

Précision sur le précharge

Coefficient d’incertitude de serrage

Clé dynamométrique Visseuse rotative avec étalonnage périodique sur le montage (par mesure d’allongement de la vis ou mesure à la clé dynamométrique du couple de serrage)

+/- 20 %

1.5

Clé à chocs avec adaptation de rigidité et étalonnage périodique sur le montage (au moins aux mesures à la clé dynamométrique du couple de serrage par lot)

+/- 40 %

2.5

Clé à main

Clé à chocs sans étalonnage

+/- 60 %

4

Selon les classes de qualité des éléments de l’assemblage, les coefficients de frottement, la classe de précision de serrage désirée, il convient de se reporter à la norme NF E 25030.

Le phénomène de contraintes parasites de torsion

La méthode de serrage au couple provoque dans la fixation, en sus de la contrainte axiale voulue, une contrainte de torsion parasite dont le niveau peut atteindre 30% de la contrainte de traction. La contrainte résultante dans la fixation est fortement augmentée et peut dépasser la limite élastique du matériau, même si la contrainte de traction est dans les limites acceptables.

De plus cette contrainte résiduelle en torsion peut faciliter le desserrage en fonctionnement.

Enfin, le couple étant appliqué généralement de façon asymétrique, il existe une contrainte de flexion. Son faible niveau permet en général de la négliger mais elle peut aussi intervenir dans les cas limites.

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Détérioration des états de surface

Le frottement des pièces sous des efforts importants provoque des détériorations des surfaces en contact. Lors d’un serrage ultérieur, cela entraînera des forces de frottement qui engendreront une plus grande imprécision sur la tension de serrage. Par ailleurs cette détérioration peut avoir des conséquences sur la tenue en corrosion des pièces assemblées au droit des points d’assemblage.

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Difficultés de desserrage

La détérioration des états de surface, éventuellement augmentée par la corrosion, demande l’application d’un couple de desserrage très élevé qui peut atteindre la limite élastique du matériau de l’assemblage et provoquer sa ruine.

Limites dans le cas de boulons de grandes dimensions

Au-delà d’un couple de référence de 1000 Nm, il est nécessaire de recourir à des clés à chocs mais la précision sur la précharge diminue. Une clé hydraulique de bonne qualité peut être une solution à envisager.

Difficulté de serrages simultanés

Avec la méthode du serrage au couple, il est rarement possible de procéder au serrage simultané de la totalité des fixations d’un assemblage.



SERRAGE À L’ANGLE

Le serrage à l’angle s’effectue en deux phases :

- mise en contact par application d’un couple d’accostage servant de seuil pour la mesure angulaire. Cette opération a pour but le positionnement des pièces et l’élimination des défauts de surface. Il doit être aussi faible que possible.

- vissage avec un angle déterminé.

Cette méthode permet des résultats plus précis que le serrage au couple car la précharge obtenue est quasiment proportionnelle à l’angle de serrage et les coefficients de frottement n’interviennent que modérément. Un contrôle final de couple permet de détecter une éventuelle anomalie.

Limites du serrage à l’angle

La mise en œuvre de cette méthode est donc simple mais l’approche théorique fait intervenir un nombre important de paramètres dont certains difficiles à maîtriser. La détermination de la consigne angulaire nécessite une mise au point préalable et des essais de vérifications. Elle ne peut économiquement se mettre en œuvre que pour des grandes séries sur chaîne de fabrication.

La fiabilité de la précharge atteinte est améliorée par la rigidité des pièces et la constance des caractéristiques des pièces. Un serrage à l’angle est par exemple à proscrire avec des assemblages comportant des joints.

L’imprécision du serrage dépend surtout de l’imprécision sur le couple d’accostage. Le rapport entre le couple d’accostage et le couple final dépends de la rigidité des pièces (de 30% pour des pièces très rigides à 50% si des pièces sont facilement déformables).

La contrainte de torsion parasite peut être sensiblement supérieure à celle obtenue par la méthode du serrage au couple.

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Clé de serrage angulaire électronique



MÉTHODE COMBINÉE

Comme dans les méthodes précédentes, le serrage s’effectue en deux phases :

- une première phase avec une clé réglée à 75% du couple de référence. L’ensemble des

éléments de fixation doit être serré ainsi avant de passer à la seconde phase.

- Une seconde phase dans laquelle une rotation spécifiée est appliquée à la partie de l’assemblage qui tourne. La position de l’écrou par rapport aux filets de la vis doit être repérée (à la peinture par exemple) dès la fin de la première phase pour déterminer la rotation finale de l’écrou par rapport aux filets en fin de deuxième phase. Sauf spécification contraire, l’angle de rotation doit être conforme aux valeurs ci-après (pour des vis de classe de qualité 8.8 ou 10.9):

                                           

Epaisseur nominale totale « t » des pièces à assembler (y compris toutes fourrures de rondelles)

d = diamètre de la vis

Rotation supplémentaire à appliquer (seconde phase de serrage) en dégrès

Rotation supplémentaire à appliquer (seconde phase de serrage) en fraction de tour

t<2d

60

1/6

2d ≤ t < 6

90

1/4

6d ≤ t ≤ 10

120

1/3

Note : Lorsque la surface sous tête de vis (en tenant compte des rondelles biaises, le cas échéant) n’est pas perpendiculaire à l’axe de la vis, il convient de déterminer par des essais l’angle de rotation requis.



