Les grands types de raccordement de tuyauteries

-Les raccordements filetés avec étanchéité sur le filet sont des assemblages composés d’un filetage mâle conique  et d’un taraudage femelle conique ou cylindrique. L’effet d’étanchéité est amélioré en utilisant un produit de jointoiement.

-Les raccordements filetés sans étanchéité sur le filet: Ce sont des assemblages où parties mâle et femelle ont des filetages parallèles et où l’étanchéité est effectuée par la compression d’un joint, de surfaces métalliques ou de pièces métalliques déformables.

-Les raccordements rapides sans filetages: Ce sont des assemblages où parties mâle et femelle comportent des logements pour joints, qui sont compressés par l’assemblage.

1. Raccordement filetés avec étanchéité sur le filet

1.1 Étanchéité sur le filet, définitions et variantes

Les filetages de tuyauteries doivent réaliser un maintien mécanique mais aussi une étanchéité hydraulique. Cette étanchéité est réalisée par les forme des filets, par l’élimination du jeu entre les parties mâles et femelles, par l’utilisation de filetages coniques, et par l’utilisation éventuelle de produit de jointoiement entre les deux pour éviter la fuite en spirale le long des filets si elle existe. Deux variantes existent:

Les assemblages de filetages coniques mâles sur coniques Femelle Les assemblages de filetages coniques mâles sur cylindriques femelle

 

1.2 Étanchéité des assemblages conique mâle + conique femelle

1.2.1 Assemblage d’un filetage mâle conique avec un taraudage femelle conique (NPT avec NPT ou BSPT avec BSPT), avec produit d’étanchéité

En pratique, en raison des formes de filets et des tolérances, les filetages standards NPT et BSP ne peuvent pas garantir l’étanchéité sans devoir utiliser un produit d’étanchéité, de type ruban téflon ou mastic. La forme des filets NPT est cependant plus appropriée que celle des filets BSP pour éviter la fuite en spirale due au jeu existant entre les parties males et femelles en tête et pied de filet.

La forme de la crête du filet NPT est triangulaire La forme de la crête du filet BSP est arrondie

 

Ce désavantage des filetages BSPT peut cependant être facilement comblé par un produit d’étanchéité.
Le fond des filets n’est pas situé sur un cylindre, mais sur un cône, et va en diminuant. La conicité est de 1/16, aussi bien dans les filetages coniques NPT que BSPT (à l’origine, ce rapport 1/16
correspondait au rapport entre 3/4 de pouce et un pied). En raison de cette conicité, un filetage mâle ne peut se visser que d’une certaine longueur avant de bloquer.
Les normes spécifient cette longueur comme la longueur de serrage à la main. Une règle générale est de serrer à la main puis ensuite donner un ou deux tours avec une clé mais ce serrage dépend du produit d’étanchéité utilisé. Voir plus loin dans ce document les problèmes liés aux produits d’étanchéité.
Les normes donnent les longueurs minimales de filets qui doivent être en contact, mais dans la pratique les longueurs de filetages sont souvent plus courtes.

1.2.2 Assemblage d’un filetage mâle conique avec un taraudage femelle conique sans produit d’étanchéité sur le filet, (NPTF+NPTF) aussi dits Dryseal (Joint sec)

Un certain nombre de variations du filetage NPT, ont été introduites pour résoudre le problème de fuite de spirale et sont connus en tant que filetages « Dryseal » (Voir la norme SAE J476). Le plus connu est le NPTF (F pour « Fuel » essence). Dans le NPTF, la conception des têtes et fonds de filets mâles et femelles a été faite pour que la crête écrase ou déplace de la matière dans le fond du filet lors du serrage. L’ajustement serré entre la tête du filet de l’un et le fond de filet de l’autre provoque une jonction étanche, non sujette aux fuites en spirale. Le croquis ci dessous présente un raccord mâle NPTF vissé a la main dans un filetage femelle NPTF. On peut voir sur ce croquis que les crêtes aussi bien de la partie mâle que de la partie femelle sont en contact avec les fonds de filets avant que les flancs de filets se touchent. Le croquis suivant montre ces deux pièces après un resserrage de un tour. Dans ce croquis, on peut voir que les flancs des filets se touchent et que la
matière des crêtes s’est matée dans les fonds de filets.

