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Les fixations vissées au coeur de la sécurité

La rédaction
Base de la mécanique, les assemblages vissés sont au coeur de la sécurité de nombreux équipements et structures. Leur conception, leur mise en oeuvre et leurs contrôles sont régis par plusieurs normes et recommandations récentes. L'expérience s'avère indispensable pour garantir la qualité des produits et des process.

Les assemblages vissés étant très populaires, ils sont fréquemment considérés comme banals. Ce qui ne dispense en aucun cas, pour obtenir avec certitude un assemblage fiable, de maîtriser l'ensemble de la chaîne, avec un niveau d'exigence équivalent à celui qui préside au choix, à la mise en place et au contrôle des pièces de structure. Cela implique d'opter pour des éléments de fixation de qualité, qui doivent respecter des caractéristiques mécaniques normalisées, de bien choisir la nature de la liaison et de la concevoir avec soin, de contrôler sa mise en place en s'assurant de sa reproductibilité et d'anticiper et de contrôler sa résistance à l'usure dans le temps.

1. FIXATION - Le choix des éléments est déterminant

Un assemblage fiable passe par le choix d'éléments de fixation (vis, écrous, rondelles) adaptés, en fonction de leur résistance aux sollicitations mécaniques envisagées et de leur environnement d'utilisation. On distingue en particulier les éléments de fixations en acier au carbone et alliés, les plus répandus, et ceux en acier inoxydable, généralement utilisés pour leur tenue en corrosion, voire en température.

Dans le domaine des vis pour la mécanique, l'utilisation d'aciers trempés ayant des résistances à la rupture allant de 800 à 1 200 N/mm2 représente la majorité des cas. Ces résistances sont normalisées suivant l'ISO 898-1 pour les aciers et l'ISO 3506-1 pour les inox, qui définit l'ensemble des caractéristiques requises (pas moins de 19 critères pour une « simple » vis). Elles sont facilement identifiables par le marquage obligatoire, qui fait figurer sur la tête de la vis deux nombres permettant de calculer la résistance à la traction et la limite d'élasticité (Fig. 1).

En complément de la résistance à la rupture, la limite d'élasticité et la ductilité sont en effet des caractéristiques importantes. Pour la grande majorité des serrages, la limite d'élasticité n'est pas dépassée, afin de minimiser les risques de sur-serrage. La ductilité, soit l'allongement permanent après rupture, définit la capacité à se déformer dans le domaine plastique, donc la non-fragilité du produit.

Il convient de choisir la nuance d'acier en fonction de la sévérité de l'environnement en veillant à exploiter, lors du serrage, les caractéristiques mécaniques des classes sélectionnées. En effet, les classes de qualité élevées étant d'une manière générale plus sensibles à l'environnement et à la fatigue, il est préférable d'utiliser par exemple une classe 8.8 « bien serrée » (au-delà de 70 % de sa limite d'élasticité) que de « sous serrer » une classe 12.9.

Pour le cas d'assemblages sollicités un grand nombre de fois, il faut prendre en compte la tenue en fatigue, souvent assez limitée pour les vis (environ ÷ 50 N/mm2 pour des vis en acier), notamment du fait de l'entaille générée par la forme du filetage. Ce ne sont donc pas les caractéristiques en fatigue des visseries qui conditionnent leur tenue, mais leur serrage et la conception de l'assemblage.

Les caractéristiques mécaniques des écrous sont définies comme celles des vis pour les aciers au carbone et alliés suivant l'ISO 898-2 et suivant l'ISO 3506-2 pour les aciers inoxydables. Les écrous sont identifiés suivant des classes de qualité. Pour obtenir un assemblage robuste et sans risque d'arrachement du filetage, on utilise un écrou de résistance équivalente à celle de la vis (écrou de classe 10 avec une vis de classe 10.9).

Dans les cas où des jeux importants sont requis dans le filetage, en particulier pour l'utilisation de certains revêtements, il est recommandé d'utiliser des écrous ayant des hauteurs supérieures ou égales à 0,9xd (d : diamètre nominal de la fixation), soit des écrous de « style 2 » (suivant l'ISO 4033).

Enfin, l'utilisation d'une rondelle permet principalement de ne pas détériorer la surface de la pièce serrée et de maîtriser le frottement entre l'élément tournant (tête de vis ou écrou) et la rondelle lors du serrage. Les rondelles ne présentant pas de marquage, l'identification de leur résistance est plus délicate. Néanmoins, afin d'obtenir une liaison vissée robuste et fiable, il est impératif d'utiliser des rondelles ayant une résistance et donc une dureté équivalente aux autres éléments de fixation. Les caractéristiques de dureté minimale des rondelles sont définies dans la norme NF E 25-030-1.

Les caractéristiques mécaniques des pièces serrées, comme celles des éléments de fixation, doivent être identifiées. Elles permettent par exemple de constater la nécessité d'utiliser une rondelle. La définition précise de leurs interfaces et de leurs éventuels taraudages peut être essentielle pour la fiabilité de l'assemblage.

Il faut également prendre en compte l'état de surface (défaut de forme et rugosité) des interfaces et la présence de revêtement ou de peinture générant des problématiques de perte d'effort de serrage par tassement, fluage et relaxation.

Les taraudages[…]

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