Mesurer la tension d’assemblage dans vos boulons !

Une de vos problématiques réside dans la maitrise de la tension d’assemblage dans vos boulons et vous souhaitez aller au-delà d’un simple contrôle visuel, alors vous avez sûrement surfé le net pour trouver des moyens de mesure. C’est ce que j’aurais fait à votre place !

En complément de ce que l’on peut trouver sur la toile, je vous propose une vision personnelle de certaines méthodes de mesure et des moyens associés.  Le but étant bien de mesurer la tension d’assemblage dans les éléments de serrage tels que vis, boulons, tirefonds, tirants, goujons…

En effet, je travaille avec une société impliquée dans ce domaine et cela m’amène à m’intéresser aux sociétés concurrentes soit directement parce que leur produit utilise la même méthode de mesure soit indirectement parce que la méthode est différente. Ainsi donc, voici quelques moyens qu’il me semble intéressant de connaitre, accompagnés de noms de fournisseurs potentiels.

A/ Méthode indirectement concurrentes

1 – Cellule de charge

Cellule-FutekPrincipe :
Méthode la plus classique et la plus couramment utilisée. Le principe est basé sur les ponts de jauges à déformation utilisant la propriété qu’ont certains matériaux de voir leur conductibilité varier lorsqu’ils sont soumis à des contraintes, pressions ou déformations (piézorésistance). Pour plus de détails, je ovus invite à consulter Wikipedia. Dans la pratique, pour mesurer la tension d’assemblage, il faut intégrer la cellule sous la tête de vis, l’écrou ou la rondelle.

Avantages :
Installation rapide, mesure 3 axes, câblés sur des boitiers Beanair, ils peuvent être utilisé pour faire de la mesure sans fil

Inconvénients :
Modifie la géométrie de l’assemblage en rajoutant une épaisseur

2 – Vis instrumentées avec jauges

Principe :
Il est le même puisque des jauges de déformation sont utilisées pour la mesure de la tension d’assemblage. Mais l’effet mécanique utilisé est celui des vis puisque les jauges font corps avec celle-ci. Il faut donc prévoir une implantation à un endroit de la vis représentatif des déformations à mesurer. Dans les implantations possibles, les photos ci-dessous montrent un montage extérieur (image de gauche) et un montage à l’intérieur, dans la fibre neutre de la vis

Avantages :
Mesures possibles en torsion, flexion, traction

Inconvénients :
Intrusif, modifie la valeur max de résistance à la traction, temps et coût de préparation

Vis-instrumentées-Lescate-PM

3 – Vis instrumentées avec fibre optique

Principe :
Une fibre optique est insérée dans le corps du boulon de sorte qu’elle forme un réseau de Bragg. Le signal optique généré avec une grande précision est lié à la pré-charge. Le signal optique est converti en signal électrique sur la sortie placée au niveau de la tête de vis. Ce signal est transmis au système de mesure final pour obtenir la tension d’assemblage. Le fournisseur cité propose également des produits sous forme de disques équipés de fibre optique pour le même type de mesure.

Avantages :
Précision, peu sensible aux CEM, fonctionne en conditions extrêmes

Inconvénients :
Intrusif, temps et coût de préparation

B/ Méthodes directement concurrentes : mesure par ultrason

Les avantages et inconvénients sont listés dans le tableau comparatif en fin de chapitre

1 – Sonde de mesure et liquide couplant

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.

2 – Vis instrumentées avec capteur piézoélectrique collé

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.

3 – Vis instrumentées avec capteur permanent

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. Le seul fournisseur proposant cette solution technologique est Intellifast GmbH

Tableau des avantages et inconvénients des méthodes pas ultrason

En espérant que cet article vous aura ouvert à d’autres types moyens permettant de MESURER la tension d’assemblage dans les produits boulonnés. Ci-après un lien vers un memento de visserie/boulonnerie pour comprendre certains aspects théoriques sur les assemblages vissés TECHNOCALCUL.

Jean-Philippe GODIN

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