L’essentiel des raccords à compression

Introduction aux raccords à compression

Les raccords à compression sont l’une des méthodes les plus courantes et les plus polyvalentes pour connecter des tubes en métal ou en plastique dur. Particulièrement utiles pour leurs capacités à supporter des températures et des pressions extrêmes, et leur compatibilité avec les fluides agressifs, les raccords à compression peuvent être vus dans des systèmes variant des conduites de gaz dans les raffineries, à la plomberie sous votre évier.

Les raccords à compression miniatures sont présents dans des applications allant de la chromatographie et des instruments de détection des bombes, aux dispositifs médicaux et à l’impression à jet d’encre. Qu’il s’agisse du chauffe-eau de votre maison ou d’un tuyau transportant des produits chimiques dangereux, toutes les applications de raccords à compression ont plusieurs traits en commun : elles nécessitent un assemblage facile, une longue durée de vie et absolument aucune fuite.

Les ensembles de raccords à compression varient en termes de conception d’un fabricant à l’autre, mais sont tous constitués des trois mêmes éléments de base : un écrou ou une vis de compression, une ou plusieurs bagues et un corps de raccord à compression. Le principe de fonctionnement de chaque composant reste également plus ou moins le même d’un modèle à l’autre : le tube est inséré dans l’extrémité du raccord, et l’écrou/la vis est serré(e), forçant la ou les viroles à entrer dans le corps du raccord. Lorsque la ou les viroles se déplacent axialement dans le corps du raccord, la forme angulaire du corps comprime radialement l’extrémité de la virole sur le diamètre extérieur du tube. C’est cette compression radiale qui crée le joint étanche entre le raccord, la ferrule et la tubulure, et qui donne son nom au raccord à compression.

Le succès des raccords à compression dans une application donnée peut dépendre d’un certain nombre de facteurs. Les principaux d’entre eux sont la conception du raccord et de la bague, la sélection du tube et la procédure d’installation.

Les bagues

La bague est le principal composant d’étanchéité d’un assemblage de raccord à compression, et on peut les trouver dans une grande variété de matériaux allant de l’acier inoxydable au graphite. Cependant, la majorité des viroles sur le marché sont fabriquées en métal. Les bagues métalliques sont intéressantes car elles sont stables sur une large plage de températures et peuvent supporter des charges de compression sans se relâcher. En général, les joints métal-métal sont considérés comme sujets aux fuites (par exemple, les filetages de tuyaux métalliques sont souvent renforcés par du ruban adhésif). Les ferrules, en revanche, sont spécifiquement conçues pour créer un joint optimal à la fois contre le tube et le corps du raccord. Voici quelques-uns des facteurs clés de la conception de la ferrule :

Forme de la ferrule

La forme à la fois de la ferrule et de l’angle d’accouplement du corps du raccord sont des facteurs critiques pour la fiabilité d’un joint de compression. Les deux composants doivent être effilés de manière à permettre à la ferrule de se comprimer correctement lorsque l’écrou est serré, tout en maintenant l’alignement axial avec la tubulure. En outre, les angles relatifs de la bague et du corps du raccord déterminent la quantité de mouvement linéaire convertie en compression radiale et le niveau de contact (« contact linéaire » ou « contact de surface ») avec le tube. Une compression uniforme, en « contact linéaire », sur toute la circonférence de la bague créera le joint le plus fiable. À cette fin, il est également important que la virole ait un bord avant tranchant.

Ferrules monoblocs vs. Ferrules deux pièces

La plupart des raccords à compression de base contiennent une seule ferrule. Les conceptions à ferrule unique minimisent le nombre total de composants, et fonctionnent de manière fiable lorsqu’elles sont fabriquées à partir de matériaux plus souples (plastique ou laiton par exemple). Cependant, avec des matériaux plus durs comme l’acier, le couple est souvent transféré de l’écrou de compression à la bague lors du serrage de l’écrou. La rotation qui en résulte peut entraîner une compression asymétrique de la bague ou un déplacement dans le temps en raison du couple résiduel. Dans les aciers inoxydables, la rotation de la bague peut également produire un grippage et provoquer des fuites permanentes. L’ajout d’une virole arrière supplémentaire à rotation libre peut découpler l’écrou de la virole avant, empêchant ainsi le transfert du couple.