NPFT+ NPTF, serrage à la main NPTF+NPTF, serrage à la clef

1.3 Étanchéité des assemblages conique mâle + cylindrique femelle

1.3.1 Assemblage d’un filetage mâle conique avec un taraudage femelle cylindrique (BSPT+BSPP ou NPT+ NPSC), avec produit d’étanchéité

Cette solution n’est pas considéré comme idéale, mais est la plus largement utilisée en Europe.
Dans cet assemblage, l’étanchéité à la pression est réalisée par la compression des filets due au serrage. Cette compression se produit dans les premiers tours du filetage interne cylindrique.
Lorsque le serrage est effectué, les matières des filets mâles et femelles se déforment l’une dans l’autre dans l’autre. C’est cette déformation qui garantit théoriquement l’étanchéité
Cependant, en dépit des normes créées pour garantir les dimensions et le forme des filetages, les filetages et taraudages coniques et cylindriques ne sont pas exacts et des fuites peuvent se produite: La zone où la crête et le fond du filetage se rencontrent peut former un chemin de fuite en spirale qui traversera les premiers filets ou l’étanchéité est sensée être réalisée, et aucun serrage ne pourra l’éliminer.
Une règle générale est de serrer à la main puis ensuite donner un ou deux tours avec une clé mais ce serrage dépend du produit d’étanchéité utilisé.
Voir plus loin dans ce document les problèmes liés aux produits d’étanchéité.
Les normes donnent les longueurs minimales de filets qui doivent être en contact, mais dans la pratique les longueurs de filetages sont souvent plus courtes.

BSPP+BSPT BSPP+BSPT avec filet tronqué NPT+NPSC

 

Note importante : La norme ISO 228, (Norme définissant les filetages cylindriques type BSPP) qui traite des assemblages ou l’étanchéité n’est pas faite dans le filet a défini un filetage mâle tronqué ne comportant pas de tête de filet arrondie. De nombreux constructeurs utilisent à tort cette forme de filet pour les filetages mâles coniques. Cette forme de tête de filets tronqués donne une fuite en spirale nettement plus importante que la forme normale, une limitation de la pression maximale de service et dans certains cas extrêmes des fuites impossible à colmater.

1.3.2 Assemblage d’un filetage mâle conique avec un filetage femelle cylindrique (NPTF+ NPSF), sans produit d’étanchéité, aussi dits Dryseal (Joint sec)

C’est la combinaison d’un filetage mâle NPTF (voir ci-dessus) avec une ne variante cylindrique femelle du filetage « Dryseal » nommé NPSCF (National Pipe Straight Fuel). Il est utilisé pour
réaliser une connexion mécanique satisfaisante et un joint d’étanchéité hydraulique. (Pour mémoire, peu utilisé).

2. Étanchéité non réalisée sur le filet

Il existe des dizaines de solutions pour réaliser une étanchéité de tuyauterie hors filetage. Un grand nombre on été développées au cours de ces deux dernières décennies, en particulier par les
constructeurs de raccords. Nous nous contenterons de développer les plus importantes méthodes, et de citer les normes correspondantes. La norme ISO228, utilisée la plus couramment, et qui traite des assemblages de tuyauteries sans étanchéité sur le filet, ne fait que définir des pas type Withworth des tolérances et des formes de filetages, sans fournir aucune indication sur la manière de réaliser cette étanchéité.
Les filetages des parties assemblées sont le plus souvent ceux définis par la norme ISO228 (BSPP, avec crêtes arrondies ou tronquées, qui comporte deux classes de tolérances: A et B), mais aussi
NPT, NPSC, UNF, ou métriques. Il est nécessaire de se référer aux normes spécifiques de chacun de ces systèmes de raccordement (voir tableau plus loin).

BSPP+BSPP (ISO 228) Truncated BSPP+BSPP (ISO228)

2.1 Étanchéité par joint sur les tranches (solution la plus courante)

Joint plat interne : l’étanchéité est réalisée par compression d’un joint fibre, élastomère, ou métallique

Assemblage
de deux pièces fixes
Assemblage avec guidage
de joint sur partie male
Assemblage
avec écrou mobile

 

Joint plat externe : l’étanchéité est réalisée par compression d’un joint fibre élastomère, ou métallique

 Joint non
maintenu
Joint dans gorge
de maintien
Joint avec bague
métallique externe

 

Taille des joints
Les joints plats peuvent être utilisés en montage intérieur ou extérieur dans des assemblages de filetages cylindriques.
Valeurs recommandées par JPC (filetages aux dimensions ISO228 et ISO 10226, couples de serrage sur raccords métalliques).

