BE1025078A1 - Method of designing a tool for friction welding, tool obtained by said method and use of the tool for friction welding blades on a rotor of a turbomachine - Google Patents

Method of designing a tool for friction welding, tool obtained by said method and use of the tool for friction welding blades on a rotor of a turbomachine Download PDF

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BE1025078A1 BE20175194A BE201705194A BE1025078A1 BE 1025078 A1 BE1025078 A1 BE 1025078A1 BE 20175194 A BE20175194 A BE 20175194A BE 201705194 A BE201705194 A BE 201705194A BE 1025078 A1 BE1025078 A1 BE 1025078A1
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Abstract

La méthode comprenant les étapes suivantes : - définir une forme d'outil (1) initaile ; - définir un espace de conception (2) pour le soudage d'une aubes (4) à la paroi extérieure du rotor (5) ; - définir les paramètres essentiels à la conception de l'outil (1) : effort imposé à l'outil, géométrie de l'aube (4), module d'élasticité du matériau de l'outil (1), une marge de déformation de l'outil (1) tolérée ; - discrétiser la forme initiale de l'outil (1) en éléments finis ; - optimiser la forme initiale de l'outil (1) dans l'espace de conception (2) en utilisant une méthode d'optimisation topologique en prenant en compte les paramètres essentiels à la conception de l'outil (1).The method comprising the following steps: - defining a form of tool (1) initaile; - defining a design space (2) for welding a blade (4) to the outer wall of the rotor (5); - define the parameters essential to the design of the tool (1): force imposed on the tool, geometry of the blade (4), modulus of elasticity of the material of the tool (1), a margin of deformation of the tool (1) tolerated; discretizing the initial shape of the tool (1) in finite elements; optimizing the initial shape of the tool (1) in the design space (2) by using a topological optimization method taking into account the parameters essential to the design of the tool (1).

Description

(30) Données de priorité :(30) Priority data:

(71) Demandeur(s) :(71) Applicant (s):

SAFRAN AERO BOOSTERS S.A.SAFRAN AERO BOOSTERS S.A.

4041, HERSTAL4041, HERSTAL

Belgique (72) Inventeur(s) :Belgium (72) Inventor (s):

PIERRE Paul-André 4000 LIEGE BelgiquePIERRE Paul-André 4000 LIEGE Belgium

LAVIGNE Thierry 01600 TREVOUX France (54) Méthode de conception d'un outil pour le soudage par friction, outil obtenu par ladite méthode et utilisation de l'outil pour le soudage par friction d'aubes sur un rotor d'une turbomachine (57) La méthode comprenant les étapes suivantes : définir une forme d'outil (1) initaile ; - définir un espace de conception (2) pour le soudage d'une aubes (4) à la paroi extérieure du rotor (5) ; - définir les paramètres essentiels à la conception de l'outil (1) : effort imposé à l'outil, géométrie de l'aube (4), module d'élasticité du matériau de l'outil (1), une marge de déformation de l'outil (1) tolérée ; discrétiser la forme initiale de l'outil (1) en éléments finis ; - optimiser la forme initiale de l'outil (1) dans l'espace de conception (2) en utilisant une méthode d'optimisation topologique en prenant en compte les paramètres essentiels à la conception de l'outil (1).LAVIGNE Thierry 01600 TREVOUX France (54) Method for designing a tool for friction welding, tool obtained by said method and use of the tool for friction welding of blades on a rotor of a turbomachine (57) The method comprising the following steps: defining a form of tool (1) initial; - define a design space (2) for welding a blade (4) to the outer wall of the rotor (5); - define the parameters essential to the design of the tool (1): force imposed on the tool, geometry of the blade (4), modulus of elasticity of the tool material (1), a margin of deformation tool (1) tolerated; discretize the initial shape of the tool (1) into finite elements; - optimize the initial shape of the tool (1) in the design space (2) using a topological optimization method taking into account the parameters essential to the design of the tool (1).

Figure BE1025078A1_D0001

BE2017/5194BE2017 / 5194

Méthode de conception d’un outil pour te soudage par friction, outil obtenu par ladite méthode et utilisation de i’outii pour ie soudage par friction d’aubes sur un rotor d’une turbomachineMethod for designing a tool for friction welding, tool obtained by said method and use of the tool for friction welding of blades on a rotor of a turbomachine

Domaine technique [0Ö01Technical area [0Ö01

L'invention se rapporte à une méthode de conception d’un outil, à i’outiS obtenu et à une utilisation de i’outii pour une soudure par friction.The invention relates to a method of designing a tool, to the tool obtained and to the use of the tool for friction welding.

Etat de ia technique [0002] Le soudage par friction est un procédé qui utilise ia chaleur générée par ia friction entre une première pièce et une deuxième pièce à 10 assembler en appliquant une force de compression entre elles. La chaleur générée permet d’amener les parties en contact des pièces à assembler dans un état pâteux permettant leur soudage.State of the art [0002] Friction welding is a process which uses the heat generated by friction between a first part and a second part to be assembled by applying a compressive force between them. The heat generated makes it possible to bring the parts in contact with the parts to be assembled in a pasty state allowing them to be welded.

[0003] La friction entre une première pièce et une deuxième pièce à assembler peut être appliquée selon un mouvement linéaire, rotatif, circulaire 15 ou orbital entre ies deux pièces. Le soudage par friction orbital est particulièrement adapté pour le soudage entre deux pièces présentant deux surfaces d'assemblages aux dimensions proches mais ne présentant pas de symétrie de rotation de leurs deux surfaces d’assemblages.The friction between a first part and a second part to be assembled can be applied in a linear, rotary, circular or orbital motion between ies two parts. Orbital friction welding is particularly suitable for welding between two parts having two assembly surfaces with close dimensions but having no rotational symmetry of their two assembly surfaces.