Ferrules asymétriques vs symétriques

Les ferrules en une pièce sont souvent disponibles en version asymétrique ou symétrique. Les deux versions sont symétriques radialement afin d’assurer une étanchéité uniforme autour du diamètre extérieur du tube. La symétrie/asymétrie fait plutôt référence à l’orientation par rapport à l’écrou.

Une virole asymétrique est de forme conique et ne peut être placée dans le corps du raccord que dans une seule direction (généralement avec la pointe du cône tournée vers le corps du raccord). Les embouts symétriques ressemblent à deux cônes dos à dos, et peuvent être placés dans le corps du raccord dans les deux sens. Cela augmente la facilité d’assemblage dans les applications où de nombreux raccords sont utilisés, et où le temps d’assemblage est critique.

L’inconvénient des embouts symétriques, c’est qu’ils sont plus susceptibles de se désaxer par rapport à la tubulure, créant ainsi de légères fuites. Cela est particulièrement vrai lorsqu’elles sont utilisées avec des tubes en plastique dur. Pour cette raison, les embouts asymétriques sont généralement préférés pour les applications de haute technologie. Les viroles asymétriques permettent également de concevoir des viroles en deux parties, comme décrit ci-dessus.

Tubes

Les raccords à compression sont le plus souvent utilisés avec des tubes durs car la paroi du tube doit être suffisamment rigide pour résister aux forces de compression appliquées par la virole. Les choix courants comprennent les tubes métalliques (comme l’acier inoxydable ou le cuivre) et les tubes en plastique rigide (comme le PEEK, le nylon, le Teflon®, le Kynar® ou le polyéthylène).

L’utilisation de tubes plus souples (comme le polyuréthane ou le vinyle) n’est normalement pas recommandée avec les raccords de style à compression, car la paroi du tube est susceptible de s’affaisser, ou de s’éloigner de la virole. Cela annule le pouvoir de maintien de la bague et peut également empêcher la bague d’assurer un joint étanche sur tout le diamètre du tuyau. Si un problème de conception particulier (par exemple, un rayon de courbure serré) nécessite un tube plus souple, il est important de renforcer la paroi du tube. Certains fabricants proposent des inserts pour tubes à cette fin. L’insert de tubulure, généralement en métal, est enfoncé dans la tubulure souple et soutient la paroi de la tubulure afin qu’elle ne s’effondre pas lorsque la virole est comprimée.

Les caractéristiques physiques et chimiques des différents matériaux de tubulure doivent être prises en compte lors du choix de la meilleure tubulure pour une application donnée. Il est bon de demander l’assistance technique d’un fournisseur de tubes lorsqu’on travaille sur une nouvelle conception. Les facteurs clés sont les suivants : pressions et températures extrêmes, conditions environnementales, conditions de vibration, compatibilité des fluides et rayon de courbure minimum. En plus de ces considérations générales, il existe plusieurs facteurs plus spécifiques à prendre en compte concernant les assemblages de raccords à compression, tels que :

Téflon (PTFE) Tubing

Le tube en PTFE est un choix de matériau populaire pour les tubes car il résiste à la plupart des produits chimiques, supporte une pression relativement élevée, présente un faible dégazage et est plus flexible que les tubes métalliques. Un facteur clé de la conception de ce type de tube est sa tendance à « s’écouler à froid », c’est-à-dire à se déformer sous l’effet d’une charge de compression. Cela peut entraîner des fuites au fil du temps, car la paroi du tube commence à s’écarter de la bague (écoulement à froid). Le problème de l’écoulement à froid est exacerbé lorsque la tubulure est exposée à des températures élevées, et peut se produire même lorsque les raccords sont correctement installés et initialement sans fuite.