SERRAGE A LA LIMITE ÉLASTIQUE

Cette méthode consiste à serrer les vis jusqu’à l’atteinte de leur limite élastique apparente. Elle impose de mesurer en permanence et simultanément le couple et l’angle de serrage et de stopper l’opération dès qu’il y perte de proportionnalité directe entre ces deux paramètres. Les erreurs sont dues uniquement à la dispersion des contraintes de torsion liée à la variation du coefficient de frottement. Cette dispersion est faible, une variation de coefficient de frottement de 25% n'entraînant qu’une erreur de 7%.

Il est utilisé une visseuse équipée d’un capteur de couple et d’un capteur d’angle, renvoyant leurs paramètres à un module électronique qui déclenche l’arrêt de la broche de vissage dès qu’il n’y a plus proportionnalité.

Chaque vis est serrée à sa limite élastique propre, c’est-à-dire au maximum de possibilités, indépendamment de toute programmation, ce qui évite les risques de casse de vis non conforme au montage.

La précontrainte est obtenue avec une précision de +/- 8%.

Limites du serrage à la limite élastique

L’utilisation d’une rondelle est à proscrire car elle peut fausser la mesure : un déplacement éventuel déclenche l’arrêt du vissage.

Si des efforts en fonctionnement entraînent des allongements supplémentaires des vis, il est possible de dépasser la limite élastique, provoquant une perte de précharge, un changement de performance de l’assemblage, voire sa ruine.

Les démontages et remontages d’une même vis sont à proscrire car la déformation de la vis sera cumulative jusqu’à la rupture. Le remplacement doit être systématique.

SERRAGE PAR TENDEUR HYDRAULIQUE

Cette méthode consiste à appliquer sur la vis un effort de traction par l’intermédiaire d’un vérin annulaire. Une fois mise en tension, l’écrou est accosté manuellement ou avec un léger couple de serrage. Le vérin est ensuite relâché et l’effort hydraulique en grande partie transféré sur l’assemblage. Afin d’augmenter la précision un double accostage est recommandé : la première opération permet la compensation des jeux et défauts de surface et établit l’équilibre des efforts au sein de l’assemblage. La deuxième opération permet l’obtention de la précision souhaitée dans la mise en tension de l’assemblage.

Les contraintes de torsion dans la vis sont inexistantes, et les coefficients de frottement n’interviennent pas dans le serrage.

Cette méthode est particulièrement adaptée pour le serrage simultané de plusieurs vis.

Limites du serrage par tendeur hydraulique

L’encombrement de l’appareil impose un écartement entre deux vis plus important qu’avec les autres outils de serrage. Le serrage est obligatoirement opéré coté écrou. Une hauteur de vis suffisante pour l’accrochage du vérin doit être prévue. One peut installer comme précharge qu’une partie de l’effort axial maximal admissible par la vis.

La principale difficulté est la connaissance de la précharge installée dans la vis, dépendant du rendement de l’opération. Ce rendement dépend de la raideur des éléments de l’assemblage et varie entre 50 et 90% selon la géométrie de celui-ci.

MOYENS DE CONTRÔLE DU COUPLE DE SERRAGE

Contrôle à la clé dynamométrique

C’est le contrôle le plus aisé à mettre en œuvre. Il demeure néanmoins une incertitude importante sur la tension finale de serrage de l’assemblage.

Contrôle d’élongation par ultrasons

La méthode consiste à mesurer le temps de trajet d’une onde ultrasonore le long de l’axe de la vis. La mise en œuvre nécessite un personnel qualifié. Elle est notamment performante pour la visserie de petit diamètre (inférieur à 20 mm).

Contrôle d’élongation par jauge de contrainte

C’est une méthode de laboratoire inutilisable en application industrielle. Des jauges de contrainte sont collées sur le corps de la vis et connectées à un pont de Weston ; La variation du signal obtenu correspond à la variation d’élongation du boulon préalablement étalonné.

Contrôle par rondelle de mesure

Cette méthode a l’avantage de mesurer directement l’effort de serrage. La rondelle de mesure est une rondelle instrumentée placée sous l’écrou de serrage qui agit comme un capteur de force. Il est recommandé de placer une rondelle « classique » entre écrou et rondelle de mesure pour éviter une détérioration de cette dernière. Cette méthode permet de mesurer et enregistrer l’effort de tension dans le boulon au cours de la vie de l’assemblage, aussi bien au repos qu’en service.