Si le métal se dilate lorsqu'il est chauffé, comment chauffer un boulon le desserre?

Si vous rencontrez des difficultés pour retirer un boulon coincé, il est conseillé de chauffer le boulon. Mais si le métal se dilate lorsqu'il est chauffé, le fait de chauffer le boulon ne rend-il pas simplement plus difficile son retrait? Comment chauffer le verrou le décolle-t-il?

La réponse est étonnamment simple: le boulon se dilate, mais la noix se dilate davantage .

Ce qui se passe ici, c'est une bonne vieille dilatation thermique:

• Le boulon est chauffé et se dilate vers l'extérieur, son rayon augmente
• La noix est chauffée et ... se dilate vers l'extérieur, son rayon augmente

Maintenant, puisque le rayon de l'écrou est légèrement supérieur à celui du boulon et que l'augmentation est proportionnelle à la longueur restante, l'écrou se dilate un peu plus.

Le fer a un coefficient thermique dans l’ordre de 10 ^-5 / K. Cela signifie que pour chaque augmentation de température de 1 K, vous avez une augmentation de taille de 10 ^-5 : une tige de 1 m devient 1,00001 m de long.

Si votre boulon a r = 1,5 mm et que l'écrou a R = 1,501 mm, que se passe-t-il si la température est augmentée de 500 K? Bien:

• r = 1,5 * (1 + 500 * 10 ^-5 ) mm = 1,5075 mm
• R = 1,501 * (1 + 500 * 10 ^-5 ) mm = 1,508505 mm

Comme vous pouvez le constater, avant de chauffer, R - r = 1 µm, alors que après R - r ≈ 1,001 µm. Cela a augmenté!

S'il vous plaît noter que mes numéros sont assez sauvages et utilisé juste pour faire un exemple. Je suis sûr que j'ai mal compris les valeurs de départ, mais j'espère qu'elles aideront à faire passer le message de toute façon.

Le secret est l' expansion contrainte .

Voici quelques diagrammes cruddy pour aider à expliquer comment cela fonctionne.

^{Boulon coincé dans un trou}

Lorsque le boulon est chauffé, il se dilate. Puisque l'axe du boulon est contraint, il ne peut pas se dilater à l'intérieur du trou.

^{Le boulon se dilate dans le sens de la flèche verte, mais ne peut pas se dilater dans le sens des flèches rouges.}

Lorsque le verrou se refroidit, il se contracte. La contraction, cependant, n'est pas contrainte. Cela signifie que le boulon peut se contracter dans toutes les directions, ce qui le rend légèrement plus petit.

^{Le boulon est capable de se contracter dans toutes les directions.}

Une fois le boulon refroidi, il devrait être plus petit et plus facile à extraire.

La raison réelle pour laquelle cela fonctionne habituellement est que la rouille est nettement plus grosse que l'acier dont elle est rouillée, ce qui explique pourquoi le boulon est collé en premier lieu. Dans d’autres cas, la chaleur s’explique par le fait que le boulon a été appliqué à l’aide d’un frein-filet qu'il est nécessaire de chauffer pour le retirer (s’il ne présente aucun signe de rouille, c’est un très bon pari)

De nombreuses formes de rouille contiennent de "l'eau chimiquement liée" et perdront cette eau (et rétréciront) si elles sont chauffées suffisamment.

Le métal disposé dans un anneau se dilate vers l'extérieur lorsqu'il est chauffé. Imaginez un anneau de fil fin en train de chauffer - il se dilate principalement sur toute sa longueur, ce qui rend les diamètres intérieur et extérieur plus grands. La même chose se produit avec le matériau autour d'un trou de boulon.

En général, j'essaie de chauffer la pièce environnante et non le boulon lui-même. Cependant, même si le boulon est chauffé directement, la conduction se traduira généralement par un réchauffement du matériau environnant, et donc une dilatation de l'alésage.

Plus d'informations scientifiques à ce sujet

Considérez une rondelle, ou un autre anneau en métal ou un disque troué. Lorsque l’anneau est chauffé, nous nous attendons à ce qu’il s’agrandisse et les expériences le confirment. Mais le trou dans l'anneau se dilate-t-il, se contracte-t-il ou reste-t-il de la même taille?

... Pensez à ce que vous faites lorsque vous essayez d'ouvrir un bocal Mason et que le couvercle en métal à couvercle vissé est coincé. Vous pouvez soit taper sur le couvercle avec une cuillère (pour essayer de détacher une partie du couvercle qui est coincée), soit vous placez le couvercle sous l’eau chaude. Vous faites ce dernier choix parce que vous savez que le couvercle en métal se dilatera plus que le bocal en verre, il sera donc plus facile de le retirer.

Et en disant que le couvercle en métal augmentera plus que le bocal en verre, ce que nous voulons vraiment dire, c'est que le trou dans le couvercle s’agrandira.

D'après mon expérience, vous devez chauffer un boulon gelé jusqu'à ce qu'il soit cloquant, rouge et devenir mou, puis le retirer pendant qu'il est chaud et mou. Chauffer le boulon et le laisser refroidir ne m'a jamais aidé. Lorsque le métal se contracte, le boulon se saisit; cela ne se desserre généralement pas… cela aggrave probablement la situation.

Il en va de même pour les verres collés l'un à l'autre. Le froid, la contraction est la cause du grippage .

@ Vladimir Cravero (désolé, pas assez de rep pour écrire un commentaire) ...

