Assemblages - Rivetages et étanchéité

Rivetages et étanchéité.

Rivetages :

Généralités :

Il est nécessaire en chaudronnerie et en construction métallique de faire des assemblages permanents (non démontable), rigides et même parfois étanches. Les rivets, qui remplacent dans ces cas avantageusement les boulons et les vis, sont constitués par une tige cylindrique dont une extrémité présente une tête et l'autre, écrasée après montage, est façonnée, elle aussi, en forme de tête appelée rivure.

Classification et normalisation :

La forme des têtes et leurs dimensions sont fixées par les noms NF E 27-151-152-153 et E 27-501. Il existe également une série réduite RM pour le diamètre de 12 à 45. 

D'autres rivets creux tubulaires, fondus, entaillés sont aussi normalisés. Les diamètres sont pris dans la série des diamètres S.I (Système International) sauf 1,5 au lieu de 1,6.

L'assemblage par rivetage :

Les rivets se font :

• en acier très doux: ADx, A 33-3e, A 372-b ;

• en cuivre: U9, U-236 ;

• en aluminium: A5, A-G5, A-U46 ;

• en acier spécial: Z8 CN 18 08.

La tête est préparée à l'avance par matriçage; la rivure est façonnée après montage à froid pour les diamètres plus petits que 12, à chaud, au rouge cerise, pour les autres. Le rivetage s’opère au moyen de deux outils: la bouterolle et la contre-bouterolle, qui représentent en creux la forme à donner aux têtes. Les rivures peuvent être rondes, fraisées, coniques, goutte de suif. 

Le diamètre du logement du corps est égal au diamètre du rivet d + d/20 pour faciliter la pose. 

La longueur normale du rivet est égal au serrage S augmenté d'une hauteur h correspondant au volume de métal nécessaire pour former la tête et combler le jeu existant entre le corps et son logement. Les longueurs normalisées sont prises de préférence dans la même série que les boulons en ajoutant les longueurs 32 et 38. Elles varient donc :

• De 1 en 1 jusqu'à l = 11 ;

• De 2 en 2 jusqu'à l = 22 ;

• De 3 en 3 jusqu'à l = 28 ;

• De 5 en 5 au dessus de 30.

Le rivetage s'exécute soit à la main, soit à la machine, par choc (riveteuse pneumatique ou à vapeur), ou par pression (riveteuse hydraulique). Cette dernière fait un travail rapide régulier, et n’écrouit pas le métal. 

La norme E 27-501 prévoit d'autres rivets utilisés dans certaines industries (carrosserie, sellerie automobile, etc.) dont le corps est évidé ou de forme spéciale permettant un montage simple, rapide et parfois démontable.

Calculs des assemblages :

En principe, le River ne doit pas travailler au cisaillement transversal. C'est l’adhérence des tôles, énergiquement appliquées l'une contre l'autre par le retrait du rivet, qui assure la rigidité de l'assemblage.

Le diamètre du rivet est égal à d = 1,5 à 2e. e étant l'épaisseur de la plus forte tôle ou du profilé le plus épais.

Les assemblages des tôles en prolongement se font à recouvrement avec un couvre-joint d'épaisseur e1 = e, avec deux couvre-joints e1= e/2 +1. La rivure (mode de répartition des rivets), se fait en carré ou en quinconce.

Le pas p est la distance qui sépare deux rivets consécutifs sur la ligne de rivure qui en a le plus. Il se calcule en isolant une bande de métal ABCD et en écrivant que sous l'action d'une force F de traction, la résistance au cisaillement des rivets est égale à la résistance à la rupture par traction de la tôle.

F = n.(πd²/4).Rg  =   (p – d)e.Re.

n : nombre de section de River travaillant.
D’où :

p = n.(πd/4)+d, en prenant e = d/2  et  Rg = Re/2.

Pour n = 1 ou 2, les rivets sont très près les uns des autres. Or, pour des raisons d'encombrement, p doit être supérieur à 2d.

Pratiquement, on peut prendre en construction métallique :

• Pour un couvre-joint et une ligne de rivets: n = 1, p = 2d ;

• Pour un couvre-joint et deux lignes de rivets: n = 2, p = 3d  ;

• Pour deux couvre-joints et une ligne de rivets: n = 2, p = 3d ;

• Pour deux couvre-joints et deux lignes de rivets: n = 4, p = 5d ;

• Pour un recouvrement est trois lignes de rivets: n = 3, p = 3,5d ;

• La pince est la distance qui sépare un rivet du bord de la tôle a = 1,5 à 2d ;

• L'écartement est la distance qui sépare deux lignes de rivets.

En charpente métallique :

b = 3d + 20 (rivure carrée) ;
b = 2,5d + 18 (rivure en quinconce).

En chaudronnerie où la rivière doit être résistante et étanche, on prend :

d = Ö50e  - 4  «la racine carrée de 50e» ;              p = 3d ;                b = 2,5d

Dans les assemblages de profilés, le diamètre des rivets est pris égal à Ö50e  - 4 et le pas p = 4 à 6d.

