Vous êtes-vous déjà demandé ce qui distingue les boulons à haute résistance des boulons ordinaires ? Les boulons à haute résistance sont conçus pour supporter des charges extrêmes en utilisant la friction statique, ce qui les rend essentiels dans la construction et les machines où la durabilité et la sécurité sont primordiales. Cet article explique leur conception unique, leurs différences par rapport aux boulons ordinaires et pourquoi ils sont essentiels pour des structures robustes et résistantes. Découvrez comment ces boulons contribuent à améliorer les performances et la fiabilité des applications exigeantes.
Le boulon à friction ultra-haute résistance représente une avancée significative dans la technologie des fixations, offrant des performances accrues tout en minimisant la taille et le poids. Ce boulon de conception innovante conserve une force de serrage équivalente à celle des boulons traditionnels malgré ses dimensions réduites, ce qui se traduit par plusieurs avantages clés :
Les boulons à friction haute résistance, également connus sous le nom de boulons HSFG, sont des fixations spécialisées conçues pour les applications à forte charge où la stabilité de l'articulation est cruciale. Ces boulons fonctionnent selon le principe de la friction plutôt que de la résistance au cisaillement. Lorsqu'ils sont serrés à un couple spécifique, ils créent une force de serrage qui génère un frottement entre les pièces connectées, les "bloquant" efficacement ensemble.
Les principales caractéristiques des boulons HSFG sont les suivantes :
La variante Ultra High-Strength améliore encore ces propriétés, repoussant les limites de ce qui est possible en matière de conception et d'application des boulons.
Attaches physiques de grade 16.8 et 19.8
Un boulon à haute résistance, plus précisément un boulon à friction haute résistance (HSFG), est un élément de fixation spécialisé conçu pour des applications structurelles critiques. Bien que le terme "boulon à haute résistance" soit couramment utilisé dans la construction, il est important de comprendre sa désignation complète afin d'éviter les idées fausses sur sa fonction et ses propriétés.
La caractéristique distinctive des boulons HSFG ne réside pas uniquement dans leur résistance matérielle, mais dans leur capacité technique à développer et à maintenir des forces de serrage élevées. Ces boulons sont conçus pour être précontraints à une tension spécifique, créant une adhérence par friction entre les éléments connectés qui résiste aux forces de cisaillement par friction statique plutôt que par cisaillement dans la tige du boulon.
Mythe 1 : Un grade de matériau supérieur à 8,8 définit un "boulon à haute résistance"
Il s'agit là d'une idée fausse très répandue. La principale différence entre les boulons à haute résistance et les boulons standard réside dans leur méthode d'application et leur mécanisme de support de charge, et non pas simplement dans la résistance du matériau. Les boulons HSFG sont spécifiquement conçus et fabriqués pour :
Dans les normes britanniques et européennes, les boulons HSFG appartiennent généralement aux classes 8.8 et 10.9 (conformément à la norme BS EN 14399), tandis que dans les normes américaines, ils correspondent aux normes ASTM A325 et A490. Toutefois, il est essentiel de noter que tous les boulons de ces catégories ne sont pas automatiquement considérés comme des boulons HSFG. La désignation dépend de leur processus de fabrication spécifique, de leur traitement de surface et de l'application à laquelle ils sont destinés.
Les boulons standard, qui peuvent inclure les grades 4.6, 5.6, 8.8, 10.9 et 12.9 (comme spécifié dans la norme BS 3692), sont conçus pour des conditions de charge différentes et n'offrent pas nécessairement le même niveau de précharge ou de capacité d'adhérence par frottement que les boulons HSFG.
En résumé, la distinction entre les boulons à haute résistance (HSFG) et les boulons ordinaires englobe les éléments suivants :
Tableau 2 Désignation des grades de résistance des boulons et vis en acier
| Désignation du degré de résistance | 4.6 | 4.8 | 5.6 | 5.8 | 6.8 | 8.8 | 10.9 | 12.9 |
| Résistance à la traction Rm min.N/mm2 | 400 | 400 | 500 | 500 | 600 | 800 | 1000 | 1200 |
| Limite d'élasticité Re min.N/mm2 | 240 | 320 | 300 | 400 | 480 | – | – | – |
| Contrainte à la limite permanente fixée R0.2 N/mm2 | – | – | – | – | – | 640 | 900 | 1080 |
Selon la norme GB50017, calculer la résistance à la traction et au cisaillement d'un boulon ordinaire de classe B de grade 8.8 et d'un boulon à haute résistance de grade 8.8.
