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


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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?


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Dépend. Est-il grippé (de la rouille) ou trop serré? Votre réponse est trop serrée. saisi est Ecnerwal.
Mazura

@ Mazura, ma pensée initiale était trop serrée, mais je ne l'avais pas spécifiée à l'origine, il est donc un peu tard pour l'ajouter maintenant.
Testeur101

5
Si vous parlez d'un écrou sur un boulon, chauffer l'écrou plus que le boulon fera grossir l'écrou par rapport au boulon. Cette action est simple et directe - vous devez simplement prendre soin de concentrer la chaleur sur l'écrou, pas sur le boulon. Pour les autres scénarios, vous devez réfléchir un peu à la situation et concentrer la chaleur sur la partie que vous souhaitez développer. Parfois, l’utilisation d’un refroidissement sur une partie peut aider.
Hot Licks

1
Eh bien, si vous le chauffez suffisamment pour qu'il fonde ...
nnnnnn

1
Le conseil commun (sens) est de chauffer l'écrou, pas le boulon. Si vous pensez vraiment ce que vous proposez ici et dans votre réponse fonctionne réellement, postez-en une vidéo avec des couples mesurés.
Fizz

Réponses:


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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.


S'il y avait un écart de 0,001 mm entre le boulon et l'écrou, l'écrou serait de toute façon desserré, vous n'auriez donc pas besoin de chaleur pour le desserrer.
alephzero

Est-ce vrai si aucune noix n'est impliquée? Par exemple, si le boulon est enfilé dans une pièce solide, comme décrit dans ma réponse?
Testeur101

4
@alephzero eh bien, il y a une clause de non-responsabilité à propos de moi et des chiffres: P Tester101, cela vaut également pour une pièce solide. À mesure que le métal se dilate, les trous se dilatent aussi.
Vladimir Cravero

1
@alephzero - Pas s'il est rouillé. Voir la réponse de Ecnerwal.
Mazura

Cela a du sens pour moi avec un écrou et un boulon, car ils chaufferaient tous deux à peu près à la même température. Cependant, si le boulon était dans un gros morceau de matériau, je penserais qu'il serait difficile d'obtenir le trou à la même température que le boulon.
Testeur101

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Le secret est l' expansion contrainte .

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

Boulon coincé dans un trou
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.

Boulon en expansion
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.

Contrat de boulon
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.


4
@ JPhi1618 S'il y a un écrou impliqué, l'élargir avec de la chaleur pourrait aider. Bien que je ne connaisse pas beaucoup de gens qui aiment jouer avec les noix chaudes.
Testeur101

3
En outre, le boulon risque de refroidir plus rapidement que la masse plus importante qui l’entoure, ce qui accentue le phénomène.
Isherwood

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-1 cette réponse est absurde, vous prétendez que la vis devient plus petite qu'elle ne l'était à la même température!? Si cela était vrai, il serait possible de fabriquer du métal de n'importe quelle densité en le chauffant / en le refroidissant dans des trous de plus en plus petits. La vraie réponse est probablement "l'expansion du trou (due à la conduction thermique) , plus une expansion inégale rompant tous les liens causés par la rouille"
BlueRaja - Danny Pflughoeft

6
@ BlueRaja-DannyPflughoeft pas exactement. Le diamètre de la partie filetée du boulon (la partie contrainte) sera très légèrement inférieur, tandis que la longueur du boulon sera très légèrement plus longue. Nous ne parlons pas d'un changement énorme ici, nous parlons de millièmes de pouce.
Testeur101

5
@ BlueRaja-DannyPflughoeft La réponse est logique pour moi - essentiellement, le boulon devient "formé à froid" [bien qu'il ne soit pas vraiment froid en soi] pour un trou légèrement plus petit (car il n'a pas augmenté autant).
Random832

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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.


