Boulons de verrouillage: Une alternative au soudage

Pendant de nombreuses décennies, le soudage a été considéré comme le seul moyen d’assurer l’intégrité des joints dans des structures porteuses ou à fortes vibrations exigeantes. Ainsi, les entreprises fabriquant des équipements lourds ou fabriquant de grandes structures métalliques ne font que des joints soudés.

Aujourd’hui, il existe une alternative à la soudure pour les fixations : les verrous sertis à tension directe. Ces attaches en deux parties sont en partie un boulon et une partie un rivet aveugle. Ils se composent d’un collier cylindrique court et non fileté et d’une longue goupille à tête qui a à la fois des fils non hélicoïdaux et un pintail qui se rompt lors de l’installation.

Ces attaches sont installées selon une technique de tension directe, dans laquelle la goupille est tirée tandis que le collier est simultanément serti dans les rainures de verrouillage de la goupille, déformant le collier dans les rainures.

Les boulons de verrouillage produisent des joints permanents avec des charges de serrage élevées, une stabilité et une excellente résistance aux vibrations. Parce que le processus d’installation des boulons de verrouillage est plus rapide et plus sûr que le soudage, et ne nécessite pas de personnel hautement qualifié, les fabricants les utilisent de plus en plus pour assembler des suspensions et des châssis de camions, des passages à niveau de voies ferrées et des véhicules de défense lourds.

Inconvénients du soudage

Pendant de nombreuses années et des millions de joints, le soudage s’est avéré être l’un des procédés les plus sûrs pour la fixation d’un joint. Mais, il présente plusieurs inconvénients. Le processus de soudage prend beaucoup de temps et nécessite plusieurs procédures de contrôle de la qualité coûteuses et chronophages. Le soudage nécessite également des techniciens qualifiés, souvent très bien payés, qui, dans des industries telles que le pétrole et le gaz, sont difficiles à trouver et à retenir.

Un autre problème lié au soudage est la chaleur. La chaleur générée par le soudage peut réduire considérablement la résistance des métaux joints et endommager les revêtements de surface critiques. De plus, le soudage de métaux différents ou de pièces de différentes tailles peut être un défi. Les soudeurs expérimentés savent également que retirer et retravailler une soudure peut être problématique.

Enfin, le soudage est dangereux et sale. La sécurité est essentielle et doit être pratiquée continuellement car une étincelle aléatoire peut déclencher un incendie mortel. Tout aussi important, les tiges usagées et les autres restes du processus de soudage doivent être manipulés correctement pour que la zone de travail et l’usine restent sûres et propres.

Caractéristiques et avantages des fixations

Introduits au milieu du 20ème siècle, les boulons de verrouillage sont disponibles dans une large gamme de diamètres de broches. Alcoa Fastening Systems propose des boulons HuckBolts avec des diamètres de broches de 0,1875 pouce à 1,375 pouce. La société propose également des tailles métriques similaires.

Les boulons de verrouillage sont généralement en acier, en acier inoxydable ou en titane. Cependant, ils peuvent également être fabriqués en aluminium car leurs fils non hélicoïdaux ne s’agglomèrent pas lors de l’installation. Lorsqu’un matériau s’agglutine, une partie de celui-ci est tirée par la surface de contact. Les filetages hélicoïdaux sur les fixations conventionnelles se gonflent souvent pendant le délabrement.

Les broches peuvent être faites avec des têtes rondes, braseros, fermes, champignons ou fraisées. Les colliers sont livrés avec ou sans brides. Les deux composants peuvent être revêtus ou plaqués pour éviter la corrosion.

Le principal avantage d’un verrou est sa résistance à long terme aux effets des vibrations. Dans un joint boulonné conventionnel, il y a toujours des espaces entre les filets de l’écrou et du boulon. Ces espaces provoquent un relâchement dans les applications à fortes vibrations. En revanche, un boulon de verrouillage installé ne présente aucun espace car le collier est entièrement serti dans les rainures de verrouillage peu profondes de la goupille. Ces rainures peu profondes produisent une résistance de joint élevée – jusqu’à cinq fois supérieure à celle d’un écrou et d’un boulon conventionnels.

D’autres avantages incluent une résistance élevée au cisaillement et à la traction. Les données des tests Junkers — une procédure standard qui expose les joints fixés à des vibrations transversales – indiquent que les boulons de verrouillage maintiennent une charge de serrage constante dans le temps, sans nécessiter de dispositifs secondaires tels que des rondelles de verrouillage, des fils ou des composés de verrouillage des filets.

La plupart des boulons de verrouillage, y compris les boulons HuckBolts fabriqués par Alcoa Fastening Systems, peuvent également être utilisés avec pratiquement n’importe quel métal. Des métaux dissemblables avec des coefficients de dilatation thermique différents ne présentent aucun problème. Différentes tailles de pièces dans un joint sont facilement adaptées et les finitions de surface ne sont pas endommagées.

