INFLUENCE DU MATAGE DU RIVET
Pour évaluer l’influence du matage sur la résistance à l’adhérence, il me fallait expérimenter sur des pièces dont le rivetage était loin d’avoir donné le ser ragé max i mu m .
J'ai pris trois tôles de chaudière, dont les surfaces, devant être en contact après rivetage, étaient brutes et rugueuses; c’étaient des tôles fortement piquées par la rouille; l’épaisseur à river était de 44 millimètres.
Le rivet en acier doux n° 2, écrasé sous 40 tonnes et la pression maintenue sur les bouterolles un temps aussi court que possible, 2 ou 3 secondes.
Ce rivetage a donné à Cessai de résistance à l’adliérence un effort de 8ks,70 au démarrage, et à 3 glissements successifs, un effort de G kilogrammes environ.
Après ces quatre premiers glissements, nécessaires pour évaluer la résistance moyenne, j’ai fait un premier et léger matage de la tête et de la rivure du rivet, la résistance à l’adhérence est montée à 7 kilogrammes.
la résistance à l’adhérence a été de 10 kilog.
Après un 2e matage 3°
oe
Le matage de la tête et de la rivure agit comme le ferait un coin très mince qu’on ferait pénétrer sous la tête et sous la rivure d'un rivet, la tige (ou fût) subit do ce fait une traction plus grande que la traction initiale résultant du retrait, le serrage des tôles est plus énergique et l’adhérence augmente en proportion.
Si, au contraire, on opère le matage sur un rivet ayant donné presque son maximum de serrage possible, il est clair qu’on ne peut augmenter sensiblement le serrage.
Ainsi l’emploi d’un rivet long, en serrant les mêmes tôles, mais en ajoutant un bloc d’acier pour augmenter I épaisseur et la porter de 44 millimètres à 112 millimètres, les autres conditions restant les mêmes, c’est-à-dire, même acier n° 2, même température de chauffage, même pression, même durée de pression, etc., a donné les résultats suivants :
Au démarrage, résistance à l’adhérence llk?,7Ü au lieu de 8ks,70et, aux trois glissements consécutifs, un effort de 9ke,S0 au lieu de G kilogrammes; enfin une résistance de llks,70 après matage.
Ces faits s’expliquent facilement par la marche des phénomènes successifs que montre un acier soumis à une traction progressive.
En dessous de la limite d’élasticité, l’allongement du fût, alors dans la période élastique du métal, donne une résistance croissant rapidement avec cette déformation élastique tandis cju’après la limite d’élasticité, le métal entre dans la période de déformation permanente, dite des grands allongements et la résistance du fût n’augmente que faiblement pour un allongement donné.
11 y a même un phénomène particulier de desserrage des tôles qui apparaît
brusquement lorsque le matage a poussé la tension du rivet jusqu’à sa limite d’élasticité; àce moment, par suite du palier du métal, il se produit un brusque allongement du fût et le rivet cesse de serrer les tôles; le matage, à cette période,
a fait desserrer au lieu de serrer, el la résistance à l'adhérence subit une chute, qu’il est difficile et même souvent impossible de reprendre, parce que le matage ne permet qu’un allongement limité.
Les métaux sans palier supportent un matage plus prolongé puisqu'ils n’ont pas le brusque allongement du palier.
Dans le matage des tôles de chaudières, on opère généralement sur le bord de la tôle et non sur les têtes des rivets, mais le résultat est le même, le matage de la pince produit un bourrelet qui tend à écarter les deux tôles en contact comme le ferait un coin, et, par ce moyen, augmente la tension du rivet et fait serrer d’autant plus fortement les tôles du côté opposé au matage par rapport au rivet.
Les tableaux n°s 18 et 19 donnent les résultats do quelques expériences à l’appui des explications précédentes.
Epaisseur
mm.
Tableau N" 18
Influence du matage.
Rivets en acier n° 2. — Pression 40 tonnes.
Résistance à l’adhérence.
Durée ■■ —
de la pression avant matage,
secondes. kg.
Tôles polies.
Tôles rugueuses.
Tôles rugueuses (grande épaisseur serrée). 3 1 1 ,70
après matage, kg.
Tableau N° 19
Epaisseur
serrée.
mm.
Influence du matage.
Rivets en acier n° 4. — Pression 40 tonnes.
Résistance ;
t l’adhérence.
de la pression. avant matage.
après matage.
secondes.
kg.
kg-
Tôles polies.
Tôles rugueuses.
RESISTANCE AU CISAILLEMENT DES RIVETS DANS LES TOLES RIVEES
11 est bien entendu que dans une bonne construction la résistance doit être celle que donne l’adhérence seule, mais il peut être utile de connaître ce que peut donner, dans certains cas, la résistance supplémentaire due au cisaillement du fût du rivet.
M. Dupuy dit (paragraphe 19, p. 12): « L’effort nécessaire pour rompre un rivet, par millimètre carré des sections à trancher, n’est pas inférieur aux trois quarts de l’effort par millimètre carré de la section du rivet, qui produirait la rupture du rivet, s’il était soumis à des efforts de traction dans le sens de sa longueur. »
Et (page 57) : « 11 importe d’établir une relation entre le diamètre du rivet et l’épaisseur des tôles afin que l’ovalisation du trou ne se produise pas aussitôt après le glissement des tôles. »
M. Dupuy donne une formule d’après laquelle l’épaisseur de la tôle devrait être comprise entre la 1/2 et les 3/5 du diamètre du rivet.
Il est, en effet, admis en pratique que la résistance au cisaillement du rivet doit être au plus égale à la résistance à l’écrasement de la tôle (1); il vaut mieux avoir à remplacer un rivet cisaillé qu'une tôle dont les trous sont ovalisés, et la détérioration de la pièce est plus grave quand c’est la tôle qui est avariée que lorsque c'est le rivet qui est cisaillé.
