Bride à joint à recouvrement en titane pour tuyauterie aérospatiale

Bride à joint à recouvrement en titane pour tuyauterie aérospatiale

Une bride à joint à recouvrement est composée de deux pièces qui remplissent deux fonctions. Le talon est soudé au tuyau et forme la surface d'étanchéité et la frontière de pression ; la bague de support se place derrière lui, supporte la charge des boulons et peut être tournée jusqu'à ce que les trous soient alignés. Dans une installation d'aéronef ou de support au sol, cette seule caractéristique permet d'économiser des heures, car un joint enfoui derrière un support peut être aligné en tournant la bague au lieu de forcer le tuyau. Elle ouvre également un choix de matériaux que les brides en titane pur n'ont pas : la bague n'est pas mouillée, elle peut donc être d'une nuance moins chère ou d'un alliage différent, tandis que la partie mouillée reste en titane.

Les deux pièces et leurs fonctions

Comme la bague ne touche jamais le processus, la frontière de pression est le talon seul. C'est pourquoi un assemblage à joint à recouvrement peut être classé à la même classe qu'un col de soudure tout en utilisant une bague plus fine et plus légère, et pourquoi la bague peut être remplacée sans couper le tuyau si un filetage ou un trou est endommagé.

Comparaison avec d'autres joints

La comparaison ne porte pas sur le joint le plus résistant abstraitement. Un joint à recouvrement est choisi lorsque l'assemblage doit être démonté, ou lorsque les trous de boulons ne peuvent pas être garantis alignés à l'atelier. Un col de soudure est choisi lorsque le joint sera réalisé une fois et jamais ouvert. La plupart des systèmes de support au sol aérospatiaux contiennent les deux, car la ligne est assemblée en modules et chaque module a un ou deux joints qui doivent être démontables.

Pourquoi la bague tourne, et pourquoi c'est important

Deux brides boulonnées ensemble ne se rencontrent que si les trous de boulons coïncident. Avec des brides fixes, cela doit être intégré dans le tronçon de tuyau, et un tronçon qui est décalé de quelques degrés devient un élément de retravail. Avec un joint à recouvrement, la bague est libre de tourner sur un cercle complet, de sorte que les trous sont alignés à la main lors de l'assemblage. La même liberté permet d'ouvrir et de refaire le joint sans perturber l'alignement du tuyau, ce qui explique pourquoi la conception survit dans les avions, les bancs d'essai et les équipements de support au sol où l'accès est médiocre et les temps d'arrêt coûteux.

Le prix de cette liberté est un jeu de fonctionnement entre l'alésage de la bague et le moyeu du talon. C'est une crevasse, et dans un environnement marin ou chimique, une crevasse est un site de corrosion. Dans la tuyauterie aérospatiale, le fluide est généralement du carburant, du fluide hydraulique, de l'azote ou de l'air, de sorte que la crevasse est une préoccupation mécanique plutôt que chimique, mais l'alésage de la bague et le moyeu doivent toujours être usinés avec un jeu qui permet la rotation sans que la bague ne se coince et ne charge le joint de manière inégale.

Soudage du talon

Le talon est soudé bout à bout au tuyau, de sorte que la soudure est un joint à pleine pénétration qui peut être radiographié ou inspecté par ultrasons. Le titane est soudé sous argon avec la racine purgée à un faible niveau d'oxygène, généralement inférieur à 100 ppm, et la soudure finie est décapée ou brossée pour éliminer l'oxyde coloré qui se forme si le blindage est perdu. Une teinte jaune paille ou bleue est acceptable dans certaines spécifications, une échelle violette ou grise ne l'est pas, et une surface blanche et écailleuse signifie que la soudure doit être retirée.

Pour les travaux aérospatiaux, la procédure de soudage est qualifiée et l'opérateur est certifié, l'apport de chaleur est contrôlé pour protéger le cas alpha, et le joint est inspecté par ressuage et radiographie avant que l'assemblage ne soit testé sous pression. Le talon est usiné avec une préparation de soudure qui correspond à la paroi du tuyau, et l'alésage est adapté au diamètre intérieur du tuyau de sorte qu'il n'y ait pas de marche pour le flux.

Matériaux et poids

Le talon est normalement de nuance Gr2 pour la résistance à la corrosion ou Gr5 lorsque la résistance et la température l'exigent. La bague peut être de la même nuance, d'une nuance inférieure ou d'un alliage différent, car ce n'est qu'une pince. Sur un skid aérospatial, cette décision vaut la peine d'être prise explicitement : une bague en titane sur un talon en titane est la plus simple et évite toute paire galvanique, tandis qu'une bague en acier ou en aluminium permet d'économiser des coûts et du poids mais nécessite une barrière pour éviter la corrosion de contact dans un environnement humide.

Avec 4,51 grammes par centimètre cube, le titane a environ 57 % de la densité de l'acier, et la géométrie du joint à recouvrement supprime le moyeu lourd dont un col de soudure a besoin. Le résultat est un joint qui pèse moins que le col de soudure qu'il remplace tout en conservant une surface mouillée en titane, ce qui est exactement la combinaison que les spécifications de tuyauterie aérospatiale recherchent.

Tolérances et inspection

Un joint à recouvrement est jugé sur quatre dimensions : l'équerrage de la face du talon par rapport à l'alésage, la rugosité de la face, le jeu de l'alésage de la bague et la position des trous de boulons. La face est usinée à 3,2 à 6,3 micromètres Ra pour un joint spiralé, la bague est vérifiée pour sa planéité afin qu'elle ne se coince pas sous charge, et le motif des trous est vérifié sur une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) par rapport à la norme ANSI B16.5 ou au dessin. Les numéros de coulée sont estampillés sur la bague et enregistrés sur le certificat, et l'assemblage est testé hydrostatiquement à 1,5 fois la pression nominale lorsque la spécification l'exige.

Pour les clients aérospatiaux, le dossier de documents comprend généralement le certificat matière selon ASTM B381, le dossier de traitement thermique, la qualification de la procédure de soudage et de l'opérateur, les rapports de ressuage et de radiographie, et le rapport dimensionnel. Il est utile de convenir de cette liste au stade de la demande, car un certificat qui doit être réémis après expédition coûte plus cher que la bride.

Notes d'installation

Placez la bague sur le talon avant le soudage, pas après, et vérifiez qu'elle tourne librement avec le talon en place. Adaptez le joint à la face du talon, pas à la bague, car la bague ne scelle pas. Serrez en étoile en au moins deux étapes, et vérifiez le joint à la pression de fonctionnement. Le titane se grippe sur le titane, donc les goujons portent un composé anti-grippage, et lorsque la bague est d'un alliage différent, une rondelle isolante empêche le couple de contact dans le joint.

Commande d'un assemblage à joint à recouvrement

Spécifiez la taille et le programme du tuyau, le type de talon, la classe, le type de face, la nuance du talon et de la bague, la finition de surface et le niveau d'inspection. Par exemple : bride à joint à recouvrement ANSI B16.5 Classe 300, NPS 2, talon Schedule 40S en Gr2, bague en bronze aluminium, face surélevée, radiographie sur la soudure, certificat 3.1. Indiquez si la bague doit tourner librement après assemblage, car cela détermine le jeu de l'alésage et la tolérance d'usinage.

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