Je pense qu'une clarification de la réponse est nécessaire. La noix ne se développe pas "plus", elle finit par être plus grosse mais le pourcentage d'augmentation est le même.

r = 1.5*(1+500*10-5) mm = 1.5075 mm         
R = 1.501*(1+500*10-5) mm = 1.508505 mm         

        start   after heat      increase amt    % inc
bolt    1.5     1.5075          0.0075          0.5000%
nut     1.501   1.508505        0.007505        0.5000%

Ma perception de l’effet du chauffage est que non seulement le boulon et l’écrou ou le bloc s’étendent, mais aussi que l’espace entre eux s’agrandit également, n’oubliez pas cela.

        start   after heat      increase amt    % inc
space   0.001   0.001005        0.0000050       0.5000%

espace légèrement plus grand entre les deux, plus facile à enlever. :)

Je pense que plusieurs facteurs contribuent à cet effet, mais je pense qu’un n’a pas été mentionné. Une autre façon de libérer un verrou bloqué consiste à le choquer en le frappant violemment. Généralement, vous faites quelque chose de grand, comme une valve, mais je pense que le problème sous-jacent est le même. Pour la rouille, je pense que cela pourrait briser la structure fragile de l'oxyde. Un autre facteur est qu'il existe deux types de frottement. Il y a frottement statique et frottement cinétique. Considérez une boîte en carton lourde (remplie) sur un sol. Si vous essayez de le faire glisser, il sera initialement bloqué. Une fois que la boîte commence à bouger, elle glisse beaucoup plus facilement. C’est la même raison pour laquelle il est mauvais de bloquer les freins d’une voiture. Une fois que le caoutchouc commence à glisser, le frottement est considérablement réduit.

La température est la mesure de l'énergie cinétique moyenne des molécules d'une substance. Autrement dit, les molécules se déplacent dans toute substance dont la température dépasse le zéro absolu et plus elles se déplacent rapidement, plus la température est élevée. Lorsque vous chauffez quelque chose, vous ajoutez de l'énergie cinétique au système. Cela entraîne littéralement les molécules du verrou à se déplacer de plus en plus rapidement. Dans un solide, les molécules ne se déplacent pas librement dans l'espace et vibrent essentiellement. L'image suivante illustre comment les molécules de métal bougent lorsqu'elles sont chauffées.

Je pense qu'il est possible que ce mouvement énergétique puisse, à lui seul, créer le même effet que l'onde de choc provoquée par un choc violent. Cela et un changement inégal de la taille du boulon et de l'écrou pourraient briser le frottement statique et / ou briser la rouille fragile. Je sais que si vous avez une poêle en fonte rouillée, une solution consiste à la mettre au feu et la rouille tombera tout simplement.

Parce que la chaleur ne voyage pas instantanément, l'écrou va se dilater plus que le boulon ... si vous chronométrez bien ... ce qui n'est pas anodin. Pour un roulement plutôt que pour un écrou / boulon, ce chauffage [à induction] est une méthode de dépose de l’industrie, comme le montre cette vidéo par exemple, et plus encore pour l’apposition. L'action de retrait est instantanée dans ce cas, une fois que la bague de roulement est suffisamment chauffée. Le problème avec un écrou / boulon est qu’une grande quantité de chaleur aurait pu être transférée sur le boulon, peut-être avant que vous ayez fini de retirer l’écrou. Citant un pratiquant de cet art "vous voulez chauffer la noix et non le boulon".

Le problème est encore aggravé par le fait qu’il n’existe pas une seule méthode. Vous pouvez voir dans cette autre vidéoque l'écrou devient beaucoup plus blanc que le boulon, ce qui signifie qu'il devient beaucoup plus chaud lorsqu'il est chauffé. Le problème, c’est qu’au moment où la noix est retirée, elle ne brille plus (dans la dernière vidéo), nous ne pouvons donc pas déterminer visuellement leur température [différence]. L’air étant toutefois un meilleur isolant, je soupçonne que le boulon refroidit plus rapidement que l’écrou car il entre en contact avec plus de métal, ce qui fait office de radiateur. Une vidéo avec une caméra thermique serait une preuve irréfutable, mais je n’en ai pas trouvé. La description de cette dernière vidéo indique également que les liaisons corrosives sont libérées par le chauffage, ce qui est peut-être vrai également, mais je n'ai pas vérifié les données scientifiques à ce sujet. Cette revendication suppose également que ces liaisons ne sont pas immédiatement restaurées par refroidissement.

Et pour le scénario décrit dans la propre réponse du questionneur: cela ne fonctionne pas comme ça en pratique. Si vous regardez la deuxième moitié de cette vidéo d'une demi-heure , le mec chauffe soigneusement le cadre autour du boulon lui-même, et il faut beaucoup de temps, de patience et de soin pour réussir lorsque le "sillet" est un gros morceau.

J'ai une réponse simple, à savoir que personne n'a dit que la tête du boulon se dilate hors de la surface, relâchant la tension sur les filets, le rendant ainsi suffisamment lâche pour s'éteindre. Parfois, les boulons sont trop serrés même quand ils ne sont pas rouillés.

Je crois que si la rouille ou les sédiments empêchent le desserrage, la chaleur élevée fera perdre les débris avec la chaleur et se détachera, permettant ainsi au boulon ou à la pièce en question de tourner facilement.

Mettez un sou dans un montant de porte et fermez-le. La porte sera presque impossible à ouvrir, car la friction la maintiendra en place. La flexion du reste de la porte l'empêchera de bouger. Un boulon rouillé est essentiellement le même principe - de nombreuses petites liaisons formées sur le filetage des boulons par du métal oxydé l'empêchent de tourner.

La chaleur et la dilatation du métal ont simplement servi à briser ces liens. Cela n’a rien à voir avec la thermodynamique ni avec aucun autre non-sens scientifique. C'est la simple action mécanique du métal en expansion qui casse la rouille.