Une solution à ce problème courant est l’incorporation d’un joint redondant, tel qu’un joint torique interne, dans le corps du raccord. Cet élément d’étanchéité secondaire réalise un joint radial contre le diamètre extérieur de la tubulure, indépendamment du joint créé par la virole. Il s’agit d’une approche de conception  » ceinture et bretelles « , mais qui s’est avérée très efficace pour résoudre le problème des fuites de flux froid.

Tubes métalliques

La façon dont les tubes métalliques sont produits peut avoir un effet significatif sur leur performance avec les raccords à compression. Les tubes doivent être lisses et exempts d’aspérités ou de lignes d’extrusion qui peuvent créer un chemin de fuite au-delà de la virole. De plus, les tubes qui ont été stockés en bobines peuvent souvent avoir un diamètre asymétrique, ce qui empêche une compression uniforme. Alors qu’un joint élastomère peut se déformer pour s’adapter à ces légères variations, le joint métal sur métal d’un raccord à compression est moins indulgent. Il est également important que l’extrémité de chaque section soit coupée d’équerre, pour permettre au tube de s’asseoir symétriquement dans le corps du raccord.

Installation

Les instructions d’installation des raccords à compression varient selon le fabricant et la conception spécifique du raccord. Il faut veiller à suivre les procédures d’assemblage recommandées par le fabricant. Il existe cependant plusieurs éléments communs à la procédure d’installation de presque tous les raccords à compression :

Distance vs. Couple

Typiquement, la procédure de serrage d’un raccord à compression est spécifiée en utilisant la rotation de l’écrou comme métrique clé, plutôt que le couple. Les écrous de compression sont filetés, ce qui signifie que le nombre de rotations de l’écrou est directement corrélé à la compression linéaire de la virole, sur la base du pas du filetage. Le couple, en revanche, peut varier considérablement, en fonction du matériau du raccord et de la virole, de la lubrification, du degré de grippage (pour les raccords en acier inoxydable) et d’autres facteurs.

Tighter is not « Better »
Souvent, lors de l’assemblage de raccords, les assembleurs et les ingénieurs partent du principe que  » plus c’est serré, mieux c’est « . Cela n’est pas vrai pour les raccords à compression. Comme décrit dans la section  » Ferrules  » ci-dessus, le joint optimal est créé par un contact linéaire entre la ferrule et le tube. Un serrage insuffisant de l’écrou de compression ne déformera pas suffisamment la virole pour créer ce contact, mais un serrage excessif déformera trop la virole, créant un contact de surface. Un contact de surface affaiblit le joint et entraîne souvent des fuites

Désassemblage et réassemblage
La facilité de montage et de démontage est l’une des raisons pour lesquelles les raccords à compression sont si largement utilisés. Le démontage consiste simplement à desserrer l’écrou ou la vis de compression. Le réassemblage s’effectue de la même manière que l’assemblage initial, bien qu’il faille généralement faire moins de tours d’écrou, puisque la bague est déjà sertie sur le tube. Il est toutefois important de noter que les raccords à compression ne peuvent être démontés et remontés que quelques fois avant que les viroles et/ou le corps du raccord ne soient remplacés, afin de garantir un joint étanche.

Mélanger et assortir les composants
Même si les composants de deux fabricants différents ont un aspect extérieur similaire, ils diffèrent souvent au niveau des dimensions internes clés, telles que le cône virole/corps, la longueur de la virole et la taille et le pas du filetage. Mélanger et assortir des composants de différents fabricants peut donc, au mieux, donner des résultats variables et n’est généralement pas recommandé.