Mais en fait il est difficile d’établir une formule, parce qu’on ignore la valeur de certains facteurs; ainsi la résistance du métal du rivet posé est très souvent très différente de celle du métal à l’état vierge. En outre, on admet pour l’établissement de cette formule que la résistance au cisaillement est les 4/5 de la résistance à la traction, or j’ai montré que la limite d’élasticité du cisaillement simple est seulement la moitié de ce qu’on admet, puisqu’ en réalité elle est les 4/10 de la limite d’élasticité à la traction (2).
Enfin, sous la pression du fût du rivet, par le fait de l’ovalisation du trou, la tôle augmente d’épaisseur, gonlle localement et repousse les tôles latérales, le rivet travaille à la fois par traction et par cisaillement. Puis des phénomènes d’inertie interviennent par suite des efforts dynamiques supportés par les constructions métalliques.
En résumé, il est impossible d’évaluer exactement tous les facteurs qui interviennent, mais notre ignorance à ce sujet est de peu d’importance, puisqu’une construction métallique ne doit résister que par l’adhérence des tôles.
(1) G. Maugas, Traité théorique et pratique du rivetage, p. 13.
(2) G. Fremont, Résistance au cisaillement des aciers de construction. Revue de métallurgie , mai 1900.
Néanmoins, pour être éclairé sur les phénomènes <Je déformation des pièces rivées, j’ai cru devoir effectuer quelques expériences.
Trois cas sont à considérer:
1° Le métal de la tôle est plus dur que celui du rivet.
2° Le métal de la tôle est le même que celui du rivet.
3° Le métal de la tôle es-t plus doux que celui du rivet.
1er cas. — Le métal des tôles est plus dur que celui du rivet.
Les essais ont été faits avec l’acier n° 18 pour le métal du rivet. — Résistance à la traction 36k®, 1 0, à l’état vierge. Résistance au cisaillement simple entre deux lames d’acier parallèles : 19ks,70.
Un premier essai a été fait, le rivet n’ayant ni tête ni rivure et se trouvant par suite à l’état de broche , les 3 tôles n’étant maintenues que par un boulon pour les empêcher de s'écarter et ce boulon étant desserré au fur et à mesure; la résistance au cisaillement double du rivet à l’état de broche a été de 25 kilogrammes par millimètre carré.
Le même acier n° 18 a été ensuite posé à l’état de rivet ayant tête et rivure effectuées à froid pour ne pas modifier la résistance du métal et ne créer aucun serrage initial susceptible d’augmenter la résistance au cisaillement par une résistance à l’adhérence des tôles.
Le cisaillement à double coupe de ce rivet a été de 35 kilogrammes par millimètre carré. Le même rivet, posé à chaud , a donné une résistance au cisaillement de 40k",50 par millimètre carré. Il est vraisemblable que la résistance du métal de ce rivet posé à chaud n’était plus de 36ks,10 comme à l’état vierge, mais de 41 à 44 kilogrammes, résistances trouvées dans d’autres essais (tableau n° 3). Les trous des tôles ne se sont pas déformés parce que la résistance de celles-ci était choisie très élevée en prévision de l’augmentation de résistance du métal du rivet par le traitement thermique et mécanique du rivetage, et pour ne pas faire intervenir l'épaisseur des tôles en fonction du diamètre du rivet.
Le rivet a été cisaillé; la figure 9 en donne la photographie.
2e cas. — Le métal des tôles et celui du rivet sont à peu près de même
résistance.
Les tôles sont en acier doux à chaudière de 38 kilogrammes de résistance; l’acier à rivet est le même que dans l'essai précédent, acier n° 18. Pour éviter la modification du métal par le chauffage, le rivet a été posé à froid.
La résistance du cisaillement a été de 31 kilogrammes par millimètre carré. Le trou de la tôle centrale a été ovalisé, le rivet a été complètement cisaille.
La figure 10 donne la photographie de la partie de la tôle centrale conténant le trou ovalisé, et celle du rivet cisaillé.
Le rivet a ensuite été posé à chaud; sa résistance étant plus élevée, au
Fig. 9. — Résistance au cisaillement du rivet. (Le rivet, en acier beaucoup plus doux
que celui des tôles, est cisaillé.)
I ig. 10. Résistance au cisaillement du rivet. (Le métal du rivet ayant à peu près la même rési stance à la traction que celui des tôles, le rivet est cisaillé et les trous sont ovalisés.)
cisaillement la tôle centrale a été plus gonflée, plus écrasée que précédemment; le rivet s'est néanmoins cisaillé sous un effort de 38 kilogrammes par millimètre carré.
3e cas. — Le métal du rivet est sensiblement plus dur que celui des tôles.
Fig. 11. — Résistance au cisaillement du rivet. (Le métal du rivet est plus dur que celui des tôles, aussi les trous de celles-ci s’ovalisent fortement.)
Les tôles sont les mêmes que précédemment, acier doux à 38 kilogrammes Le rivet en acier n° 19 (tableau n° 3) d’une résistance de 55 kilogrammes environ après rivetage.
Cette fois le rivet s'est légèrement déformé mais a résisté sans se cisailler, la tôle au contraire s’est très affaissée.
La figure 13 montre la phothographie de la tôle et celle du rivet.
Pour employer de l'acier dur pour rivet avec des tôles de résistance moindre, il faudrait donc réduire sensiblement le diamètre des rivets, si on désirait obtenir une résistance au cisaillement assez faible pour que l’effort statique n’ovalise pas les trous des tôles.
