Why do bolts loosen?

Lotfi Grine, Eng. – Product Specialist at Robco

 

Causes for bolts to loosen in service:

·       Vibration: it’s an unintentional loosening, and it is the repeated relative displacements between the contact surfaces resulting in relative motion occurring in the threads.

·       Gasket creep: the gasket loses its springiness over time; it is also a permanent deformation and It’s more severe in high-temperature applications.

·        Elastic interactions between multiple bolts: Elastic interactions can either increase or decrease bolt preload.

·       Temperature fluctuation caused as a result of either differences in temperature or differences in clamped materials.

·        Low preload developed at installation: it occurs when there is no sufficient clamp force (under-tightened bolt) present on the joint interface to prevent relative motion between the bolt head or nut and the joint.

 

To preventing self loosening of fasteners is to ensure that:

1.    There is enough clamp force present on the joint interface

2.    The joint is designed to allow the effects of stress relaxation.

3.    The slip between the joined parts needs to be eliminated or at least reduced to below critical levels.

4.    Good bolted joints design (fasteners and flange material grade), in thermal cyclic applications for example, choosing materials with equal thermal expansion coefficient for the clamped parts.

5.    Increase the friction between the bolt threads, such us locking wire method used in the aviation industry

 

We need note some helpful practice to minimize the loosen bolt load in service:

1.    For vibration problem, the prevention is usually performed experimentally only after the occurrence of self-loosening events.

2.    To measure preload loss is necessary to measure bolt length after a period in operation and compare to the bolt length immediately after tightening

3.    To improving bolt elastically is to have long clamp length

 

To resume, the properly load bolted joints that are should ensure the good tightness and also a good bolted joint is made up of very elastic bolts and very stiff clamp parts.

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Lotfi Grine, Eng. – Spécialiste de produite pour Robco

Causes du desserrage des boulons en service :

·       Vibration : il s'agit d'un desserrage involontaire, et ce sont les déplacements relatifs répétés entre les surfaces de contact entraînant un mouvement relatif se produisant dans les fils.

·       Fluage du joint : le joint perd son élasticité avec le temps ; c'est aussi une déformation permanente et elle est plus sévère dans les applications à haute température.

·        Interactions élastiques entre plusieurs boulons : les interactions élastiques peuvent augmenter ou diminuer la précharge des boulons.

·        Fluctuations de température causées par des différences de température ou des différences de matériaux serrés.

·       Faible précharge développée à l'installation : elle se produit lorsqu'il n'y a pas de force de serrage suffisante (boulon sous-serré) présent sur l'interface du joint pour empêcher le mouvement relatif entre la tête du boulon ou l'écrou et le joint.

Pour empêcher le desserrage automatique des fixations, il faut s'assurer que :

1.    Il y a suffisamment de force de serrage présente sur l'interface commune

2.    L'articulation est conçue pour permettre les effets de relaxation du stress.

3.    Le glissement entre les pièces jointes doit être éliminé ou au moins réduit au-dessous des niveaux critiques.

4.    Bonne conception des joints boulonnés (fixations et qualité du matériau de la bride), dans les applications cycliques thermiques par exemple, en choisissant des matériaux avec un coefficient de dilatation thermique égal pour les pièces serrées.

5.    Augmenter le frottement entre les filetages des boulons, comme la méthode du fil de verrouillage utilisée dans l'industrie aéronautique

Nous devons noter quelques pratiques utiles pour minimiser la charge de desserrage du boulon en service :

1.    Pour les problèmes de vibration, la prévention n'est généralement effectuée expérimentalement qu'après la survenance d'événements d'auto-desserrage.

2.    Pour mesurer la perte de précharge, il est nécessaire de mesurer la longueur du boulon après une période de fonctionnement et de la comparer à la longueur du boulon immédiatement après le serrage

3.    Pour améliorer l'élasticité du boulon, il faut avoir une longue longueur de serrage
 

Pour résumer, les joints boulonnés correctement chargés doivent assurer une bonne étanchéité et un bon joint boulonné est également composé de boulons très élastiques et de pièces de serrage très rigides.