Pour répondre à la question de savoir où se situe la "résistance" des boulons à haute résistance, il est important de comprendre d'abord les conditions de travail et les lois de la déformation élastique et plastique pour les boulons ordinaires et les boulons à haute résistance.
En étudiant l'état limite de la défaillance de conception, nous pouvons constater que si les valeurs de conception de la résistance à la traction et au cisaillement peuvent être plus élevées pour des boulons ordinaires de même qualité, la véritable force des boulons à haute résistance réside dans leur capacité à résister à des charges plus extrêmes sans défaillance.
Courbes contrainte-déformation des boulons ordinaires et des boulons à haute résistance dans des conditions de travail
État limite à la défaillance de conception
Pour une personne ordinaire raccord de boulonLe boulon lui-même subit une déformation plastique qui dépasse la limite de conception, ce qui entraîne un cisaillement du boulon. Au cours de ce processus, un glissement relatif se produit entre les plaques d'assemblage avant que le boulon ne commence à supporter le cisaillement. Il en résulte une déformation élastique-plastique et la reprise de l'effort de cisaillement.
En revanche, pour un assemblage par boulons à haute résistance, le frottement statique entre les surfaces de frottement effectives est le facteur initial qui supporte la force de cisaillement.
Lorsque la charge augmente, la force de frottement peut devenir insuffisante pour résister à l'effort de cisaillement, et la force de frottement statique est dépassée. Il en résulte un déplacement relatif des deux plaques d'acier, qui est considéré comme une défaillance dans les considérations de conception.
Cependant, même dans ce cas, la tige de boulon peut encore utiliser sa propre déformation élastique-plastique pour supporter le cisaillement lorsqu'elle entre en contact avec la plaque de connexion.
Mythe 2 : Un boulon à haute capacité de charge est un boulon à haute résistance ?
D'après les calculs effectués pour un seul boulon, la résistance à la traction et au cisaillement des boulons à haute résistance est inférieure à celle des boulons ordinaires. Cependant, la véritable résistance des boulons à haute résistance réside dans leurs propriétés d'assemblage.
Lorsque l'articulation est dans des conditions de travail normales, aucun glissement relatif n'est autorisé, ce qui signifie que la déformation élastique-plastique est minimale et que la rigidité de l'articulation est élevée. Il en résulte une réserve de sécurité élevée pour l'articulation, même si le nombre de boulons ne peut être réduit par rapport à une conception utilisant des boulons ordinaires.
Les boulons à haute résistance conviennent aux poutres principales et à d'autres positions qui nécessitent une grande rigidité des nœuds, ce qui est conforme au principe de base de la conception sismique qui consiste à avoir des "nœuds forts et des membres faibles".
Par conséquent, la force des boulons à haute résistance ne réside pas dans la valeur nominale de leur capacité de charge, mais plutôt dans la grande rigidité, les performances élevées en matière de sécurité et la forte résistance aux dommages de leurs articulations.
En raison de leurs principes de conception différents, les méthodes utilisées pour l'inspection des boulons ordinaires et des boulons à haute résistance présentent des différences significatives.
Exigences d'inspection pour les boulons ordinaires et les boulons à haute résistance
| Boulon | Commun 8.8 | Haute résistance 8,8 | ||||||
| Standard | BS3692 | ISO898 | Valeur expérimentale d'un lot | BS4395-1 | ISO891 | Valeur expérimentale d'un lot | ||
| Étirements | Limite d'élasticité | MPa | 640 | 885 | 635 | 817 | ||
| Résistance à la traction | MPa | 830 | 959 | 827 | 944 | |||
| Extensibilité | % | 12 | 29 | 12 | 24 | |||
| Pourcentage de réduction de la surface | 52 | 53 | 52 | 58 | ||||
| AKV | J | - | - | 30J | 33J | |||
| Analyse chimique | R | R | R | R | ||||
| Essai de dureté | HRC | 23-34 | 29.8 | 25-34 | 28.9 | |||
| HV10 | 256-335 | 294 | 260-330 | - | ||||
| Force de chargement | kN | 212 | - | 207 | - | |||
Les exigences de performance mécanique des boulons ordinaires de la même catégorie sont légèrement supérieures à celles des boulons à haute résistance.
Cependant, les boulons à haute résistance doivent accepter une énergie d'impact plus importante que les boulons ordinaires.
Le marquage des boulons ordinaires et des boulons à haute résistance est une méthode de base pour identifier les boulons de la même catégorie sur le site. Il est également nécessaire de faire la distinction entre les boulons à haute résistance selon les normes britanniques et américaines, car leur calcul des valeurs de couple peut différer.
