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Rappelons que le serrage par vissage a pour objectif d’installer une tension d’assemblage entre deux pièces pour le maintien en condition statique ou vis-à-vis de sollicitations dynamiques.
Dans ce cas, les pièces assemblées et le boulon fonctionnent comme des ressorts de différentes raideurs. A l’application d’un effort, les pièces sont comprimées et le boulon est étiré.
Par la suite, autour de cette position d’équilibre, les sollicitations induisent des efforts alternatifs sur le boulon et l’assemblage. Les moyens de mesure vont permettre de contrôler l’effort d’assemblage au moment du serrage ainsi que son évolution dans le temps.
En prenant comme point de départ l’étape de conception, considérons que le Bureau d’Etudes détermine le dimensionnement de son assemblage ainsi que les matériaux qui le composent, afin de notamment répondre à des objectifs de tenue mécanique. Il va raisonner en termes de Tension de Serrage. Quand vient le moment de définir les méthodes d’assemblage, dans 90% des cas le process de serrage est réalisé en appliquant un Couple de Serrage. Malgré les abaques existants et les formules de calcul, il n’est pas aisé de faire un lien direct entre couple et tension car de nombreux paramètres peuvent induire de fortes dispersions dans la tension appliquée.
Certains assemblages, de par leur conception et les contraintes d’usage, doivent être contrôlés pour vérifier la tension appliquée lors du serrage puis pendant la vie courante du système complet. Parmi les technologies existantes, la mesure par ultrasons appliquée aux vis est celle qui offre la plus grande précision comme le montre l’annexe C de la norme VDI2290 ou EN1591-1.
L’enjeu est important car cette méthode permet de réaliser le meilleur design tout en garantissant la sureté de fonctionnement de l’équipement. L’impact est positif par la réduction du coût engendré par une panne ou une casse ou même sur le coût de fabrication du produit.
La technologie de mesure de la tension de serrage par ultrasons fait partie des nombreux moyens de mesure existants. D’un point de vue mécanique, la longueur des boulons augmente conformément à la loi de Hooke. Un effet plus significatif est la diminution de la vitesse du son au travers de la matière. Ainsi, en utilisant les ultrasons, il est possible de mesurer les effets conjugués de la réduction de leur vitesse de propagation et de l’augmentation de l’allongement du boulon. Ce qui conduit à mesurer un accroissement du temps de trajet de ces ultrasons sur lequel est appliquée une compensation liée aux effets de la température.
Au sein même de cette technologie, on retrouve plusieurs variantes pour générer les ultrasons et mesurer la tension de serrage :
Les avantages et inconvénients de chaque méthode sont listés dans le tableau comparatif en fin d'article.
Le principe
Le signal électrique de la sonde est transmis au boulon via le liquide couplant afin de générer une onde ultrasonore. Certaines méthodes n’utilisent pas de liquide couplant pour la transmission du signal au boulon. La sonde est approchée par l’opérateur le temps de la mesure puis retirée à la fin. L’opérateur doit maintenir en place la sonde et s’assurer que le liquide couplant est bien présent.
Principaux fournisseurs
AMG Intellifast GmbH, Krautkramer, NEDSCHROEF, NORBAR, TRAXX, Ultra RS
Le principe
Le capteur/générateur piézoélectrique est collé sur la vis de façon manuelle. Dans ce cas, la colle fait office de liquide couplant. Dès que le capteur est en place, il n’y a plus à se préoccuper de sa position. On peut ensuite approcher la sonde de mesure et générer l’onde ultrasonore pour mesurer la tension d’assemblage. L’installation de ce type de capteur est normalement simple et peu onéreuse.
Principaux fournisseurs
AMG Intellifast GmbH, Innovation Plus
Le principe
Le capteur/générateur est installé de manière permanente sur la vis. Il est réalisé par dépôt de couches métalliques minces dans un four à électrodéposition sous vide. Celui-ci fait donc partie intégrante de la vis sans être intrusif puisqu’il ne mesure que 30 à 120 microns d’épaisseur. Pour générer le signal ultrasonore, on doit mettre en contact une sonde de mesure avec le capteur, celle-ci pouvant être amovible ou rester à demeure sur le boulon.
Principal fournisseur
AMG Intellifast GmbH
Ci-dessous un tableau résumant les principales caractéristiques, ainsi que les avantages et inconvénients, des différentes méthodes :
La mesure par ultrasons est une méthode qui fonctionnera aussi bien quel que soit l'assemblage : boulon classique (vis + écrou), vis dans un taraudage borgne ou débouchant, goujons, tiges filetées...
De plus, en termes d'intégration, l'espace nécessaire au contrôle est très faible (certaines sondes peuvent être réduites à une hauteur de 10mm environ, à placer au-dessus de la vis) : en règle générale, si vous êtes capable de passer une clé pour serrer la vis, vous serez capable de placer une sonde de mesure.