[0004] Le soudage par friction orbitale nécessite de mettre une des 20 pièces à souder en mouvement par rapport à l'autre. Une machine de friction orbitale permet le contrôle du mouvement de friction et de ia force de compression appliquée au cours du soudage par friction orbitale. Une machine de friction orbitale est équipée d’un outil qui permet le maintien de ia première pièce à souder sur la machine de friction, la deuxième pièce à souder étant .25 maintenue dans une position fixe.Welding by orbital friction requires putting one of the 20 parts to be welded in movement relative to the other. An orbital friction machine allows control of the friction movement and the compression force applied during orbital friction welding. An orbital friction machine is equipped with a tool which allows the first piece to be welded to be held on the friction machine, the second piece to be welded being held in a fixed position.

[0005] Le soudage par friction orbitale d'aubes sur un rotor de turbomachine nécessite un outii qui permet le maintien de l’aube à souder sans l'endommager ainsi qu’un outil ayant un encombrement qui permette le soudage d’aubes sur un rotor de turbomachine, les aubes étant configurées de 3> façon rapprochée les unes des autres.Welding by orbital friction of blades on a turbomachine rotor requires an outii which allows the blade to be welded to be welded without damaging it as well as a tool having a space requirement which allows the welding of blades on a turbomachine rotor, the blades being configured in close proximity to each other.

[Ü0D8] Une soudure par friction orbitale de mauvaise qualité est obtenue lorsque l’outil ne permet pas un bon transfert du mouvement généré par la[Ü0D8] Poor quality orbital friction welding is obtained when the tool does not allow a good transfer of the movement generated by the

BE2017/5194 machine de friction orbitale à la pièce à souder, il apparaît qu’un outil qui présente un transfert de mouvement différent dans une direction que dans une autre ne permette pas l'obtention d’une soudure de qualité optimale.BE2017 / 5194 orbital friction machine to the workpiece, it appears that a tool which has a different transfer of movement in one direction than in another does not allow obtaining a weld of optimal quality.

[0007] Le soudage par friction orbitale d’une aube sur une rotor de turbomachine pour la réalisation d’un disque aubagé monebloc nécessite un outil adapté à la pièce à souder et permettant d’obtenir une soudure de haute qualité.Welding by orbital friction of a blade on a turbomachine rotor for the production of a monebloc bladed disc requires a tool adapted to the part to be welded and making it possible to obtain a high quality weld.

Résumé de rsnvention [0008] Afin de fournir un outil qui permette un bon transfert du mouvement généré par la machine de soudure à la pièce à souder (et dans des directions différentes dans le cas de la soudure par friction orbitale) ainsi qu'un encombrement qui permette le soudage d’aubes sur un rotor de turbomaohine de façon rapprochée, les inventeurs proposent selon un premier aspect, une méthode de conception d’un outil pour ie soudage par friction, de préférence orbitale, d’une aube sur un rotor d’une turbomachine, ladite turbomaohine comprenant :Summary of rsnvention [0008] In order to provide a tool which allows a good transfer of the movement generated by the welding machine to the workpiece (and in different directions in the case of orbital friction welding) as well as a space requirement. which allows the welding of blades on a turbomaohine rotor in close proximity, the inventors propose according to a first aspect, a method of designing a tool for ie friction welding, preferably orbital, of a blade on a rotor of '' a turbomachine, said turbomaohine comprising:

~ un rotor présentant un axe de symétrie de révolution et une paroi extérieure ;~ a rotor having an axis of symmetry of revolution and an outer wall;

- des aubes comprenant chacune :- blades each comprising:

o une surface d’assemblage ;o an assembly surface;

o une portion profilée ;o a profiled portion;

o un volume ;o a volume;

lesdites aubes étant destinées à être soudées à ladite paroi extérieure par ladite surface d’assemblage ;said vanes being intended to be welded to said outer wall by said assembly surface;

lesdites aubes étant destinées à être soudées dans un plan perpendiculaire audit axe de symétrie de révolution dudit rotor de sorte qu’elles forment une couronne d'aubes ;said blades being intended to be welded in a plane perpendicular to said axis of symmetry of revolution of said rotor so that they form a crown of blades;

lesdites aubes de ladite couronne d’aubes étant espacées par un espacement inter-aubes ;said blades of said blade crown being spaced by inter-blade spacing;

ledit outil étant destiné à maintenir une desdites aubes lors de son soudage par friction sur ledit rotor ;said tool being intended to hold one of said blades during its friction welding on said rotor;

ladite méthode comprenant les étapes suivantes :said method comprising the following steps:

BE2017/5194BE2017 / 5194

a. définir une forme d’outil initiale ;at. define an initial tool form;

b. définir un déplacement dudit outil lors d'une opération de soudage par friction ;b. defining a movement of said tool during a friction welding operation;

c. définir un espace de conception pour le soudage d’une desdites aubes par ladite surface d’assemblage à ladite paroi extérieure dudit rotor ;vs. defining a design space for welding one of said blades by said assembly surface to said outer wall of said rotor;

d. ledit espace de conception étant défini par l’espace disponible défini par ledit volume de l’aube à souder et par l’espacement inter-aubes disponible de part et d’autres de l’aube à souder et par l’espace nécessaire au déplacement dudit outil lors d’une opération de soudage par friction ;d. said design space being defined by the available space defined by said volume of the blade to be welded and by the inter-blade spacing available on either side of the blade to be welded and by the space necessary for movement said tool during a friction welding operation;

e. définir les paramètres essentiels à ia conception dudit outil suivante. define the essential parameters for the design of the following tool

- un paramètre concernant un effort imposé par une machine de friction audit outil peur le soudage d’une aube sur un rotor ;- a parameter relating to a force imposed by a friction machine on said tool for fear of welding a blade on a rotor;