 

Dimension (pouces) Ancienne dénomination française Montage interne Montage externe
Diamètre du joint Couple de serrage Diamètre du joint Couple de serrage
intérieur  extérieur  Fibre NBR  intérieur  extérieur   Fibre  NBR
 1/8 5-10 8.4 11.9  11  7  9.8  13.6  14  10
 1/4  8-13  11.5  15.2 16 11 13.2 17.4 20 14
3/8 12-17 15 19.0 21 15 16.7 21.2 26 19
1/2 15-21 18.7 23.0 28 20 21 25.8 36 25
3/4 20-27 24.2 29.2 42 29 26.5 32.0 50 35
1 36-34 30.3 35.7 56 39 33.3 39.2 68 47
1-1/4 33-42 39 45.8 91 63 42 49.0 100 70
1-1/2 40-49 44.9 52.0 108 76 47.8 55.0 116 81
2 50-60 56.7 63.0 118 83 59.6 67.0 147 103

2.2 Étanchéité par joint conique métallique

Ces joints sont utilises lorsque des hautes pressions sont atteintes, ou lorsque pour des raisons sanitaires ou de tenue chimique ou thermique des joints élastomère ou fibre ne sont pas possibles.

Étanchéité par liaison cône / cône,
angle du cône 30°
Étanchéité par liaison cône / cône,
angle du cône 37°
Joint sphéro conique, angle
du cône 30°
Étanchéité par liaison cône /cône et bicône rapporté, angle du cône 24° Étanchéité par liaison cône / cône + joint torique, angle du cône 24°

 

2.3 Étanchéité par joint sur partie externe du tube et systèmes de raccords rapides

Ces systèmes sont utilisés dans les applications de grande série, ou lorsque des positionnements angulaires modifiables sont nécessaires.

Joint torique comprime entre
deux parties filetée
raccord rapide style air comprimé, verrouillage par griffes raccord rapide a double gorge,
verrouillage par clips
raccord rapide à simple gorge,
verrouillage par clips

 

2.4 Étanchéité par déformation de tube souple : solutions simples et économiques pour des raccordements soumis à des pressions faibles (moins de 1 Bar)

Embout lisse Embout lisse + écrou de
verrouillage
Embout cannelé Embout barbelé Embout cannelé + collier pour tube de gros diamètre

 

3. Problèmes usuels de raccordement de tuyauteries

3.1 Utilisation de filetages moulés en matières plastiques pour l’assemblage des tuyauteries

3.1.1 Différences dimensionnelles

Les filetages de tuyauterie ont été initialement conçus pour être réalisés par usinage. Dans les pièces en plastique injectées, les déformations du plastique et les retreints de moulage rendent
difficile la réalisation d’assemblages de filetages étanches.
Pour cette raison, l’utilisation d’un produit d’étanchéité est recommandée sur tous les filetages de tubes en plastique.
En général les raccords en plastique, et en particulier les raccords à connexion rapide utilisent des filetages NPT.

3.1.2 Serrage excessif

La différence majeure entre les plastiques et les métaux est le comportement des polymères a la déformation sous charge (fluage).
Les pièces en matière plastique continuent à se déformer si elles sont si elles sont soumises à une charge constante, cette déformation est appelée le fluage. Par exemple, un filetage mâle en matière plastique, fluera lorsqu’il sera trop serré dans un filetage femelle conique métallique. Il en est de même si un filetage femelle plastique est trop serré sur un filetage conique mâle. Il est nécessaire de réduire fortement les couples de serrage des raccords coniques en plastique.
Les déformations des filetages cylindriques sont moins importantes car les contraintes sont plus faibles. Cependant ces raccords on tendance à se desserrer à cause de l’augmentation du diamètre
de la partie femelle due aux angles de 60 ou 55° des filetages.
Si le couple de serrage où la pression où la température sont trop élevés, ces déformations se produiront et conduiront inévitablement à des fuites ou à une rupture de la pièce dans un temps plus ou moins long.
Il existe une forme de filetage adaptée aux contraintes, que peuvent subir ces écrous plastique et qui en limite le fluage, c’est le filetage asymétrique 7/45° dont le flanc qui subit la pression du serrage est quasi perpendiculaire au tube.
La version la plus utilisée de ce filetage asymétrique est le « American National standard Inch Buttress Screw Thread » (Ainsi B1-9-1973). Il est en particulier utilisé de manière quasi universelle dans les raccords de pompes et de réchauffeurs de balnéothérapie et de piscine, qui se connectent sur des Tuyauteries en PVC. (diamètres usuels 2.5″- 8 et 3″- 8).
 

