Etapes faciles pour mesurer l'épaisseur de la rondelle

La norme ASME B16.21 ne donne aucune indication sur l'épaisseur des joints pour les rondelles plates non métalliques. La sélection de l'épaisseur de joint appropriée pour une application spécifique est un problème récurrent, auquel il est difficile de répondre succinctement.

C'est pourquoi nous encourageons les utilisateurs, en cas de doute sur le choix de l'épaisseur, à consulter des ingénieurs d'application.

L'article d'aujourd'hui vise à expliquer pourquoi cette question est complexe, tout en transmettant des connaissances d'application pertinentes afin de préparer les utilisateurs à des scénarios potentiels.

En tant qu'ingénieurs d'application pour les joints, nous préconisons généralement l'utilisation de joints plus minces lorsque cela est possible.

Dans certaines situations, cependant, il est conseillé d'utiliser un joint plus épais.

Nous allons clarifier ce point : un joint de 3,2 mm d'épaisseur est nécessaire et tout à fait acceptable pour certaines conditions de fonctionnement courantes, notamment les suivantes :

1. Les brides minces deviendront inégales après le serrage des boulons, comme les cornières d'une épaisseur de 6,4 mm ou les cornières d'une épaisseur de 1,5 mm. tôle d'acier brides.
2. Brides de grand diamètre, comme celles conformes à la norme AWWA (American Water Works Association), et récipients sous pression d'un diamètre de 3 mètres.
3. Brides basse pression, à face pleine, de grand diamètre, avec une force de boulonnage limitée.
4. brides anciennes pouvant présenter des piqûres, des déformations ou des dommages.

L'une des raisons pour lesquelles les joints épais sont utilisés pour les brides à basse pression et de grand diamètre est que ces brides n'ont pas assez de boulons, principalement parce que la pression interne est faible et qu'il n'y a donc pas besoin de beaucoup de boulons dans la conception.

Des boulons limités signifient une compression limitée du joint ; des brides minces impliquent que la bride se déforme après le serrage des boulons, comprimant les espaces entre les boulons à un niveau minimal ou pas du tout. Les joints minces n'ont pas une compression suffisante pour compenser ces brides inégales.

Cela semble contredire notre raisonnement habituel. Si vous regardez les contraintes d'installation que nous recommandons, vous constaterez qu'une augmentation de l'épaisseur du joint entraîne une augmentation de la contrainte (charge).

Cependant, dans les endroits où la charge est très faible, comme les brides en cornière, l'épaisseur de la bride n'est souvent pas suffisante pour assurer la planéité et l'étanchéité requises pour les joints minces.

Dans la plupart des cas, ces brides ont une faible pression interne, de sorte qu'il n'y a pas de risque élevé d'éclatement pour des joints plus épais.

Prenons l'exemple d'une bride de 66 mm : l'épaisseur de la bride est d'environ 6,4 mm, avec 20 boulons de 5/8. Pour une bride aussi grande, le nombre et la taille des boulons sont insuffisants.

Le client a demandé un joint auto-expansif huile-eau de 1,6 mm pour l'huile sans pression, mais un joint de 3,2 mm d'épaisseur serait un meilleur choix, pour deux raisons :

1. Un espacement aussi important entre les boulons entraîne des charges de compression très faibles entre deux boulons. Les joints minces ne s'adaptent pas bien aux brides déformées.
2. En l'absence de pression interne, l'utilisation d'un joint plus épais ne présente aucun inconvénient, car le joint ne risque pas d'éclater.

Toutefois, pour les brides conçues pour des pressions plus élevées, la situation est très différente. Ces brides sont beaucoup plus épaisses, ce qui leur permet généralement de conserver une planéité de 0,1 mm lorsque les boulons sont serrés.

Dans de tels cas, l'approche "thinner-the-better" est appropriée.

L'utilisation de joints minces présente de nombreux avantages :

(1) Plus grande résistance à l'éruption en raison d'une plus petite surface exposée à la pression interne.

(2) Taux de fuite réduit, également en raison de la plus petite surface en contact avec la pression interne.

(3) Meilleure rétention du couple dans les fixations en raison des propriétés de relaxation de fluage plus faibles des joints plus minces.

(4) Coût inférieur en raison de la diminution des matériaux utilisés.

Plus le joint est mince, mieux c'est "dans la mesure du possible", mais ce principe est le plus difficile à définir ; il n'est pas toujours possible d'utiliser des joints minces.

Les joints plus épais conviennent mieux aux brides gravement endommagées ou déformées. La capacité d'un joint à remplir des brides irrégulières est basée sur le taux de compression sous une charge donnée. Ce taux de compression est exprimé en pourcentage de l'épaisseur originale du joint.

Les joints plus épais, dont l'épaisseur d'origine est plus importante, ont également une quantité de compression réelle plus importante. Pour un joint de 1,6 mm, un taux de compression de 10% signifie une compression de 0,16 mm, tandis qu'un joint de 3,2 mm comprimé à 10% a une compression de 0,32 mm.

Cette compression supplémentaire du joint signifie que les joints épais peuvent mieux remplir les rayures ou les piqûres profondes que les joints minces.