- ladite surface d’assemblage de ladite aube ;- said assembly surface of said blade;

- un module d’élasticité du matériau de fabrication dudit outil ;- a modulus of elasticity of the material for manufacturing said tool;

- une marge de déformation de l’outil tolérée, cette marge étant définie par l'écart entre le déplacement généré par ladite machine de friction et le déplacement effectivement transmis par ledit outil à ladite surface d'assemblage de ladite aube pendant le soudage par friction ;a tolerated margin of deformation of the tool, this margin being defined by the difference between the displacement generated by said friction machine and the displacement actually transmitted by said tool to said assembly surface of said blade during friction welding ;

f. discrétiser ladite ferme initiale dudit outil en éléments finis ;f. discretize said initial farm of said tool into finite elements;

g. optimiser ladite forme initiale dudit outil dans ledit espace de conception topologique en utilisant une méthode d’optimisation topologique en prenant en compte lesdits paramètres essentiels à la conception dudit outil.g. optimize said initial shape of said tool in said topological design space by using a topological optimization method taking into account said parameters essential to the design of said tool.

[00Ö9] Une forme d'outil initiale est une forme de l’outil qui n’a pas été optimisée. Une forme d’outil qui n'a pas été optimisée occupe par exemple une grande partie de l’espace de conception. Une forme d’outil qui n’a pas été optimisée a par exemple été définie en prenant uniquement en compte lesAn initial tool shape is a form of the tool that has not been optimized. For example, a form of tool that has not been optimized takes up a large part of the design space. A form of tool that has not been optimized has for example been defined taking only into account the

BE2017/5194 contraintes mécaniques que te pièce doit pouvoir supporter sans aucune considération concernant la masse ou la forme de l'outiL [0010] Lors d’une opération de soudage par friction, te machine de friction génère un déplacement qui est transmis à FoutiL L’outil étant prévu pour maintenir une aube de façon à pouvoir souder l’aube sur le tambour d’un rotor. Le déplacement de l’outil généré par la machine de friction est défini dans un plan. Le déplacement de l’outil généré par la machine de friction nécessite un espace disponible autour de l'outil afin que l’outil ne vienne pas toucher pendant l'opération de soudure un élément du rotor ou un élément soudé au rotor. Le déplacement de l'outil généré par la machine de friction est de préférence défini dans un plan.BE2017 / 5194 mechanical stresses that the part must be able to withstand without any consideration concerning the mass or the shape of the tool [0010] During a friction welding operation, the friction machine generates a displacement which is transmitted to FoutiL L 'tool being provided to maintain a blade so as to weld the blade on the drum of a rotor. The displacement of the tool generated by the friction machine is defined in a plane. The movement of the tool generated by the friction machine requires a space available around the tool so that the tool does not come into contact during the welding operation with an element of the rotor or an element welded with the rotor. The displacement of the tool generated by the friction machine is preferably defined in a plane.

[0011] De préférence, le soudage par friction est obtenu par une mise en mouvement relative des deux pièces. Par exemple, un point situé sur la surface d’assemblage de l’aube est soumis à un mouvement relatif par rapport â un point situé sur la surface d’assemblage du rotor et vice versa, [0012] Lors du soudage d’une aube sur le tambour du rotor, il est important de bien définir l'espace de conception disponible. L’espace de conception prend en compte les éléments en saillis les plus rapprochés de la surface d’assemblage située sur le rotor. Ces éléments sont des aubes, des moignons d’aubes, des léchettes ou tout autre élément... Lorsqu'il s’agit de ia réalisation d’une couronne d'aubes, c’est-à-dire des aubes alignées dans un plan et présentant un espacement inter-aube égal, l’espace disponible pour la réalisation d’une soudure visant à souder une aube a un emplacement destiné à recevoir une aube est l’espace compris entre deux aubes déjà soudées, L’espace disponible est l’espace pour souder la dernière aube d’une couronne d’aube. L'espace disponible pour souder une aube d’une couronne d’aube comprise entre deux couronnes d'aubes existantes est l’espace disponible entre toutes les aubes adjacentes. L'espace de conception est l’espace disponible réduit de l’espace de déplacement de l'outil généré par la machine de friction, de préférence de friction orbitale. L’espace de conception prévoit également d'être réduit d’une marge d’erreur. L'espace de conception prend en compte l’espace disponible autour de la zone à souder, le déplacement de l'outil nécessaire â la soudure ainsi qu'une marge d'erreur.Preferably, friction welding is obtained by a relative movement of the two parts. For example, a point situated on the assembly surface of the blade is subjected to a relative movement with respect to a point situated on the assembly surface of the rotor and vice versa, [0012] When welding a blade on the rotor drum, it is important to clearly define the design space available. The design space takes into account the projecting elements closest to the assembly surface located on the rotor. These elements are blades, blade stumps, wipers or any other element ... When it is a question of making a crown of blades, that is to say blades aligned in a plane and having equal inter-blade spacing, the space available for carrying out a weld aimed at welding a blade at a location intended to receive a blade is the space between two blades already welded, The space available is space to weld the last blade of a blade crown. The space available to weld a blade of a blade crown between two existing blade crowns is the space available between all adjacent blades. The design space is the available space reduced by the tool displacement space generated by the friction machine, preferably orbital friction. The design space also plans to be reduced by a margin of error. The design space takes into account the space available around the area to be welded, the displacement of the tool necessary for welding as well as a margin of error.

BE2017/5194 [0013] La conception de l’outil nécessite de définir des paramètres propres à l'outil Ces paramètres permettent de définir les contraintes de conception de l’outil.BE2017 / 5194 [0013] The design of the tool requires the definition of parameters specific to the tool. These parameters make it possible to define the design constraints of the tool.

