Montage de tuyaux par joints à brides

L'étude sur les raccords vous a permis d'en connaître tous les types. Vous vous souvenez sans doute des raccords à brides, qui sont généralement utilisés pour les conduites de grands diamètres.

Dans cette étude, qui traite du montage des tuyaux par joints à brides, vous apprendrez les principaux types de brides, leurs classes, les différents modèles de faces, le montage des brides et enfin la technique de serrage.

Le montage des tuyaux par joints à brides existe depuis fort longtemps et est particulièrement utilisé dans les grandes industries, tels les moulins à papier, les usines d'aluminium, les usines de filtrations et autres.

C'est effectivement dans ces usines que l'on retrouve principalement des canalisations de grands diamètres. La figure suivante montre un exemple de système dans une usine de filtration.

Système d'une usine de filtration :

Vous remarquerez qu'on peut démonter et remonter ces canalisations avec des outils plus petits que ceux qu'on utilise pour des joints filetés (raccords) de mêmes grosseurs.

Il existe plusieurs types de brides, fabriquées de différents matériaux, pour répondre le plus adéquatement possible aux besoins des brides filetées et des brides à souder dans des matériaux comme :

        - l'acier carbone,

        - la fonte malléable,

        - le bronze,

        - l'acier inoxydable,

        - les alliages d'acier.

On présente, à la figure suivante, les principaux types de brides utilisées pour les systèmes de tuyauterie industrielle.

Principaux types de brides :

Chaque type de bride appartient à une classe selon la norme ANSI (norme américaine), variant de 150 à 2 500 lb par pouce², la pression maximum de service admissible. La différence d'une classe à l'autre se situe sur le plan des dimensions, qui sont plus grandes.

La figure suivante offre l'exemple des dimensions des brides filetées dans les classes 150 et 300. Remarquez particulièrement les dimensions, dans les deux classes, pour un diamètre nominal de 1 pouce.

Dimensions des brides filetées dans les classes 150 et 300 :

Les joints à brides peuvent présenter trois types de faces standard utilisées pour les canalisations industrielles. 

La figure suivante présente ces trois types de faces de joints à brides standard.

Types de faces de joints à brides standard :

        - Joint à face plate, pour les canalisations à basse pression (pression de service admissible = 10 bars environ (10 kgf/cm²). 

        - Joint mâle et femelle, pour les conduites subissant une pression de service de 20 bars environ (10 kgf/cm²). Le raccordement des faces permet un alignement automatique. Ils conviennent en outre très bien pour les services à pression intermédiaire.

        - Joint annulaire, le plus approprié pour les températures et les pressions élevées. Ce type de joint s'aligne automatiquement et est réutilisable à moins d'être endommagé. Le joint annulaire est normalement fabriqué en acier doux, mais il existe aussi dans d'autres matériaux.

Depuis plusieurs années déjà, la majorité des usines qui possèdent des systèmes de tuyauterie subissant de hautes pressions et des températures élevées utilisent le joint d'étanchéité semi-métallique, lequel est présenté à la figure suivante.

Types de joints semi-métalliques :

Ce type de joint, reconnu pour son efficacité, est très populaire auprès des utilisateurs. Il est constitué d'une série de lamelles circulaires en acier inoxydable, en forme de "V", dans lesquelles sont insérés des métaux comme l'amiante, le graphite flexible, etc. Ces métaux créent l'étanchéité par leur expansion et offrent en plus une excellente flexibilité.

Le choix du type de joint d'étanchéité dans un raccord à brides est toujours fonction du liquide qui circule dans la canalisation. Les matériaux les plus utilisés sont le caoutchouc, l'amiante et le téflon.

On assemble les joints à brides en réunissant les brides au moyen de boulons. Il faut d'abord bien nettoyer les faces des brides avant d'insérer la rondelle d'étanchéité. On doit ensuite vérifier l'alignement des tuyaux et des brides, tant horizontalement que verticalement, pour obtenir une étanchéité parfaite. 

La figure suivante présente des exemples d'alignement de tuyaux et de brides.

Alignement de tuyaux et de brides :

Lorsque vous vous êtes assuré du bon alignement, vous insérez la rondelle d'étanchéité et amorcez le serrage des boulons. Vous serrez d'abord les boulons à la main, pour ensuite observer une des séquences de serrage proposées à la figure suivante.

Séquences de serrage des boulons :

Afin de répartir la force de serrage uniformément sur la garniture, utilisez la clé dynamométrique et respectez les recommandations du fabricant en ce qui concerne le couple de serrage. Si cette valeur n'est pas disponible, vous pouvez calculer le couple de serrage exigé. L'exemple de calcul qui suit démontre la méthode pour obtenir le couple à appliquer sur chacun des boulons.

Le calcul du couple de serrage pour un joint d'étanchéité (garniture) est le suivant :

1^re étape - Calcul de la surface du joint rectangulaire (figure 6.57)

où :

        S = surface

        Lo₁ = longueur extérieure

        Lo₂ = longueur intérieure

        La₁ = largeur extérieure

        La₂ = largeur intérieure

Note : on néglige la partie des trous des boulons.

Si,

        La₁ = 100 cm

        La₂ = 80 cm

        Lo₁ = 60 cm

        Lo₂ = 40 cm

        S = 2 800 cm²

        S = 0,28 m²

2^e étape - Calcul des tension

Il faut connaître la surface du joint d'étanchéité et la pression recommandée par le fabricant.

        N = nombre de boulons en newtons

        F = force à appliquer sur 1 boulon

        P_S = pression recommandée ()

        S = surface (m²)

Si,

3^e étape - Calcul du torque

Le couple de serrage se calcule ainsi :

        D = diamètre du boulon

        K = 0,2 boulon serré à sec = 0,15 (boulon lubrifié)

        C = couple de serrage

Si,

Note : il faut s'assurer que le couple de serrage ne dépasse pas le couple maximal du boulon.

La figure suivante montre un exemple de garniture.

Garniture (joint d'étanchéité) :

Au cours de l'assemblage et du montage, respectez toujours les mesures de sécurité qui s'imposent, entre autres le port des lunettes de sécurité et des gants, selon le besoin. Utilisez les outils appropriés et assurez-vous de leur bon état.

Choisissez la clé adéquate pour serrer les boulons. Enfin, lorsque le montage de votre circuit de tuyauterie est terminé, procédez à une vérification complète avec de l'air comprimé et de l'eau savonneuse afin de détecter les fuites.

On présente, à la figure suivante, quelques mesures préventives à respecter.

Mesures préventives à respecter :

En résumé sur le montage de tuyaux par joints à brides :

A la suite de cette étude, les points suivants seront plus particulièrement retenus :

- Les brides sont utilisées surtout sur des conduites de grands diamètres.

- Le démontage et le remontage des canalisations avec joints à brides avec des outils plus petits que ceux utilisés par raccords filetés de mêmes grosseurs sont possibles.

- Les métaux utilisés pour la fabrication des brides sont l'acier carbone, la fonte malléable, le bronze, l'acier inoxydable ainsi que les alliages d'acier.

- Les types de joints standard sont le joint à face plate, le joint mâle et femelle et le joint annulaire.

- Le joint semi-métallique est souvent utilisé sur des systèmes de tuyauterie subissant de hautes pressions et des températures élevées.

- La clé dynamométrique est utilisée pour donner le couple de serrage approprié à un joint à brides et pour respecter la séquence de serrage proposée.