5
Un autre facteur à considérer est que les métaux peuvent souder à froid (acier sur aluminium par exemple). La dilatation thermique différentielle peut fissurer cette jointure.
Chris H

1
La chaleur est le plus grand agent de libération de la nature.
Mazura

1
ne pas discuter, mais je suis intéressé à en apprendre davantage. Y at-il une source qui dit ceci?
DrewJordan

@DrewJordan - Pas que je puisse trouver; la mécanique n'est pas vraiment du type "littérature". Ils savent juste que ça marche. IMO c'est 95% "agent de démoulage" et 5% "expansion contrainte".
Mazura

2
@DrewJordan m'a expliqué par un forgeron / armurier. Beaucoup d'informations sur l'eau liée, le chauffage pour libérer l'eau liée (les informations sur la céramique en ont beaucoup), et une foule d'informations sur la fabrication d'une sorte de nanoparticules (oh, à la mode - également hors de propos) - pas grand-chose qui entre dans le changement de volume résultant de enlèvement de l'eau liée (lots mentionnant le changement de volume de fer / acier en rouille.)
Ecnerwal

12

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.


1
C’est exactement ce que disent mes ressources mécaniques en ligne; chauffer la partie environnante, pas le boulon. Twist tout chaud. Cependant, je pense que votre conjecture sur le simple fait de chauffer le boulon et de s’appuyer sur la conduction est trompeuse, car c’est exactement le contraire de ce que vous voulez dire.
Zach Mierzejewski

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Non, c'est une alternative qui est parfois la seule option et qui peut toujours fonctionner. Ne soyons pas trop pédants, allons-nous? Après tout, l'objectif est de sortir le boulon. :)
isherwood

"ou vous placez le couvercle sous l'eau chaude." Est-ce que je ne fais pas cela parce que le contenu était chaud lorsqu'il a été scellé, et maintenant à la température ambiante, ils sont stockés à une pression inférieure à la pression atmosphérique, ce qui fournit une force qui agit pour retenir le couvercle? Et chauffer le contenu (ou du moins l'air au-dessus d'eux) inverse ce processus?
Doug McClean

Nous parlons de frottement entre les fils du couvercle et les fils du pot. Une légère pression à l'intérieur ou à l'extérieur a relativement peu d'effet sur la rotation du couvercle.
Isherwood

2

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 .


4
Je ne le laisse pas refroidir, mais le rouge ardent est beaucoup trop loin; vous risquez de cisailler le boulon. Alors quoi .... forets et robinets.
Mazura

1
@mazura quand le boulon est chaud, il va tirer et glisser comme du fromage chaud. la tonte est un problème pour le fromage froid. Le fromage s'effrite et se casse quand il fait froid, pas tellement quand il fait chaud. Mais oui, cela pourrait toujours arriver… si ça se déchire, vous pouvez être rassuré de savoir que cela se serait passé de toute façon, et moins probable quand cela sera doux et extensible.
Ben Welborn

1
C’est tout à fait la bonne réponse, ce qui est nul parce que c’est tout en bas avec 0 voix, et toutes les autres réponses concernant une différence d’expansion ne sont que des ordures. Quel que soit le matériau de votre boulon / écrou et celui que vous chauffez davantage, la dilatation du matériau dans lequel le boulon est vissé se dilatera dans la cavité, pas celle de la cavité. L'argument chauffage / refroidissement peut sembler logique, mais je doute fort que les effets soient significatifs. De plus, ce n'est pas ce que les gens font. Non, la raison en est que le métal chaud a beaucoup moins de tension de ressort sur le filetage, ce qui est ce qui retient réellement le boulon.
JJ

1
@JJ ouais, ils pensent être des scientifiques. Je suis un scientifique et j'ai travaillé dans la forge, avec plus de véhicules que je ne peux en compter. Mais peu importe, la vérité n'est pas toujours populaire.
Ben Welborn,

2

@ 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. :)


Il est en expansion "par plus" si.
Frnhr

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C’est à mon avis la seule réponse correcte ici. Le boulon augmente, l’écrou augmente et l’espace entre eux augmente. Et dans ces mots exacts, voilà comment mon professeur de physique m'a enseigné le principe.
Douglas a tenu

1

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.

entrez la description de l'image ici

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.


0

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.


0

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.


-1

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.


-2

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.


2
Alors, comment la chaleur brise-t-elle ces liens sans aucune "science-y nonsense"? La magie?
JimmyJames

1
Comment le frottement est-il moins "scientifique" que la dilatation thermique? Savez-vous que friction et pression sont directement liées? Votre propre exemple le démontre. Qui a dit quoi que ce soit à propos de la rouille de toute façon?
Isherwood
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