[0014] Un des paramètres de conception est l'effort imposé par une machine de friction lors de la réalisation de la soudure d’une aube sur un rotor.One of the design parameters is the force imposed by a friction machine during the welding of a blade on a rotor.

Ce paramètre prend en compte la masse de l’aube à souder, la surface d’assemblage de l'aube, la surface d’assemblage sur le rotor, le ou les types de matériaux de l’aube et du rotor, la force de compression imposées par la machine de friction entre l’aube et le rotor. Ces efforts imposés par la machine 10 de friction sont définis dans un plan. Les efforts imposés par la machine de friction définis dans un pian dépendent de ia géométrie des surfaces d’assemblages.This parameter takes into account the mass of the blade to be welded, the assembly surface of the blade, the assembly surface on the rotor, the type or materials of the blade and the rotor, the force of compression imposed by the friction machine between the blade and the rotor. These forces imposed by the friction machine 10 are defined in a plane. The forces imposed by the friction machine defined in a plan depend on the geometry of the assembly surfaces.

[0015] Un des paramètres de conception est la surface d’assemblage d'une aube. Ce paramètre peut également définir une aire concernant une 15 partie de l'aube destinée à être serrée dans l'outil.One of the design parameters is the assembly surface of a blade. This parameter can also define an area relating to a part of the blade intended to be clamped in the tool.

[0018] Un des paramètres de conception est un module de d'élasticité du matériau de réalisation ou de fabrication de l’outil De préférence l’outil est fabriqué en matériau métallique. Le module d'élasticité peut également être défini en définissant un matériau spécifique connu de l’homme de métier.One of the design parameters is a modulus of elasticity of the material for making or manufacturing the tool. Preferably the tool is made of metallic material. The elastic modulus can also be defined by defining a specific material known to the skilled person.

[0Ô1 T] Un des paramètres de conception est une marge de déformation de l’outil tolérée. Cette marge de déformation tolérée doit permettre d’obtenir une soudure de haute qualité. Une soudure de haute qualité est de préférence une soudure ne présentant pas de défaut ponctuel ou présentant une qualité de soudure homogène de ia surface d’assemblage. L'optimisation topologique 2 5 permet de trouver une répartition de la matière optimale de l’outil dans un espace de conception et en prenant en compte un ou plusieurs paramétres de conception. L'optimisation topologique permet d’obtenir une masse d’outil optimale, c’est-à-dire de préférence la plus faible possible en prenant en compte les paramètres imposés.[0Ô1 T] One of the design parameters is a tolerated tool deformation margin. This tolerated margin of deformation must make it possible to obtain a high quality weld. A high quality weld is preferably a weld having no point defect or having a homogeneous weld quality of the assembly surface. The topological optimization 2 5 makes it possible to find an optimal distribution of the material of the tool in a design space and taking into account one or more design parameters. Topological optimization makes it possible to obtain an optimal tool mass, that is to say preferably the smallest possible taking into account the parameters imposed.

3Ö [0018] La conception de l’outil nécessite la discrétisation de la forme de l'outil initiale en un maillage de points dans un espace tridimensionnel. La discrétisation en un maillage de points correspond à la discrétisation sous forme d'éléments finis de la forme initiale de l’outil3Ö [0018] The design of the tool requires the discretization of the shape of the initial tool into a mesh of points in three-dimensional space. The discretization in a mesh of points corresponds to the discretization in the form of finite elements of the initial form of the tool

BE2017/5194 [0019] La conception de S’oiitH comprend l’optimisation de la forme initiale de i'outii par une méthode d’optimisation topologique. La méthode d'optimisation topologique prend en compte les paramètres de conception deBE2017 / 5194 [0019] The design of S’oiitH includes the optimization of the initial form of i'outii by a topological optimization method. The topological optimization method takes into account the design parameters of

I’outii.I’m out.

[0020] L’optimisation topologique consiste à trouver la répartition de matière idéale d’un objet soumis à des contraintes dans un volume donné afin de par exemple en améliorer les caractéristiques et d’en réduire la quantité de matière utilisée.Topological optimization consists of finding the ideal material distribution of an object subjected to constraints in a given volume in order to, for example, improve its characteristics and reduce the amount of material used.

[0021] L’optimisation topologique permet d’attribuer au moyen d’une boude d’optimisation par exemple un poids à chacun des points de l’outil dans l’espace tridimensionnel en fonction de son importance pour atteindre les caractéristiques visées. L’optimisation topologique, en fonction du poids attribuer à chacun des points de l’outil permet de conserver les points les plus importants et de supprimer les points les moins important. L’optimisation topologique permet grâce à une boucle d’optimisation de répéter l’optimisation jusqu’à obtenir une forme de l’outil ayant les caractéristiques techniques définies et ayant une masse la plus réduite possible. Une étape de lissage de l’outil obtenu peut s’avérer utile en fin d’optimisation topologique afin d’obtenir un outil relativement facile à fabriquer et par exempte sans arrêtes vives ou pointes.Topological optimization makes it possible to assign a weight to each of the points of the tool in three-dimensional space by means of an optimization groove, for example, as a function of its importance for achieving the targeted characteristics. Topological optimization, depending on the weight to be assigned to each of the tool points, keeps the most important points and removes the least important points. Topological optimization makes it possible, thanks to an optimization loop, to repeat the optimization until a form of the tool is obtained having the defined technical characteristics and having the smallest possible mass. A smoothing step of the tool obtained can prove useful at the end of topological optimization in order to obtain a tool that is relatively easy to manufacture and for example without sharp edges or tips.