Le Bobtail HuckBolt est le dernier verrou d’Alcoa. Il comporte des fils de préhension plutôt qu’un pintail. Cette conception offre aux utilisateurs finaux deux avantages importants.

Tout d’abord, le BobTail pèse 40% de moins que les boulons de verrouillage standard et nécessite beaucoup moins de force pour l’installation. Par exemple, un BobTail de 0,625 pouce de diamètre nécessite un outil de 10 livres, alors qu’un verrou standard de taille similaire nécessite un outil de près de 20 livres.

Cette force plus faible produit une action de sertissage sans secousses, réduisant la fatigue de l’opérateur et le syndrome de stress répétitif. Cela rend également l’installation plus silencieuse.

Deuxièmement, les fils de la pince restent en place pendant l’installation. Cela élimine un point d’amorçage possible de la corrosion, ainsi que la nécessité d’un nettoyage du matériau.

La fixation a également un collier spécialement conçu avec des bosses le long de la bride. Lorsque le collier est entièrement étampé, les bosses se plient, fournissant aux opérateurs un indice visuel que l’attache est correctement installée.

Les paramètres de performance du verrou dépendent du diamètre et du matériau de la fixation. Par exemple, un 0.le BobTail en acier au carbone Grade 5 de 1875 pouces de diamètre offre une charge de serrage de 1 200 livres, une résistance à la traction de 2 200 livres et une résistance au cisaillement de 2 430 livres. En revanche, une version en aluminium de ce même verrou livre respectivement 550, 1 000 et 1 050 livres.

De même, un BobTail de 0,375 pouce de diamètre fournit 5 980 livres de charge de serrage, 9 300 livres de résistance à la traction et 9 600 livres de résistance au cisaillement. La version en aluminium fournit 2 200 livres, 4 200 livres et 4 200 livres, respectivement.

Installation: Rapide et facile

Les boulons de verrouillage standard et BobTail sont installés en utilisant une technique de tension directe. La goupille du verrou standard est insérée dans un trou préparé, le collier est filé sur la goupille et l’outil d’installation est placé sur les rainures de la goupille. Lorsque l’outil est activé, un extracteur dans son ensemble de nez attire la goupille dans l’outil, ce qui fait que l’enclume de sertissage appuie sur le collier et crée un espace de feuille quelconque.

À une force prédéterminée, l’enclume commence à emboutir le collier dans les rainures de verrouillage de la goupille. Le sertissage continu allonge le collier et la goupille pour produire une charge de serrage précise. Lorsque le sertissage du collier dans les rainures de verrouillage des broches est terminé, l’outil tire sur le pintail et l’enclenche. Ceci termine l’installation. Avec le BobTail, une fois le sertissage terminé, l’outil libère l’attache.

Un boulon de verrouillage typique (attache de grade 8 de 0,625 pouce de diamètre) peut être installé en seulement 2 secondes, sans compter le temps nécessaire pour percer un trou. Le temps de cycle est court car l’outil saisit la broche très rapidement.

Une fois que l’opérateur a enclenché la gâchette, la séquence de sertissage et d’éjection est programmée pour terminer le cycle sans aucune entrée d’installateur supplémentaire. Une inspection visuelle rapide est tout ce qui est nécessaire pour confirmer que l’attache est correctement installée.

De plus, un opérateur nécessite une formation minimale pour installer des boulons de verrouillage de manière compétente— ce qui fait de l’utilisation de fixations à boulon de verrouillage un processus d’assemblage rentable.

Les outils d’installation du verrou sont hydropneumatiques ou hydrauliques. Les outils hydropneumatiques (également appelés pneudrauliques) sont les meilleurs pour les boulons de verrouillage de moins de 0,5 pouce de diamètre; des outils hydrauliques sont nécessaires pour les fixations de plus grand diamètre. Chaque outil est suffisamment polyvalent pour installer des fixations de différents diamètres. Cependant, le nez de l’outil doit être changé pour correspondre au diamètre de chaque attache.

Les outils fonctionnent généralement manuellement, mais des cellules de travail semi-automatiques fonctionnent également. Dans ces applications, des boulons de verrouillage de 0,1875 à 0,25 pouce de diamètre sont installés. L’opérateur charge manuellement les pièces et insère les broches et les colliers. Ensuite, en appuyant sur un bouton, plusieurs outils montés sur des actionneurs linéaires saisissent simultanément les broches et les colliers et sertissent tous les colliers sur les broches.

Les boulons de verrouillage ont cependant un inconvénient majeur. Après l’installation, une section de la goupille reste et dépasse au-dessus du collier. Pour les applications où la saillie ne peut pas être logée, les fabricants peuvent être obligés d’utiliser un soudage conventionnel.

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