Considérations relatives aux applications

Les raccords à compression sont souvent sélectionnés pour des raisons qui vont au-delà de la simple étanchéité et de la facilité d’utilisation. Dans de nombreuses applications, les pressions et températures élevées nécessitent l’utilisation de tubes durs, incompatibles avec de nombreux autres types de raccords. Dans d’autres applications, telles que les instruments de laboratoire, les préoccupations relatives à la contamination rendent attrayantes les propriétés de stérilité et de faible dégagement gazeux des tubes et raccords à compression en acier inoxydable. Des applications plus spécialisées existent également ; des raccords à compression modifiés peuvent être le moyen idéal d’ajouter un thermocouple à un système sous pression afin d’obtenir davantage de données sur le processus.

Certaines considérations spécifiques aux applications incluent :

Applications haute pression
Les raccords à compression sont le choix parfait pour les applications haute pression. En combinaison avec un matériau de tube haute pression comme l’acier, les gros raccords à compression peuvent souvent être utilisés à des pressions supérieures à 10 000 psig. Les pressions nominales diminuent dans le domaine de la miniature en raison des dimensions plus compactes, mais les raccords à compression Beswick en acier inoxydable, par exemple, sont toujours conçus pour une pression nominale de 3 000 à 5 000 psig, selon le modèle. C’est plus que suffisant pour être utilisé dans des applications avec du CO2 embouteillé à haute pression, dans les piles à combustible à hydrogène, dans les applications aérospatiales, et plus encore.

La clé de l’utilisation des raccords à compression à haute pression, en particulier avec des gaz, est l’intégrité du joint de la bague. Alors que des conceptions plus basiques (virole monobloc ou viroles non traitées thermiquement, par exemple) peuvent être suffisantes à des pressions inférieures, les applications à haute pression nécessitent des composants robustes qui créent un joint plus fiable.

Applications de haute pureté
De nombreuses applications dans des industries comme le médical, les semi-conducteurs et l’instrumentation, exigent que tous les composants soient aussi inertes et exempts de contamination que possible. Les raccords à compression facilitent grandement ces applications. L’utilisation de tubes en acier inoxydable ou en plastique inerte (PTFE par exemple) permet aux ingénieurs d’éviter les contaminants générés par les matériaux de tubes à fort dégagement gazeux. De plus, les écrous et les bagues de compression sont souvent entièrement métalliques et peuvent être autoclavés, nettoyés ou stérilisés plus facilement que les raccords contenant des plastiques ou des élastomères internes.

Un facteur à prévoir dans ces applications de haute pureté est le grippage. Le grippage sur les raccords à compression peut se produire entre les filets de l’écrou et du corps, ou entre le corps et la virole. Le grippage est généralement plus fréquent lorsque les raccords ont subi un nettoyage extrême, qui élimine toutes les huiles résiduelles. Les cas légers de grippage peuvent se manifester par de petites éraflures ou entailles, tandis que les cas plus graves peuvent laisser les composants collés les uns aux autres, ou dénuder les filets d’un corps de raccord.

Il est crucial dans ces applications d’utiliser des viroles conçues pour résister au grippage. Il peut également être utile d’utiliser un lubrifiant volatil comme l’alcool isopropylique, pour lubrifier temporairement les surfaces d’accouplement pendant le serrage de l’écrou de compression. L’alcool lubrifiera les surfaces en acier inoxydable pendant l’assemblage, puis s’évaporera complètement, ne laissant aucun résidu ou contaminant derrière lui.

Conclusion

Les raccords à compression sont largement utilisés dans un certain nombre d’industries, et peuvent être un atout dans presque toutes les conceptions d’alimentation en fluide. Parmi leurs nombreux avantages, citons la possibilité de se connecter à des tubes métalliques et en plastique dur, des pressions et des températures nominales élevées, la résistance à la corrosion et la facilité de connexion. Bien que les raccords à compression présentent également de nombreux défis, il existe des « astuces du métier » qui peuvent contribuer à la réussite d’une conception. Aucune application n’est exactement la même ! Pour en savoir plus sur les raccords à compression, ou pour déterminer si les raccords à compression sont le bon choix pour votre conception, contactez un ingénieur d’applications Beswick.