[0022] L’optimisation topoiogique vise à minimiser ou à maximiser une fonction objectif tout en satisfaisant aux contraintes et aux déplacements auxquels l’objet doit répondre. La fonction objectif est par exemple une fonction définissant la masse de l’objet à optimiser. L’optimisation topoiogique est 25 différente d’une optimisation de forme ou d'un dimensionnement en ce qu’elle permet de faire apparaître une structure de l'objet différente de la structure de départ, en faisant par exemple apparaître ou disparaître des trous, des renforts, des changements de connexion entre éléments.Topoiogical optimization aims to minimize or maximize an objective function while satisfying the constraints and displacements to which the object must respond. The objective function is for example a function defining the mass of the object to be optimized. Topoiogical optimization is different from shape optimization or dimensioning in that it allows a structure of the object to appear different from the initial structure, for example by making holes appear or disappear, reinforcements, changes in connection between elements.

[0023] L’avantage de la méthode de conception de l’outil est qu’elle 30 permet la conception d’un outil adapté à la fabrication d’un type de disque aubagé monobloc. Par exemple la méthode permet la conception d’un outil en fonction de l’espace disponible entre les aubes du disque aubagé monobloc.The advantage of the tool design method is that it allows the design of a tool suitable for the manufacture of a type of one-piece bladed disc. For example, the method allows the design of a tool according to the space available between the blades of the one-piece bladed disc.

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Par exemple la méthode permet la conception d’un outil en fonction de la taille de l’aube à assembler.For example, the method allows the design of a tool according to the size of the blade to be assembled.

[0024] L’outil qui permet le maintien de la première pièce à souder est conçu de manière à pouvoir transmettre le mouvement de friction avec te moins de déformation possible.The tool which allows the first part to be welded to be held is designed so as to be able to transmit the friction movement with the least possible deformation.

[0025] De préférence, ledit outil comprend une partie fixe et une partie mobile, lesdites partie fixe et partie mobile étant couplées mécaniquement et en ce que ladite partie fixe permet le maintien d’une aube lors de l’opération de soudage, iü [0020] L'avantage de disposer d’un outil ayant une partie fixe et une partie mobile est de pouvoir disposer d’une partie fixe fixé à la machine de friction et pouvant recevoir une partie mobile destinée à recevoir l’aube. La partie fixe et la partie mobile sont mobiles l’une par rapport à l'autre dans une seule direction. Dans un espace tridimensionnel orthogonal, la partie fixe et la 15 partie mobile, sont mobiles l’une par rapport à l’autre dans une direction et sont mécaniquement couplées dans les deux autres directions. La partie mobile est par exemple reliée à la machine de friction de façon mécanique et contrôlable, c'est-à-dire que la machine de friction permet de contrôler 1e maintien de la partie mobile avec la partie fixe lors d'une opération de soudage. La machine 2 0 de friction permet de contrôler la libération de la partie mobile de la partie fixe après le soudage d'une aube sur te rotor dans la direction où la partie fixe et la partie mobile ne sont pas couplées mécaniquement. L’avantage de pouvoir libérer la partie mobile qui maintien l’aube pendant la soudure est que cela permet de pouvoir retirer la partie mobile et donc l’outil de l’aube venant d’être soudée au rotor. L’avantage est de pouvoir disposé de plus d’espace pour libérer les moyens de serrage permettant à une aube d’être très fermement maintenue dans l'outil.Preferably, said tool comprises a fixed part and a mobile part, said fixed part and mobile part being mechanically coupled and in that said fixed part allows the maintenance of a blade during the welding operation, iü [ The advantage of having a tool having a fixed part and a mobile part is to be able to have a fixed part fixed to the friction machine and able to receive a mobile part intended to receive the blade. The fixed part and the mobile part are movable with respect to each other in one direction. In an orthogonal three-dimensional space, the fixed part and the mobile part are movable with respect to one another in one direction and are mechanically coupled in the other two directions. The movable part is for example connected to the friction machine in a mechanical and controllable manner, that is to say that the friction machine makes it possible to control the maintenance of the movable part with the fixed part during a welding operation. . The friction machine makes it possible to control the release of the movable part from the fixed part after the welding of a blade on the rotor in the direction where the fixed part and the mobile part are not mechanically coupled. The advantage of being able to release the movable part which holds the blade during the welding is that it allows the movable part and therefore the tool to be removed from the blade having just been welded to the rotor. The advantage is to be able to dispose of more space to release the clamping means allowing a blade to be very firmly held in the tool.

[0027] De préférence, ladite méthode comprend l’étape additionnelle suivante après l'étape f. :Preferably, said method comprises the following additional step after step f. :

adapter l’outil obtenu pour l'usinage dudit outil [0028] L'avantage de réaliser une adaptation de l’outil obtenu en vue de son usinage est d’en facilité l’usinage. En effet, lors de l’optimisation topologique, des arrêtes vives ou pointes peuvent subsister et il est parfoisadapting the tool obtained for machining said tool The advantage of carrying out an adaptation of the tool obtained for its machining is that it is easy to machine. Indeed, during topological optimization, sharp edges or spikes may remain and it is sometimes

BE2017/5194 nécessaire de lisser l’objet obtenu. Le lissage ne doit pas être réalisé au détriment de la fonction objectif, des propriétés mécanique et de l’espace de conception. L'adaptation de l’outil en vue de son usinage engendre la plupart du temps une augmentation de la masse de l’objet obtenu par optimisation topologique.BE2017 / 5194 necessary to smooth the object obtained. Smoothing should not be done at the expense of objective function, mechanical properties and design space. Adapting the tool for machining most of the time results in an increase in the mass of the object obtained by topological optimization.

[0029] De préférence, ladite marge de déformation est définie dans un plan.Preferably, said deformation margin is defined in a plane.

[0030] La soudure étant réalisée par échauffement par friction générée dans un pian, la déformation de l’outil qu’il convient de contrôlée est une déformation dans un plan.The weld being produced by heating by friction generated in a yaw, the deformation of the tool which it is appropriate to control is a deformation in a plane.