Pour les cornières de grandes dimensions, on emploie deux lignes de rivets.

Étanchéité :

La conservation, la circulation, l'utilisation des fluides (huile, eau, vapeur, essence, etc.) posent un problème particulier, l'étanchéité qui consiste à empêcher les fuites qui sont à craindre dans les liaisons, le long des surfaces de contact.

Facteurs dont dépend la solution des problèmes d'étanchéité :

L'échappement du fluide dépend :

• De sa nature, son déplacement est en effet fonction de sa légèreté (gaz) et de sa viscosité (résistance opposée par les molécules d'un liquide à leur déplacement relatif).  
  L'essence, l'alcool s'infiltrent ou l'eau par exemple passe difficilement.
  
  
• De sa pression, pour passer d'une enceinte à l'extérieur, il faut que la pression soit supérieure à la pression atmosphérique.
  Un milieu en dépression voit au contraire l'air extérieur pénétrer. Plus la différence de pression des deux milieux est grande, plus les risques de fuites sont importants.
  
  
• De sa température, la viscosité des fluides diminue avec l'augmentation de leur température, tandis qu'à volume constant la pression augmente, ce qui favorise dans les deux cas leur écoulement.
  
  
• Du jeu existant entre les surfaces de contact.
  L'assemblage des pièces ne peut se faire sans jeu surtout si l'une d'elles est mobile par rapport à l'autre. C'est par ce jeu que le fluide s'échappe. Plus il est grand, plus la fuite est importante.
  
  
• Du fini des surfaces de contact, ces dernières bien que usinées présentent des aspérités dues aux vibrations et l'avance des outils pendant l'usinage. Leur contact est donc imparfait, de plus des particules de poussières se déposent entre elles et viennent également favoriser la création d'interstices par où s'échappe le fluide. Il faut donc rechercher des surfaces polies et aussi réduites que possible.

Étanchéité des liaisons fixes :

Pour assurer la parfaite concordance de deux surfaces de liaisons fixes, deux moyens différents sont utilisés.

·     Création de surfaces de contact idéales, géométriques, polies et réduites :

ü  Cône sur cône : étanchéité absolue ;

ü  Cône sur sphère : contact linéaire circulaire ;

ü  Cône sur plan : Portée couteau ;

ü  Surfaces ogivales : Contact linéaire circulaire.

 

·       Par l'emploi d'une matière élastique intermédiaire, sorte de rondelle de faible épaisseur (1 à 2 mm) appelée «joint».
Elle s'interpose dans les portées planes entre les deux pièces. Au serrage, le joint est écrasé, les aspérités pénètrent plus ou moins dans la matière élastique. L'étanchéité est assurée. Le seul inconvénient réside dans la possibilité de voir le fluide attaquer chimiquement la rondelle on emploie :

 

ü  La fibre, le cuir et le caoutchouc pour l'huile, l’essence, l’eau froid et les gaz ;

ü  Le plomb pour les conduites souterraines ;

ü  L'amiante, les fils et les feuilles de cuivre ou de laiton pour les gaz chauds ;

ü  Les rondelles métalliques ondulées pour tous les fluides non corrosifs ;

ü  Des mastics spéciaux, plastiques sont utilisés par les plombiers ;

ü  Les filetages sont rendus étanches par enrobage des filets avec de la filasse imprégnée de mastic.

Étanchéité des guidages :

Dans les déplacements en translation (tige de piston) ou en rotation (arbre de pompe centrifuge), un jeu fonctionnel est indispensable, j = 2 à 10 centièmes de millimètres. Il permet en outre la dilatation des pièces avec la température.

L'étanchéité n'est donc jamais absolue. Les solutions employées pour l'améliorer consistent à utiliser des garnitures souples entourant la pièce mobile est serrées contre elles par un dispositif: le presse-garniture. La pression est donnée au moyen de grain et de contre-grain en bronze qui écrase la garniture contre la pièce mobile, qui rode ainsi son passage dans une matière plastique et grasse.

La garniture peut être végétale, feutre, étoupe, coton, chanvre tressé, suiffé et déposé en anneaux superposés.

Elle peut être également métallique, fil de cuivre ou de laiton tressé, métal mou à base de plomb.

Pour les hautes températures, on emploie l'amiante et des bagues en graphite aggloméré.

Un dispositif de graissage est souvent ajouté dans le but de diminuer le frottement des surfaces mobiles.

Dans les pompes, l'étanchéité est réalisée par des garnitures en cuir embouti, porté soit par le piston, soit par le cylindre.

Enfin, dans les cylindres de moteur, pour tenir compte des dilatations, on emploie des segments superposés, en fonte douce, rendus des élastiques par une coupure, logés dans des rainures des pistons et frottant en permanence, par élasticité, contre la paroi intérieure des cylindres.