Les assemblages et raccords boulonnés, qui servent à fixer ensemble deux ou plusieurs pièces, sont très courants dans les équipements mécaniques. Pour de nombreuses applications, il est extrêmement important d’assurer au niveau des boulons un effort de tension de serrage précis et homogène, ce qui requiert des outils et des méthodes de serrage adaptés.

Les produits Hydrocamde SKF constituent une gamme écono–mique de tendeurs hydrauliques de boulons conçue pour assurer un serrage sûr et précis des assemblages boulonnés. Cette gamme a été développée par le département SKF Techniques de Serrage Industriel (qui fait partie de l’organisation SKF Linear Motion & Precision Technologies) et se trouve en France, à Montigny-le -Bretonneux, près de Paris.

Le tendeur de boulon permet d’appliquer au boulon ou goujon un effort axial prédéterminé. L’effort appliqué est calculé de manière à assurer dans le boulon ou goujon, après relâchement de la pression, la précharge résiduelle de serrage souhaitée.

La jonction par boulonnage, généralement considérée comme un moyen simple et sans problème de former un assemblage, pose en réalité des problèmes insoupçonnés et est souvent soumise à des conditions difficiles.

Les méthodes traditionnelles de serrage au couple par clés manuelles ou clés dynamométriques présentent des limites car elles ne permettent pas de connaître avec précision la tension de précharge car les coefficients de frottement dans le filetage et au niveau des surfaces de contact varient constamment et sont impossibles à définir avec exactitude. L’utilisation de ces méthodes ne permet pas d’obtenir d’homogénéité de serrage puisqu’il n’est pas possible de reproduire exactement les mêmes conditions de serrage à chaque fois.

De plus, le serrageau couple, en dehors de la grande dispersion dans la précharge de serrage, génère des contraintes de flexion et surtout de torsion qui, combinées à la contrainte de traction, entraîne un niveau général de contrainte dans le boulon qui peut être très élevé.

Des méthodes de dimensionnement peu précises sont souvent utilisées au stade de la conception. Il s’ensuit généralement un surdimensionnement des composants, qui au lieu de garantir les performances de l’assemblage, a plutôt tendance à compromettre la sûreté générale. De nombreuses études ont montré que les défaillances d’assemblages boulonnés sont principalement dues à une mauvaise conception et/ou à une mauvaise mise en œuvre. Les risques d’erreur ne se situent pas seulement au niveau de l’analyse initiale, du calcul des efforts et des contraintes, de l’établissement des plans d’assemblage et de la sélection des matériaux et des composants, mais aussi au niveau de la mise en œuvre, dans le choix de la méthode et de l’outil de serrage, de la procédure et du contrôle.

Les mauvaises conditions de serrage représentent, de loin, la principale cause des défaillances : 30 % de l’ensemble des défaillances d’assemblage sont dus à un serrage défectueux ou irrégulier et, dans les cas de fatigue, c’est 45 % des incidents qui sont imputables aux mauvaises conditions de serrage.

Le serrage par tendeur hydraulique permet de développer un effort axial assurant un serrage optimal et maîtrisé, réduisant les risques de desserrage et de cisaillement en charge. Avec les tendeurs, il est possible d’utiliser efficacement les caractéristiques mécaniques des pièces d’assemblage et, ainsi, de diminuer la fatigue du boulon soumis à une charge dynamique. De plus, ils assurent une très bonne répétabilité du processus de serrage.

Au départ,cette gamme Hydrocam a été créée chez SKF pour résoudre les problèmes rencontrés lors du serrage des roulements d’orientation. Les ingénieurs SKF ont en effet remarqué qu’une distribution irrégulière de la précharge de serrage des boulons de fixation des bagues réduisait nettement la durée de vie des roulements.

L’utilisation des tendeurs Hydrocam est très simple et permet d’éviter un mauvais montage.

On place d’abord une douille autour de l’écrou du boulon à serrer. Le tendeur hydraulique annulaire est ensuite mis en place et on visse l’écrou de réaction ou tirant sur l’extrémité dépassante du boulon. Une pression hydraulique est appliquée pour mettre le boulon en tension. Lorsque le niveau de pression (et de charge) requis est atteint, l’écrou du boulon est accosté sans forcer sur la face à serrer à l’aide d’une broche. Enfin, la pression est relâchée et le piston est repoussé. L’effort passe alors sur l’écrou du boulon et la précharge de serrage est ainsi ob­tenue sans générer de frottement et sans contrainte de torsion. Avec le tendeur, le démontage s’opère avec la même facilité.