[Ü031] De préférence, l’optimisation topologique valide ou supprime la présence de chaque élément discrétisé dudit outil pour tous lesdits paramètres essentiels à la conception dudit outil.[Ü031] Preferably, the topological optimization validates or removes the presence of each discretized element of said tool for all said parameters essential to the design of said tool.

[0032] L’avantage de l’optimisation topoiogique par rapport à d’autres types d’optimisation est de pouvoir faire varier ia masse de l’outil en définissant un poids à chacun des éléments discrétisés de l’objet. Ainsi l’optimisation topologique permet de valider les points de l’outil les plus importants pour atteindre une fonction objectif par exemple et de supprimer les points moins important afin de réduire ia masse de l’outil. L’avantage de cette méthode est de pouvoir supprimer des points à tout endroit dans de l’outil et pas uniquement à proximité des bords de l’outil comme le permettrait une optimisation de forme par exemple.The advantage of topoiogical optimization compared to other types of optimization is to be able to vary the mass of the tool by defining a weight for each of the discretized elements of the object. Thus the topological optimization makes it possible to validate the most important points of the tool to achieve an objective function for example and to delete the less important points in order to reduce the mass of the tool. The advantage of this method is to be able to delete points anywhere in the tool and not only near the edges of the tool as a shape optimization would allow for example.

[0033] Les inventeurs proposent selon un second aspect, un outil obtenu par ia méthode de l’invention.The inventors propose, according to a second aspect, a tool obtained by the method of the invention.

[0034] Les différentes variantes et avantages décrits pour ia méthode selon le premier aspect de l'invention s'appliquent au dispositif du second aspect, mutadis mutandis.The different variants and advantages described for the method according to the first aspect of the invention apply to the device of the second aspect, mutadis mutandis.

[0035] Les inventeurs proposent selon un troisième aspect, une méthode pour souder une aube à un rotor par friction, de préférence orbitale et comprenant les étapes suivantes :The inventors propose, according to a third aspect, a method for welding a blade to a rotor by friction, preferably orbital and comprising the following steps:

a. fournir un outil ;at. provide a tool;

b. fournir une machine de friction, de préférence orbitale comprenant un plateau mobile, ledit plateau mobile étant défini par un plan ;b. providing a friction machine, preferably orbital, comprising a movable plate, said movable plate being defined by a plane;

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c. fixer ledit outil audit plateau mobile de ladite machine de friction, de préférence machine de friction orbitale ;vs. fixing said tool to said movable plate of said friction machine, preferably an orbital friction machine;

d. positionner dans ledit outil une aube, ladite aube comprenant :d. positioning a blade in said tool, said blade comprising:

- une portion de base ;- a basic portion;

- une portion profilée ;- a profiled portion;

ladite portion de base comprenant une portion d’assemblage ; ladite portion d’assemblage comprenant une surface d'assemblage ;said base portion comprising an assembly portion; said assembly portion comprising an assembly surface;

ladite surface d’assemblage étant définie par un plan ;said assembly surface being defined by a plane;

i’aube étant serrée dans ledit outil par sa dite portion de base telle que le plan défini par ladite surface d’assemblage de ladite aube est parallèle au plan défini par ledit plateau mobile de ladite machine de friction, de préférence orbitale ;the blade being clamped in said tool by its said base portion such that the plane defined by said assembly surface of said blade is parallel to the plane defined by said movable plate of said friction machine, preferably orbital;

ladite portion d’assemblage étant située au-deià de la partie de la portion de base serrée dans ledit outii ;said assembly portion being located beyond the part of the base portion clamped in said tool;

e. fournir un rotor comprenant une paroi extérieure, ladite paroi extérieure comprenant une portion d’assemblage, ladite portion d’assemblage comprenant une surface d’assemblage ;e. providing a rotor comprising an outer wall, said outer wall comprising an assembly portion, said assembly portion comprising an assembly surface;

f. positionner ladite surface d’assemblage de ladite aube au contact de ladite surface d’assemblage dudit rotor ;f. positioning said assembly surface of said blade in contact with said assembly surface of said rotor;

g. réaliser une soudure par friction, de préférence par friction orbitale de ladite aube sur ledit rotor en mettant en contact lesdites surfaces d’assemblages de ladite aube et dudit rotor, en imposant un mouvement relatif, de préférence relatif de rotation entre lesdites surfaces d’assemblages et en imposant une force de compression entre lesdites surfaces d’assemblage afin que la chaleur générée par tes efforts de friction entre lesdites surfaces d'assemblages permettent d’atteindre un état pâteux desdites portions d’assemblage ;g. performing a friction weld, preferably by orbital friction of said blade on said rotor by bringing said assembly surfaces of said blade and said rotor into contact, by imposing a relative, preferably relative rotational movement between said assembly surfaces and by imposing a compressive force between said assembly surfaces so that the heat generated by your friction forces between said assembly surfaces makes it possible to reach a pasty state of said assembly portions;

h. libérer ledit outil de l’assemblage formé par ladite aube et ledit rotor. [ÖÖ36] Les différentes variantes et avantages décrits pour la méthode selon ie premier aspect de l’invention et pour le dispositif pour le second aspect s’appliquent â la méthode d’utilisation du dispositif du troisième aspect, mutadis mutandis.h. releasing said tool from the assembly formed by said blade and said rotor. [ÖÖ36] The different variants and advantages described for the method according to the first aspect of the invention and for the device for the second aspect apply to the method of using the device of the third aspect, mutadis mutandis.