Toutefois, les avantages liés à l'utilisation d'un joint épais peuvent être trompeurs. Quoi qu'il en soit, lorsque des joints plus épais sont utilisés pour étanchéifier des brides plus défectueuses, ils peuvent entraîner davantage de problèmes à l'avenir.

Des joints plus épais entraînent une relaxation de fluage plus importante, ce qui signifie que pendant toute la durée de vie de la connexion à bride, les utilisateurs peuvent avoir besoin de resserrer les boulons pour maintenir une compression suffisante du joint.

Des joints plus épais peuvent également entraîner une force d'éjection plus élevée, exacerbée par une plus grande surface en contact avec la pression interne, qui génère une force totale plus importante en essayant de pousser le joint hors de la bride (force d'éjection).

(L'unité de pression interne est le MPa, et un joint plus épais semble plus "haut" dans la direction opposée à la pression interne, ce qui signifie une plus grande surface. La force plus importante résulte de la pression interne MPa multipliée par la surface plus grande).

Enfin, étant donné que tous les matériaux des joints sont quelque peu perméables, le fluide peut pénétrer dans le corps du joint. Les joints plus épais créent des canaux de perméation plus larges, ce qui se traduit par un taux de fuite plus élevé.

Il convient de noter que l'inverse peut également se produire. Si un joint est trop fin pour compenser les défauts de la bride, le fluide fuira au lieu de s'infiltrer à travers le corps du joint, et le taux de fuite peut être plus élevé qu'avec un joint épais.

Les brides qui nécessitent des joints plus épais peuvent entraîner des problèmes que les fabricants de joints ne peuvent pas contrôler.

La meilleure solution consiste à utiliser ou à concevoir des brides capables de supporter une charge de compression plus élevée, à maintenir un bon état de surface de la bride et à utiliser des joints d'une épaisseur de 1,6 mm, voire de 0,8 mm.

Lors de la conception de joints en feuilles sans amiante, les utilisateurs devraient envisager d'utiliser les valeurs "M&Y" plus élevées de 3,2 mm d'épaisseur dans leurs calculs de conception, mais d'installer un joint de 1,6 mm d'épaisseur. Ces recommandations permettront d'éliminer certaines des causes les plus courantes de défaillance des raccords de bride.

Dans certains cas, des rondelles d'une épaisseur très spécifique sont nécessaires. Il existe de nombreux raccordements de rondelles qui nécessitent une épaisseur de rondelle particulière. Pour ces types de raccordements, il est essentiel de se rappeler que l'épaisseur finale comprimée de la rondelle doit être prise en compte. Il peut s'agir des cas suivants :

Pompes en deux parties : L'épaisseur finale est critique car elle affecte le jeu entre les deux côtés de la pompe. Ces pompes utilisent souvent des rondelles de compression sans amiante de 0,4 mm.

Les clients demandent parfois tôle avec une faible tolérance d'épaisseur et une variation d'épaisseur minimale. Il est important de rappeler que les rondelles à forte compression ne sont généralement pas applicables ici, car l'épaisseur finale est différente.

Les systèmes de canalisation à longue distance sont conçus pour des épaisseurs de rondelles spécifiques. Par exemple, une rondelle spiralée standard, lorsqu'elle est comprimée, mesure environ 3,2 mm d'épaisseur. L'utilisation de rondelles plus fines peut poser un problème d'espacement dans les pipelines à longue distance, et il y a de nombreuses brides sur un même pipeline, ce qui crée un grand espace au niveau de la dernière bride.

Rondelles utilisées dans les rainures : Lors de l'utilisation de surfaces à rainures et languettes ou de brides plates concaves, la rondelle doit remplir tout l'espace avant que le métal de la bride n'entre en contact avec un autre métal. L'épaisseur comprimée de la rondelle chargée doit être calculée et doit dépasser l'espace créé après le contact de la bride.

Par exemple, si la fente a une profondeur de 3,2 mm et que la languette a une hauteur de 0,6 mm, l'épaisseur comprimée de la rondelle doit être supérieure à 2,6 mm, sinon les brides entreront en contact avant que la rondelle ne soit complètement comprimée.

Le type de matériau de la rondelle et la charge de compression admissible peuvent également avoir une incidence sur l'épaisseur de la rondelle destinée à sceller un raccord de bride spécifique. Selon le test standard ASTM F36, les rondelles ayant un taux de compression plus élevé ne nécessitent pas la même épaisseur que celles ayant un taux de compression plus faible, car une rondelle plus facilement compressible n'a pas besoin d'être aussi épaisse pour s'adapter aux défauts de la bride.

On nous demande toujours d'assurer l'étanchéité des brides défectueuses. Il est généralement possible d'y parvenir en prenant soigneusement en compte toutes les variables des conditions d'application lors du choix du type et de l'épaisseur du matériau de la rondelle.

Cependant, il arrive que les défauts de la bride ou du boulon ne soient pas entièrement compensés par la rondelle. De même, l'installation correcte du système de raccordement de la bride est également cruciale.