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Bolted Flange Joints - Features and Components
BM5571 v1 Article de référence

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Bolted Flange Joints - Features and Components

Auteur(s) : Simon PLANCHE

Date de publication : 10 juil. 2026

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1 - Characteristics of Bolted Flange Assemblies

2 - Flanges

3 - Gaskets

  • 3.1 - Types of Seals

  • 3.2 - Seal Behavior

  • 3.3 - Selection of the joint

4 - Bolts

  • 4.1 - Overall Role of Bolts

  • 4.2 - Bolt Assembly Components

  • 4.3 - Bolting Materials

5 - Metal-to-Metal Contact

6 - Conclusion

7 - Glossary

8 - Acronyms, Notations, and Symbols

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Les assemblages à brides boulonnées sont largement utilisés dans les installations industrielles mettant en œuvre des fluides sous pression, notamment dans les secteurs du nucléaire, de la pétrochimie, du forage offshore ou encore de l’industrie navale. Leur rôle est d’assurer simultanément la continuité structurelle du circuit et l’étanchéité de la barrière de pression. La maîtrise de ces assemblages repose sur l’interaction entre trois composants principaux : les brides, le joint d’étanchéité et la boulonnerie. Cet article présente les caractéristiques essentielles de ces composants, leurs fonctions respectives et les principes permettant d’assurer leur compatibilité dans la conception des liaisons étanches. Il introduit également la logique de maîtrise du serrage et la méthode TBSS (Tight Between Seal and Strength). Il constitue le premier volet d’une série consacrée aux assemblages à brides boulonnées.

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Auteur(s)

  • Simon PLANCHE : Head of the Inspection and Regulatory Affairs Department (SIR) - EDF SA, Golfech Nuclear Power Plant, Golfech, France

INTRODUCTION

Bolted flange assemblies are widely used in many demanding industrial sectors, including nuclear facilities, petrochemicals, offshore drilling, and the shipbuilding industry. They are frequently integrated into systems that handle pressurized, high-temperature, cryogenic, or potentially hazardous fluids.

In these environments, a loss of seal integrity in a joint can have significant consequences. Failures can manifest in various forms, ranging from a simple leak to more severe phenomena, such as gasket extrusion, bolt ejection, or flange rupture. Mastering these assemblies is therefore a major industrial challenge, both to ensure the safety of people and the protection of the environment and property, and to guarantee the availability and performance of the facilities.

The operation of a bolted flange joint relies on applying the proper tightening torque to the bolts, which generates sufficient contact pressure on the gasket to ensure the joint is leak-tight. However, such a joint cannot be considered a simple juxtaposition of independent components. The flanges, gasket, and bolts constitute a mechanical system in which the components interact closely. The overall performance of the joint therefore depends on their combined behavior.

With this in mind, this article presents the main components of a bolted flange assembly and describes their essential characteristics. The objective is to provide designers with the necessary information to guide the selection of flanges, gaskets, and fasteners based on operating conditions and the characteristics of the fluid to be contained.

This overview serves as a first step toward understanding the fundamental principles of bolted flange assemblies. Subsequent articles in this series will address the mechanical modeling of these assemblies as well as methods for determining clamping force, particularly using the TBSS (Tight Between Seal and Strength) method.

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MOTS-CLÉS

bride joint boulon

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5571

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7. Glossary

Bolted Flange Assemblies

Mechanical connections consisting of flanges, a gasket, and bolts, ensuring the structural continuity of the system and a leak-tight seal under pressure.

Class

An alphanumeric designation used for reference purposes, based on a combination of mechanical and dimensional characteristics of a component in a piping system. It consists of the word “Class” followed by a dimensionless integer. This definition is derived from the standard EN 1759-1.

Metal-to-metal contact

A configuration in which rigid flange surfaces come into contact, limiting compression of the gasket and stabilizing the mechanical behavior of the assembly.

Effective seal diameter

The diameter at which the gasket’s bearing load is in equilibrium.

Nominal diameter (DN)

An alphanumeric designation for the dimensions of components in a piping system, used for reference purposes. It consists of the letters DN followed by a dimensionless integer that is indirectly related to the actual dimensions, in millimeters, of the bore or outside diameter of the end connections. This definition is derived from ISO 6708.

Butt force

The axial resultant of the internal pressure on the fluid cross-section in question; it tends to pull the flanges apart and must be balanced by the clamping force in the bolting.

Interlocking

A male/female geometric interlock on the flange faces that allows the gasket to be confined within a cavity.

EPDM gasket

A synthetic rubber (ethylene propylene diene monomer) seal. Resistant to water, steam, and atmospheric agents, used for applications with low to moderate mechanical stress.

PTFE seal

A polytetrafluoroethylene (PTFE) seal characterized by excellent chemical and thermal resistance, used in harsh environments.

LDAR (Leak Detection and Repair)

An industrial program aimed at detecting, measuring, and reducing fugitive emissions from equipment (temporary assemblies, valves, pumps, etc.). It relies on periodic inspections and mandatory corrective actions, particularly in facilities subject to strict environmental or safety requirements.

TGL Method

“Technischen Normen, Gütevorschriften und Lieferbedingungen” (Technical Standards, Quality Regulations, and Delivery Conditions). A calculation method specified in EN 1591-1 as an alternative to the Taylor Forge method, based on sealing classes, which associates a target leak rate with a minimum load to be applied to the seal, determined in accordance with the standard EN 13555.

Joint Parameters

Parameters obtained through testing that characterize the joint’s behavior in the calculation ( ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LAMONS® -   Gasket & fastener handbook, a technical guide to gasketing & bolted flanges  -  . – (2016).

  • (2) - LEFRANÇOIS (M.) -   Metal-to-metal seals : the innovative route in static sealing  -  . – (2004).

  • (3) - PLANCHE (S.) -   Assemblages à brides boulonnées – Modèle et calcul mécanique.  -  [BM 5 572] (2026).

  • (4) - PLANCHE (S.) -   Assemblages à brides boulonnées – Méthode TBSS (Tight Between Seal and Strength).  -  [BM 5 573] (2026).

  • (5) - LEJEUNE (H.), OMNES (B.) -   Étanchéité en mécanique – Étanchéité aux liaisons statiques.  -  [BM 5 418] (2023).

NORMES

  • Flanges and Their Assemblies – Circular flanges for pipes, valves, fittings, and accessories designated PN – Part 1: Steel flanges. - NF EN 1092-1 - 2018

  • Flanges and their assemblies – Circular flanges for pipes, valves, fittings, and accessories, designated Class – Part 1: Steel flanges, NPS ½″ to 24″. - NF EN 1759-1 - 2005

  • Metal products – Types of inspection documents. - NF EN 10204 - 2005

  • Flanges and Their Assemblies – Gasket specifications and test procedures related to design rules for circular flange assemblies with gaskets. - NF EN 13555 - 2014

  • Flanges and Their Assemblies – Bolting – Part 1: Selection of bolting. - NF EN 1515-1 - 2000

  • Flanges and Their Joints – Bolts – Part 2: Classification of bolting materials for steel flanges, designated PN. - NF EN 1515-2 - 2002

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Ressources documentaires

Assemblages à brides boulonnées - Modèle et calcul mécanique

La conception d’un assemblage à brides boulonnées impose de garantir simultanément l’étanchéité de la ...

Assemblages à brides boulonnées - Méthode TBSS (Tight Between Seal and Strength)

La détermination du serrage d’un assemblage à brides boulonnées constitue une étape essentielle pour ...

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