BE2017/5194 [0037] De préférence, la méthode comprend l’étape additionnelle suivante avant l’étape a. :BE2017 / 5194 [0037] Preferably, the method comprises the following additional step before step a. :

enlever par usinage une aube à remplacer d’un disque aubagé monobloc comprenant un rotor, ledit rotor comprenant une paroi extérieure, ladite paroi extérieure comprenant une portion d’assemblage soudée à ladite aube à remplacer, l'usinage permettant d’enlever l’aube à remplacer de la portion d'assemblage et de former une surface d’assemblage apte à recevoir une aube par soudure par friction, de préférence orbitale.by machining removing a blade to be replaced from a one-piece bladed disc comprising a rotor, said rotor comprising an outer wall, said outer wall comprising an assembly portion welded to said blade to be replaced, the machining making it possible to remove the blade to replace the assembly portion and form an assembly surface capable of receiving a blade by friction welding, preferably orbital.

[0038] De préférence, une turbomachine comprenant un disque aubagé monobloc obtenu par la méthode décrite précédemment,Preferably, a turbomachine comprising a one-piece bladed disc obtained by the method described above,

Brève description des figuresBrief description of the figures

Ces aspects ainsi que d'autres aspects de l’invention seront clarifiés dans la description détaillée de modes de réalisation particuliers de l’invention, référence étant faite aux dessins des figures, dans lesquelles:These aspects as well as other aspects of the invention will be clarified in the detailed description of particular embodiments of the invention, reference being made to the drawings of the figures, in which:

- la Fig.1 montre une vue en coupe du rotor d’une turbomachine illustrant l’espace de conception permettant la soudure par friction orbitale d’une aube sur ledit rotor ;- Fig.1 shows a sectional view of the rotor of a turbomachine illustrating the design space allowing the welding by orbital friction of a blade on said rotor;

- la Fig,2 montre une vue en coupe du rotor d’une turbomachine disposant d’un emplacement destiné à souder une aube et montre aussi une machine de friction orbitale dans laquelle une aube est maintenue par un outil et est présentée à l’emplacement destiné à souder une aube ;- Fig, 2 shows a sectional view of the rotor of a turbomachine having a location intended to weld a blade and also shows an orbital friction machine in which a blade is held by a tool and is presented at the location intended to weld a blade;

- la Fig.3 montre une vue en coupe du rotor d'une turbomachine disposant d’un emplacement destiné à souder une aube et montre aussi une machine de friction orbitale dans laquelle une aube est maintenu par un outil disposant d’une partie fixe et d’une partie mobile, l’aube étant maintenue par la partie mobile, l’aube est présentée à remplacement destiné à souder une aube ;- Fig.3 shows a sectional view of the rotor of a turbomachine having a location intended to weld a blade and also shows an orbital friction machine in which a blade is held by a tool having a fixed part and a movable part, the blade being held by the movable part, the blade is presented as a replacement intended to weld a blade;

- la Fig.4 montre une vue rapprochée d’une aube soudée à un rotor de turbomachine et représentant ies différence zones et partie concernées par la soudure.- Fig.4 shows a close-up view of a blade welded to a turbomachine rotor and representing the difference in areas and part concerned by the welding.

BE2017/5194 ~ La Fig. 5 montre une vue en 3D d’un disque aubagé monobioc permettant de visualiser un espace de conception situé entre des aubes déjà soudées au rotor de turbomachine.BE2017 / 5194 ~ Fig. 5 shows a 3D view of a monobioc bladed disc making it possible to visualize a design space situated between blades already welded to the turbomachine rotor.

Les dessins des figures ne sont pas à l’échelle, Généralement, des éléments semblables sont dénotés par des références semblables dans les figures. La présence de numéros de référence aux dessins ne peut être considérée comme limitative, y compris lorsque ces numéros sont indiqués dans les revendications.The drawings of the figures are not to scale, Generally, similar elements are denoted by similar references in the figures. The presence of reference numbers in the drawings cannot be considered to be limiting, including when these numbers are indicated in the claims.

Description détaillée de certains modes de réalisation de l’invention [0Ö39] La figure 1 illustre une coupe d'un rotor 5 de turbomachine de type disque aubagé monobloc 19 comprenant des aubes 4 soudées directement sur ie tambour 5. La figure 1 illustre une coupe longitudinale, c’est-à-dire dans le sens de la longueur du rotor 5. Cette vue en coupe représente également un axe de symétrie de révolution 3. Les aubes 4 sent soudées autour du rotor 5 15 sur la surface extérieure 6 du rotor 5. Dans ce mode de réalisation préféré, tes aubes 4 sont soudées de façon radiale autour du rotor 5 et selon trois rangées d’aubes 4. Les rangées d’aubes 4 sont aussi appelées couronnes d’aubes 4. La Figure 1 montre un espace de conception 2 situé sur une rangée d’aube comprise entre deux rangées d’aubes et sur laquelle au moins une aube est 20 manquante. Une aube 4 peut être soudée dans un espace de conception 2 sur un rotor 5 de turbomachine lors de la fabrication d'un disque aubagé monobloc ou lors de la réparation d’un tel disque aubagé monobloc 19. L’espace de conception 2 prend en compte l’espace disponible entre des aubes 4 déjà soudées situées sur une même rangée d’aubes 4 et ou entre des aubes situées 25 sur une ou deux rangées d’aubes adjacentes. L’espace de conception 2 prend également en compte l’espace occupé par remplacement disponible pour réaliser la soudure d’une aube 4 dans le cas d’une aube 4 non présente.Detailed description of certain embodiments of the invention [0Ö39] FIG. 1 illustrates a section of a rotor 5 of a turbomachine of the bladed monobloc disc type 19 comprising vanes 4 welded directly to the drum 5. FIG. 1 illustrates a section longitudinal, that is to say in the direction of the length of the rotor 5. This sectional view also represents an axis of symmetry of revolution 3. The blades 4 feel welded around the rotor 5 15 on the outer surface 6 of the rotor 5. In this preferred embodiment, your blades 4 are welded radially around the rotor 5 and in three rows of blades 4. The rows of blades 4 are also called blade crowns 4. Figure 1 shows a design space 2 located on a row of blades between two rows of blades and on which at least one blade is missing. A blade 4 can be welded in a design space 2 on a turbomachine rotor 5 during the manufacture of a one-piece bladed disc or during the repair of such a one-piece bladed disc 19. The design space 2 takes counts the space available between already welded vanes 4 located on the same row of vanes 4 and or between vanes located on one or two adjacent rows of vanes. The design space 2 also takes into account the space occupied by replacement available to weld a blade 4 in the case of a blade 4 not present.

