Rainure pour joint torique - Conception - Surface

Pourquoi l’état de surface est si déterminant

Un joint torique assure l’étanchéité par contact élastique avec deux surfaces : le fond de gorge et la contre-surface. L’étanchéité fonctionne tant que la pression de contact du joint est supérieure à la pression de service du fluide. Cette pression de contact est déterminée par l’écrasement, la dureté du joint et la qualité de la surface sur laquelle le joint repose.

À pression de service élevée, la pression aide : elle plaque davantage le joint et compense de petits défauts de surface. À basse pression de service, la pression de contact du joint est limitée et le joint n’est pas capable d’absorber de petits pics de rugosité. C’est justement à basse pression, sous vide ou pour l’étanchéité des gaz que la qualité de surface devient la variable la plus critique dans la conception. Une surface d’étanchéité correctement rectifiée peut compenser une petite erreur géométrique dans la gorge. Une surface d’étanchéité rugueuse ou endommagée peut annuler l’effet d’une gorge parfaitement dimensionnée.

Quatre fois plus stricte : la surface d’étanchéité en application dynamique (Ra 0,4 µm) est quatre fois plus stricte qu’en statique (Ra 1,6 µm). Chaque course sur une surface rugueuse use le joint.

Les trois surfaces et leur exigence de rugosité

Dans les étanchéités par joint torique, il existe trois surfaces distinctes, chacune avec sa propre exigence de rugosité : la surface d’étanchéité (la contre-surface sur laquelle le joint assure l’étanchéité), le fond de gorge (la surface sur laquelle le joint repose dans la gorge) et les flancs de gorge (les parois latérales de la gorge). Les exigences varient selon la surface et selon le type d’étanchéité.

Surface d’étanchéité

La surface d’étanchéité présente l’exigence de rugosité la plus stricte. C’est la surface qui est en contact direct avec l’extérieur du joint et le long de laquelle le fluide est étanchéifié. En application statique, un Ra max. de 1,6 µm est requis. En application dynamique, où le joint glisse sur cette surface à chaque course, l’exigence est quatre fois plus stricte : Ra max. 0,4 µm. En pression pulsée, où des chocs de pression appuient cycliquement le joint contre la surface, un Ra max. de 0,8 µm s’applique. Les défauts tels que traces de tournage, rayures ou retassures sur la surface d’étanchéité sont directement critiques. Même une fine trace de tournage en direction radiale constitue un chemin de fuite continu le long de la circonférence du joint.

Fond de gorge

Le fond de gorge a une exigence moins stricte que la surface d’étanchéité, mais il ne doit certainement pas être considéré comme une surface non critique. En statique, un Ra max. de 3,2 µm est suffisant. En dynamique, c’est Ra max. 1,6 µm. Le fond de gorge est la surface sur laquelle le joint repose lorsqu’il n’est pas sous pression. Un fond de gorge trop rugueux n’endommage pas directement la partie inférieure du joint, mais à pression plus élevée il entraîne un appui irrégulier, ce qui provoque localement un écrasement excessif au niveau des pics de rugosité.

Flancs de gorge

Les flancs de gorge sont les moins critiques des trois surfaces pour la fonction d’étanchéité elle-même. En statique, la norme est Ra max. 6,3 µm. En dynamique, Ra max. 3,2 µm. Mais les flancs de gorge sont bien critiques pour le montage : des arêtes vives ou des bavures à la transition entre le flanc et la surface d’étanchéité endommagent le joint lors de l’insertion. Contrôlez toujours la présence de bavures sur les flancs après usinage.

Valeurs de rugosité par type d’étanchéité : tableau complet

Le tableau ci-dessous présente toutes les valeurs normatives de rugosité issues de la spécification Anyseals pour les trois surfaces et les trois types d’étanchéité. Ra est la rugosité moyenne, Rz la hauteur moyenne des pics, Rmax la hauteur maximale des pics.

Pour un usage quotidien, la comparaison compacte au niveau du Ra est la plus pratique :

Défauts qui provoquent des fuites

Outre la rugosité, il existe des formes spécifiques de défauts qui entraînent toujours des problèmes, même si la valeur Ra est conforme à la norme. La norme précise explicitement que les surfaces d’étanchéité doivent être exemptes des défauts suivants.

Rayures : des rayures axiales ou radiales sur la surface d’étanchéité forment des chemins de fuite le long du joint. Même une rayure très fine est critique pour les gaz ou à basse pression. Les rayures sont la cause la plus fréquente de fuite dans les systèmes nouvellement montés.

Retassures : de petites cavités dans la surface dues au moulage ou au soudage créent une interruption locale du contact entre le joint et la surface. Visibles comme de petites piqûres ou cloques, parfois uniquement sous grossissement.

Marques d’usinage profondes : une avance trop élevée lors du tournage ou du fraisage laisse des traces spirales ou linéaires qui dépassent fortement le Rmax, même si le Ra moyen reste dans la norme. Mesurez donc toujours Rz ou Rmax en plus de Ra.

Mesure et contrôle

Le Ra seul est insuffisant comme critère de contrôle. Une surface peut présenter une faible valeur de Ra tout en comportant des rayures profondes et isolées qui dépassent fortement le Rmax. Pour les surfaces d’étanchéité, il est standard de mesurer à la fois Ra et Rz, et pour les applications critiques également Rmax.

La mesure doit être effectuée dans la direction critique : pour les surfaces d’étanchéité cylindriques, la direction axiale (parallèle à l’axe) est la plus critique, car les rayures dans cette direction sont parallèles au joint et peuvent former un chemin de fuite continu. Une mesure en direction radiale donne, sur les surfaces cylindriques, une image différente de la situation réelle d’étanchéité.