Fonction d’un joint métallique flexible



Dynamique des joints

La performance d’étanchéité des joints métalliques flexibles repose sur l’application d’une charge de contact spécifique relativement élevée entre le joint et la surface d'ajustement. Cette charge linéaire ou d'appui est générée par la réaction du joint d’étanchéité (avec ou sans ressort) contre la déformation suite à sa compression contre une gorge d’emboîtement déterminée.

Le graphique représente les caractéristiques de compression et décompressiond'un joint de type C à ressort. La courbe "A-B-C" indique la charge linéaire croissante en fonction du taux de compression tandis que la courbe "C-D-E" représente la réduction de charge linéaire lors de la séparation des brides de joint et de la diminution de la compression.

La courbe montre une déformation plastique du joint métallique. Le point "B" de la courbe de compression est le point de transition entre déformation élastique et plastique. Dans cet exemple, pratiquement 80% de la charge linéaire max. sont atteints. Le point "C" indique le point de compression maximale (gorge d'emboîtement min.). Les joints métalliques doivent être comprimés à environ 20% car une compression plus importante est susceptible d'induire une rupture du joint.

La reprise élastique totale se situe entre le point "C" et le point "E". En règle générale, la reprise élastique varie entre 4 et 6% de la section transversale d'origine du joint. Il est clair que dès que la séparation de bride équivaut à la reprise élastique, la charge d'appui tombe à zéro. La performance du joint sera alors fortement douteuse. Dès lors, il est vivement conseillé de concevoir la bride et les boulons de sorte que la rotation de la bride à l'emplacement du joint soit inférieure à 1/3 de la reprise élastique totale. Cette dernière correspond à la partie verte de la courbe de décompression.

En vue d'un fonctionnement sécurisé, le joint doit être maintenu dans la partie verte (ligne C-D) de la courbe de décompression. En fonction du nombre de variables, il sera peut-être nécessaire de déplacer le point "D" vers le haut, c'est-à-dire de réduire la reprise élastique utile.

Contrainte d'appui

La ligne de contact initiale entre le joint et la surface d'ajustement augmente graduellement selon le taux de compression afin de former une empreinte. La largeur de l'empreinte dépend du type de joint, de la section transversale et du taux de compression de ce dernier. La contrainte d'appui correspond à a charge linéaire divisée par la largeur de l'empreinte.

Les charges linéaires varient entre 20 N/mm et plus de 500 N/mm de circonférence. La largeur du joint ou l'empreinte varie de moins d'1 mm à environ 3 mm pour les joints de section transversale plus importante. Sur la base de cet élément, la contrainte d'appui varie entre un minimum de 30 MPa à plus de 150 MPa. En présence d'un ressort à usage intensif, la contrainte d'appui peut être augmentée à plus de 300 MPa.

Une contrainte d'appui élevée est nécessaire afin de faire en sorte que le placage ou le revêtement choisi s'intègre aux irrégularités des brides et rende ce faisant tous les chemins de fuite étanches.









Sélection des joints

Un placage ou revêtement spécifique sera sélectionné en fonction de l'étanchéité souhaitée, du fini de surface de la gorge et du fluide utilisé. Pour un placage ou revêtement plutôt mou, la charge d'appui d'un joint de type C à faible charge peut suffire afin de créer la contrainte nécessaire pour que le matériau de placage s'intègre aux irrégularités. Face à une température plus élevée ou lorsque d'autres conditions de fonctionnement imposent d'utiliser un placage plus dur, un joint à ressort est susceptible de constituer un choix judicieux.

En tout état de cause, il est toujours conseillé de sélectionner la section transversale la plus grande possible pour un diamètre donné. Ce faisant, la reprise élastique utile est toujours la plus grande, ce qui permet un fonctionnement au sein de la plus vaste tolérance possible pour ce diamètre donné (ligne C-D du graphique en page 6) ce qui crée une solution d'étanchéité plus robuste. Une reprise élastique plus importante permet une rotation de bride plus importante en raison de charges internes ou externes.

Sélection du matériau

L'application ainsi que les spécifications déterminent le matériau à utiliser. En général, les alliages fortement alliés de nickel sont toutefois le plus fréquemment utilisés pour les joints de type C et les joints de type C à ressort. L'acier inoxydable à haute résistance ainsi que les alliages fortement alliés de nickel sont des matériaux utilisés pour les joints toriques métalliques.

Conceptions non standards

Les joints métalliques flexibles doivent souvent fonctionner sous des conditions extrêmes. Les solutions standards figurant dans le catalogue ne répondront peut-être pas toujours à ces exigences.

Dans le cas où l'application exige des propriétés de joint allant audelà de la portée des conceptions standards, HTMS est en mesure de développer un joint qui possède les propriétés physiques nécessaires.

Une étroite collaboration avec certaines universités ainsi que des fournisseurs de matériaux permet à HTMS d'optimiser les caractéristiques de ses joints.

Placage – Revêtement

Grâce à son équipement moderne de pointe, HTMS fournit des services de placage et de revêtement de premier ordre. Notre installation de placage en interne assure le placage à l'or, à l'argent, au cuivre, au nickel et à l'étain. HTMS exploite également une installation de revêtement permettant d'appliquer du PTFE sous forme de couche molle sur la surface d'ajustement du joint.

L'épaisseur de placage ou de revêtement caractéristique pour les joints est de 50 microns. En adhérant au matériau de base, cette couche s'intégrera aux aspérités de la surface de la gorge une fois soumise à la contrainte d'appui. Les matériaux plutôt mous comme l'étain et le PTFE nécessitent une contrainte d'appui moins importante que l'argent ou l'or par exemple. Le nickel étant un matériau de placage relativement dur, il exige la contrainte d'appui la plus élevée.

Un placage à base de métal mou peu atteindre une étanchéité He de 10-10 Pa.m³/s. Un revêtement en PTFE présentera une limite de 10-6 Pa.m³/s en raison de la porosité du PTFE à l'hélium.