L’utilisationdu tendeur hydraulique pour le serrage des boulons présente notamment les avantages suivants :

• exactitude et bonne maîtrise de la précharge de serrage ;
• possibilité d’application d’une précharge de serrage proche de la limite élastique du boulon ;
• possibilité de serrage simultané partiel ou total ;
• grande facilité et grande sécurité d’emploi ;
• possibilité d’adapter tout niveau d’automatisme souhaité ;
• utilisation sur des boulons et écrous de tous types de matériaux (acier, inox, titane, composite etc.) ;
• respect de l’intégrité des composants de l’assemblage ;
• possibilité de réduction et d’optimisation du diamètre des boulons ;
• meilleur comportement à la fatigue.

La gamme SKF Hydrocam est utilisable sur un grand nombre d’applications et est à même de serrer des boulons de 5 à 500 mm de diamètre. Les tendeurs peuvent utiliser différents fluides hydrauliques, l’huile ou l’eau, et fonctionnent généralement à des pressions de l’ordre de 1 500 bars mais qui peuvent atteindre 2 000 bars si nécessaire.

La gamme standard est étudiée pour permettre le serrage de boulons de 20 à 150 mm, développant des efforts de tension jusqu’à près de 4650 kN. SKF peut également procéder à des adaptations des tendeurs standards ou concevoir et fabriquer des tendeurs spéciaux pour satisfaire les exigences spécifiques des clients.

On peut utiliser les tendeurs de boulons pratiquement partout.

Des produits standards, adaptés ou spéciaux sont déjà en utilisés depuis longtemps dans de nombreux domaines d’application, en particulier les travaux publics, les éoliennes, les moteurs diesel, l’aéronautique et l’industrie nucléaire.

Pour les travaux publics, le tendeur de boulons SKF facilite le travail de serrage initial et les contrôles de maintenance surtout quand l’accès est difficile comme, par exemple, pour le serrage des boulons des clamps des câbles porteurs de ponts suspendus.

Dans le cas des éoliennes, le tendeur permet aussi de garantir la haute performance et la fiabilité des mécanismes, de faciliter la maintenance tout en assurant un serrage initial rapide et précis. Ce dernier point est d’autant plus important que les assemblages des éoliennes comportent un grand nombre de boulons, notamment au niveau des roulements d’orientation. SKF propose des équipements de serrage simultané pour le travail en atelier et des outillages compacts, légers et d’utilisation très rapide pour les interventions sur site.

Dans les moteursdiesel, les assemblages boulonnés sont soumis à de fortes sollicitations mécaniques par les efforts centrifuges, mais surtout lors de la compression et de l’explosion des gaz. Ceci génère des vibrations d’un niveau plus important que pour un moteur à essence. Le moteur diesel doit donc être plus rigide et plus résistant.

Dans l’aéronautique, le tendeur hydraulique est utilisé pour serrer de petits boulons avec une très grande précision, permettant en plus de précieux gains de temps dans les opérations d’assemblage. De plus, le fait de pouvoir tirer un parti maximal des propriétés mécaniques des matériaux peut permettre des réductions de poids non négligeables.

C’est dans l’industrie nucléaire que l’on trouve le plus d’équipements de serrage simultané et où le degré d’automatisation est le plus poussé. La machine entièrement automatique de serrage et desserrage simultané des goujons de cuve de réacteur développée par l’équipe TSI en est l’exemple le plus typique. Cette machine est commandée à distance à partir du plancher du bâtiment du réacteur et en fond de piscine à proximité du réacteur. Les temps d’intervention et la dosimétrie sont réduits de façon spectaculaire.

Pour permettre de fournir aux tendeurs et autres équipements hydrauliques la haute pression requise, SKF propose toute une gamme de pompes manuelles, hydropneumatique ou électro-hydrauliques, ainsi que les flexibles tuyaux et raccords nécessaires. En plus des tendeurs de boulons, SKF propose également toute une gamme de rondelles instrumentées permettant le suivi périodique ou permanent des efforts passant dans la boulonnerie pour une maintenance conditionnelle effective et efficace des assemblages boulonnés, même en service.