 

 

Filetage Buttress pour raccords plastiques

3.1.3 Corrosion

Des phénomènes de corrosion peuvent se produire lorsque des filetages en plastique sont raccordés sur des tuyauteries métalliques.
L’attaque chimique peut se produire lorsque les produits d’étanchéité utilisés sur le filetage sont inadéquats. Ces produits sont en général utilisés pour combler les fuites en spirale qui sont dues à
des mauvaises combinaisons de filetages. Les pâtes et mastics anaérobie doivent être évités. Ces produits peuvent contenir des produits chimiques attaquant les matières plastiques. L’utilisation d’un produit d’étanchéité à base de téflon, pâte ou ruban, est le meilleur choix pour les filetages en plastique.

3.2 Les erreurs de raccordement entre filetages incompatibles

3.2.1 NPT mâle dans BSPP femelle

Dans les dimensions nominales 1/16 “, 1/8”, 1/4 “et 3/8” les pas sont différents, ce qui provoque un désalignement des filets
Les angles des filetages sont également différents.
NPT a un angle de 60 ° et le BSP un angle de 55 °.
Le croquis ci contre montre un NPT male vissé dans un BSPP femelle.
En raison du diamètre plus petit du BSPP et la différence de pas, le NTP se visse de seulement quelques tours et l’assemblage n’est pas étanche.

 

3.2.2 NPT mâle dans BSPT femelle

Le croquis ci contre montre un NPT vissé dans un BSPT. Le BSPT ayant un plus gros diamètre d’entrée, il permettra au NTP de se visser davantage, mais la différence de pas et les différences
d’angle des filets provoquent une fuite en spirale.
Dans le cas particulier des dimensions nominales 1/2″ et 3/4″ le pas est identique et le montage se fera relativement bien, mais la différence d’angle du filetage provoquera une fuite en spirale le long du filet. Il est possible dans ce cas particulier de réaliser un assemblage étanche en utilisant un produit d’étanchéité approprié.

NPT dans BSPT
avec pas différent

 

 

 

NPT dans BSPT
avec pas identique
(½ » ou ¾ »)

 

 

 

3.3 Les problèmes de positionnement

Lorsque deux pièces filetées sont raccordées l’une a l’autre, et en particulier lorsque ce raccordement doit assurer l’étanchéité par la compression d’un joint souple ou rigide, ou par le serrage d’un filetage mâle conique sur un filetage femelle conique ou cylindrique, il n’est pas possible de prévoir à l’avance quel sera le positionnement angulaire relatif des deux parties, puisque ce positionnement sera donné par le moment ou le joint est étanche.
Quelques solutions ci dessous:

Systèmes avec étanchéité sur le filet Systèmes avec joint plat souple (élastomère) Systèmes avec joint plat peu compressible (fibre ou cuivre) Systèmes avec étanchéité métal sur métal
-En utilisant des fils polyamide enduits le positionnement peut être ajusté sur 90 à 180° -Utiliser un joint compressible dont l’épaisseur est au moins égale à 3 fois le pas (par exemple 6 mm pour ½ ») permet un réglage sur +/-180°, mais réduit la tenue en pression.
Une épaisseur de 1.5 fois le pas, en dureté shore de 80 permet en général un réglage sur 90°
– Utiliser un raccord à écrou mobile
– Faire un premier montage avec serrage manuel, estimer la position avec serrage complet (qui sera en général entre 90°et 180° supplémentaire), si cette position estimée ne correspond pas à celle souhaitée, changer le joint pour une épaisseur différente. Pour ce type de réglage, il est nécessaire d’avoir 4 jeux de joints d’épaisseur différente, l’échelon entre chaque épaisseur étant égal à ¼ du pas . par exemple pour un filetage ½ » (pas de 1.814, il sera nécessaire d’avoir des joints de 2; 2.5; 3 et 3.5 mm
– Utiliser un raccord à écrou mobile