Que sont les soufflets à bords soudés

L'industrie des machines est confrontée à des défis constants pour créer des composants fiables, flexibles et précis capables de résister à des conditions de fonctionnement difficiles. Les solutions traditionnelles sont souvent insuffisantes, ce qui entraîne des temps d'arrêt et des réparations coûteux.

Les soufflets soudés sur les bords offrent une solution révolutionnaire pour l'industrie des machines. Grâce à leur conception et à leur procédé de fabrication uniques, les soufflets soudés sur les bords offrent une flexibilité, une durabilité et une précision supérieures pour une large gamme d'applications. Du mouvement axial au mouvement angulaire et latéral, ces composants innovants peuvent tout gérer tout en garantissant des performances fiables même dans les environnements les plus exigeants.

Que sont les soufflets à bords soudés

Les soufflets soudés sur les bords sont des composants flexibles et étanches à la pression utilisés pour s'adapter aux mouvements des systèmes mécaniques tout en maintenant un environnement étanche. Ces soufflets sont construits en soudant ensemble une série de diaphragmes métalliques minces, généralement fabriqués à partir de matériaux résistants à la corrosion tels que l'acier inoxydable, l'Inconel ou l'Hastelloy. Les bords soudés des diaphragmes forment des circonvolutions, permettant au soufflet de se comprimer, de s'étendre et de fléchir sans fuite.

La fonction principale des soufflets soudés sur les bords est de servir de joint dynamique dans les applications qui nécessitent un mouvement tout en maintenant une barrière entre deux milieux ou environnements différents. Ils sont conçus pour résister à des pressions élevées, à des températures extrêmes et à des conditions corrosives, ce qui les rend adaptés à une utilisation dans un large éventail d'industries, notamment l'aérospatiale, la fabrication de semi-conducteurs, la cryogénie et les systèmes à vide.

Facteurs de conception

Épaisseur de la plaque de diaphragme

Les plaques plus fines permettent une plus grande flexibilité et un plus grand mouvement, mais peuvent limiter la capacité de pression. Les plaques plus épaisses peuvent supporter des pressions plus élevées mais réduisent la flexibilité. Les épaisseurs de diaphragme typiques varient de 0,002 à 0,060 pouce (0,051 à 1,524 mm), la plus courante se situant entre 0,005 et 0,015 pouce (0,127 à 0,381 mm).

Forme de la plaque de diaphragme

Les formes courantes comprennent les plaques circulaires, rectangulaires et carrées. Les plaques circulaires assurent une répartition uniforme des contraintes et conviennent aux applications à haute pression. Les plaques rectangulaires et carrées offrent une plus grande stabilité pour les mouvements latéraux, mais peuvent avoir des concentrations de contraintes plus élevées dans les coins.

La forme de la plaque affecte également le profil de convolution du soufflet. Des convolutions plus profondes permettent un plus grand mouvement axial, tandis que des convolutions moins profondes offrent une meilleure stabilité pour le mouvement latéral.

Forme de soudure

La forme de soudure la plus courante est la soudure bout à bout, où les bords des plaques adjacentes sont soudés ensemble directement. Cela permet d'obtenir une étanchéité solide et étanche.

D'autres formes de soudures, telles que les soudures étagées ou les soudures par recouvrement, peuvent être utilisées pour des applications spécifiques. Les soudures étagées peuvent aider à réduire les concentrations de contraintes, tandis que les soudures par recouvrement permettent d'obtenir des matériaux en plaques plus épais.

Équilibrage de la face d'étanchéité

Face d'étanchéité L'équilibre désigne la répartition de la pression sur les surfaces d'étanchéité des soufflets soudés sur les bords. Dans une conception équilibrée, la pression agissant à l'intérieur du soufflet est répartie uniformément sur toute la surface d'étanchéité. Cela évite une pression excessive sur une zone donnée, ce qui pourrait entraîner des fuites ou une usure prématurée.

Les conceptions déséquilibrées, où la pression n'est pas répartie uniformément, peuvent entraîner des forces de contact plus élevées sur certaines zones de la face du joint. Cela peut provoquer une usure accélérée, une déformation de la face du joint et une efficacité d'étanchéité réduite.

Types de soufflets à bords soudés

Soufflet ondulé imbriqué

Les soufflets ondulés imbriqués présentent une série de convolutions imbriquées avec des plis alternés vers l'intérieur et vers l'extérieur. Cette conception offre une excellente flexibilité et permet un mouvement axial important. Les soufflets ondulés imbriqués sont couramment utilisés dans les applications nécessitant des taux de compression élevés, comme dans les systèmes à vide et les vannes.

Soufflet en croissant

Les soufflets en croissant ont un profil convolutionnel unique en forme de croissant. Cette conception offre un équilibre entre flexibilité axiale et latérale, ce qui les rend adaptés aux applications avec des exigences de mouvement angulaire et décalé modérées. Les soufflets en croissant sont souvent utilisés dans les raccords d'arbre d'étanchéité et les accouplements de pompe.