En termes de coût, les boulons ordinaires sont environ 70% moins chers que les boulons à haute résistance. Compte tenu de la comparaison de leurs exigences d'acceptation, on peut conclure que le coût supérieur des boulons à haute résistance consiste à garantir leur performance en matière d'énergie d'impact (ténacité).
Indépendamment des charges complexes qu'ils supportent, la forme de défaillance la plus courante pour les boulons à haute résistance est la défaillance par fatigue.
Dès 1980, des experts ont étudié 200 cas de rupture de boulons et ont constaté que plus de 50% étaient dues à la fatigue.
Il est donc essentiel d'améliorer la résistance à la fatigue des boulons à haute résistance.
Les fracture de fatigue de boulons présente les caractéristiques suivantes :
Pour les boulons, les principales formes de défaillance sont la déformation plastique de la partie filetée et la rupture par fatigue de la vis. La plupart des dommages se produisent de la manière suivante :
Contrôler strictement la taille finale des boulons afin d'éliminer la concentration de contraintes :
a. Utiliser de grands filets de transition
b. Découpage de la rainure de déchargement
c. Coupe en contre-dépouille à l'extrémité du fil
d. L'optimisation de l'angle d'inclinaison de la tête du boulon peut également réduire efficacement la concentration de contraintes.
e. Utiliser un fil renforcé
Les principales différences entre un filetage renforcé et un filetage ordinaire sont le diamètre mineur (d1) du filetage extérieur et le rayon du congé de transition de la racine (R).
Les principales caractéristiques d'un filet renforcé sont un diamètre mineur plus important (d1) par rapport à un filet ordinaire, un rayon de congé de transition de racine plus important (R) et une réduction de la concentration des contraintes dans le boulon.
Il existe des exigences spécifiques pour le rayon du congé de transition racine (R) dans un filet renforcé, avec R+ = 0,18042P et rmin = 0,15011P, où P est le pas. En revanche, il n'y a pas de telles exigences pour un filet ordinaire, qui peut même avoir une section droite.
Améliorer le contrôle du traitement thermique et traitement de surface lors de la fabrication des boulons peut améliorer efficacement la résistance des boulons à la fatigue.
a. Traitement thermique
Les boulons subissent un traitement thermique suivi d'un laminage pour produire une contrainte de compression résiduelle importante, qui ralentit la formation et la croissance des fissures et améliore leur résistance à l'usure. résistance à la fatigue. Il est important de prévenir décarburation pendant le traitement thermique et de comparer la résistance à la fatigue des boulons avec et sans décarburation de surface.
La présence de décarburation entraîne l'oxydation du carbone dans la couche, ce qui se traduit par une réduction de la cémentite dans la structure métallographique et par une baisse de la teneur en oxygène. la résistance et la dureté par rapport aux structures normales. En règle générale, la résistance à la fatigue des boulons diminue de 19,81 TTP3T dans des conditions de décarburation superficielle.
b. Phosphatation
Le traitement par phosphatation des surfaces des boulons permet d'éviter la rouille et d'assurer un frottement stable lors de l'assemblage. En outre, il peut également réduire l'usure.
Dans le processus de roulage du fil, la réduction de la friction entre la roue de roulage du fil et le fil à coudre est essentielle. filetage de la vis peut avoir un impact positif sur la répartition des contraintes sur le filetage du boulon après le laminage et réduire la rugosité de la surface du filetage.
La tension dans un boulon ordinaire est principalement supportée par les trois premiers filets sous contrainte. Lorsque la précharge initiale est importante, une déformation plastique se produit localement à la racine de certains filets, ce qui conduit à contrainte résiduelle à ces racines. Cette contrainte résiduelle de compression augmente la résistance à la fatigue des fils.
En outre, la déformation plastique des filets améliore la répartition des contraintes et réduit la pression de contact, ce qui améliore également la résistance à la fatigue des filets. Plus la précharge est importante, plus l'assemblage du boulon peut résister à la séparation et à la relaxation de la précharge. Il en résulte une plus grande résistance effective à la fatigue du boulon. connexion boulonnée.
Par conséquent, l'augmentation de la force de pré-serrage dans un assemblage boulonné améliore sa capacité à résister à la rupture par fatigue sous l'effet de charges externes cycliques et réduit le risque de rupture par fatigue due aux vibrations et aux forces d'impact ou à une surcharge limitée.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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