Soufflet à plaque plate

Comme leur nom l'indique, les soufflets plats sont fabriqués à partir de plaques à diaphragme plates. Cette conception simple offre une bonne stabilité et est souvent utilisée dans les applications nécessitant des mouvements limités. Les soufflets plats sont généralement moins flexibles que les autres types, mais offrent d'excellentes capacités de pression et de température.

Soufflet à balayage unique

Les soufflets à balayage simple sont dotés de convolutions qui balayent dans une seule direction, créant une forme en forme de coupe. Cette conception permet un mouvement latéral important dans un plan tout en offrant une stabilité dans le plan perpendiculaire. Les soufflets à balayage simple sont utilisés dans les applications nécessitant un décalage latéral élevé, comme dans les connecteurs de pompe et les joints d'échappement.

Soufflet torique

Les soufflets toriques présentent des convolutions avec une forme partiellement toroïdale. Cette géométrie unique offre une excellente flexibilité angulaire et latérale, ce qui rend les soufflets toriques idéaux pour les applications avec des exigences élevées de désalignement ou de décalage. Les applications courantes incluent les articulations à cardan et les connecteurs flexibles dans les systèmes de tuyauterie.

Types de mouvement

Mouvement axial

Le mouvement axial fait référence à la compression et à l'extension du soufflet le long de son axe central. Ce type de mouvement permet au soufflet d'absorber les déplacements linéaires, de compenser la dilatation thermique ou de fournir une connexion étanche et flexible entre deux composants.

Mouvement angulaire

Un mouvement angulaire se produit lorsque le soufflet est soumis à une force de flexion, ce qui le fait fléchir à un angle par rapport à son axe central. Les soufflets à bords soudés peuvent s'adapter à un désalignement angulaire entre les composants connectés, ce qui permet un fonctionnement fluide même lorsque les pièces ne sont pas parfaitement alignées.

Mouvement latéral

Le mouvement latéral, également appelé mouvement décalé ou transversal, implique le déplacement d'une extrémité du soufflet par rapport à l'autre dans une direction perpendiculaire à l'axe central. Ce type de mouvement permet aux soufflets soudés sur les bords de compenser le désalignement latéral ou de fournir une connexion flexible capable de supporter les forces de cisaillement.

Procédé de fabrication de soufflets à bords soudés

Sélection des matériaux

La première étape de la fabrication des soufflets à bords soudés consiste à sélectionner le matériau approprié. Le choix du matériau dépend de facteurs tels que l'environnement d'exploitation, la résistance et la flexibilité requises et la compatibilité avec les fluides contenus ou exclus. Les matériaux couramment utilisés pour les soufflets à bords soudés comprennent l'acier inoxydable, le titane, l'inconel et l'hastelloy.

Estampage de diaphragme

Une fois le matériau sélectionné, les diaphragmes individuels sont découpés à partir de feuilles du matériau choisi à l'aide de matrices de précision. Le processus de découpage crée la forme de base de chaque diaphragme, y compris les contours ou les caractéristiques requis.

Nettoyage et préparation

Avant de pouvoir assembler les diaphragmes en soufflet, ils doivent être soigneusement nettoyés pour éliminer toute saleté, huile ou résidu provenant du processus d'emboutissage. Les diaphragmes nettoyés sont ensuite empilés dans l'ordre souhaité, avec les bords correctement alignés en vue du soudage.

Formation de convolution

Pour former les ondulations qui confèrent aux soufflets soudés sur les bords leur flexibilité, les diaphragmes empilés sont soudés ensemble le long de leurs bords extérieurs. Ce processus de soudage est généralement réalisé à l'aide de techniques avancées telles que le soudage au laser, le soudage par faisceau d'électrons ou le soudage TIG. Les paramètres de soudage sont soigneusement contrôlés pour garantir une étanchéité solide et sans compromettre les propriétés du matériau.

Soudure de noyau de soufflet

Une fois les spires formées, les bords intérieurs des diaphragmes sont soudés ensemble pour créer un noyau étanche et résistant à la pression. Le type de soudage utilisé pour le noyau dépend du matériau et des exigences de performance, le soudage au laser et par faisceau d'électrons étant des choix courants pour leur précision et leur apport de chaleur minimal.

Soudure aux raccords d'extrémité

Pour intégrer les soufflets soudés sur les bords dans un ensemble plus grand, des embouts sont soudés aux extrémités des soufflets. Ces embouts, qui peuvent être des brides, des tubes ou des formes personnalisées, permettent de relier les soufflets à d'autres composants.

Test d'étanchéité

La dernière étape du processus de fabrication est le test d'étanchéité. Chaque assemblage de soufflets soudés sur les bords est soumis à des tests d'étanchéité rigoureux pour vérifier son intégrité de pression et son étanchéité. Ces tests impliquent généralement la mise sous pression du soufflet avec un gaz traceur, tel que l'hélium, et l'utilisation d'un équipement de détection sensible pour vérifier les éventuelles fuites. Seuls les assemblages de soufflets qui réussissent le test d'étanchéité sont considérés comme prêts à l'emploi.