L’emplacement disponible pour la soudure d’une aube comprend de préférence une portion d’assemblage 16 située en saillie de la surface extérieur 6 du rotor 30 5. Cette portion d’assemblage 16 est également appelée moignon. Une portion d'assemblage 16 comprend une surface d'assemblage 17 destinées à être mise en contact avec la surface d’assemblage de l’aube 12 et à être frictionnéeThe location available for welding a blade preferably includes an assembly portion 16 projecting from the outer surface 6 of the rotor 30 5. This assembly portion 16 is also called a stump. An assembly portion 16 comprises an assembly surface 17 intended to be brought into contact with the assembly surface of the blade 12 and to be rubbed

BE2017/5194 jusqu’à ce que tes portions d’assemblages du rotor 16 et de Taube 12 atteignent une température suffisante pour réaliser une soudure entre te portion d’assemblage 15 de l’aube 4 et te portion d’assemblage 16 du rotor 5. Une fois la température désirée atteinte, Ie mouvement de friction est stoppé dans une 5 position de référence et un effort de forgeage est exercé sur Taube 4 vers te tambour 5 afin de former la soudure.BE2017 / 5194 until your assembly portions of rotor 16 and mole 12 reach a temperature sufficient to produce a weld between the assembly portion 15 of the blade 4 and the assembly portion 16 of the rotor 5 Once the desired temperature has been reached, the friction movement is stopped in a reference position and a forging force is exerted on the blade 4 towards the drum 5 in order to form the weld.

[0040] L'espace de conception 2 est défini en prenant en compte te présence des léchettes 18, la présence des aubes déjà soudées, te portion d’assemblage 16 située sur le rotor 5 et destinée â recevoir une aube 4.The design space 2 is defined taking into account the presence of the wipers 18, the presence of the blades already welded, the assembly portion 16 located on the rotor 5 and intended to receive a blade 4.

L’espace de conception 2 peut également s’étendre au-delà des aubes 4 adjacentes en prévoyant des trous dans l’espace de conception 2. L'espace de conception prend en compte la courbure du rotor 5. La courbure du rotor 5 peut être différente en fonction de te rangée d'aube. L’espace de conception 2 est différent en fonction de te rangée d’aube sur laquelle on souhaite souder une aube 4. Les aubes 4 peuvent être différentes en fonction de la rangée d’aube sur laquelle elles sont destinées à être soudées.The design space 2 can also extend beyond the adjacent blades 4 by providing holes in the design space 2. The design space takes into account the curvature of the rotor 5. The curvature of the rotor 5 can be different depending on the row of dawn. The design space 2 is different depending on the row of blades on which it is desired to weld a blade 4. The blades 4 may be different depending on the row of blades on which they are intended to be welded.

[0041] Un outil 1 peut être conçu en prenant en compte plusieurs espaces de conception 2 différent. Plusieurs espaces de conception 2 peuvent servir â définir un espace de conception 2 global permettant la conception d'un 20 outil 1 compatible avec chacune des rangées d’aubes à souder. Un outil 1 peut être conçu pour chacune des rangées d’aubes, Un outil 1 peut être conçu pour la soudure d’aube sur deux rangées d’aubes d’un même disque aubagé monobloc 19. Un outil 1 peut être conçu pour te soudure d'aubes 4 de deux rangées d’aubes adjacentes d’un même disque aubagé monobloc 19. Un outil 1 25 peut être conçu pour te soudure d’aubes 4 de trois rangées d’aubes d’un même disque aubagé monobtec 19.A tool 1 can be designed by taking into account several different design spaces 2. Several design spaces 2 can be used to define a global design space 2 allowing the design of a tool 1 compatible with each of the rows of blades to be welded. A tool 1 can be designed for each of the rows of blades, A tool 1 can be designed for the blade welding on two rows of blades of the same single-piece bladed disc 19. A tool 1 can be designed for welding blades 4 of two rows of adjacent blades of the same single-piece bladed disc 19. A tool 1 25 can be designed for welding blades 4 of three rows of blades of the same single-bladed disc 19.

[0G42] La figure 2 illustre un disque aubagé monobloc 19 comprenant un emplacement pour souder une aube 4. L’emplacement pour souder une aube 4 présente une portion d’assemblage 16. La figure 2 illustre une machine de 30 friction orbitale 8 comprenant un plateau mobile 7 sur lequel l’outil 1. L’outil 1 est conçu en prenant en compte l’espace de conception 2 ainsi que te déplacement généré par te machine de friction orbitale 8 et tes contraintes mécaniques que Toutil 1 doit pouvoir supporter. L’outil 1 décrit en figure 2[0G42] FIG. 2 illustrates a one-piece bladed disc 19 comprising a location for welding a blade 4. The location for welding a blade 4 has an assembly portion 16. FIG. 2 illustrates an orbital friction machine 8 comprising a movable plate 7 on which the tool 1. The tool 1 is designed taking into account the design space 2 as well as the displacement generated by the orbital friction machine 8 and your mechanical constraints that Toutil 1 must be able to withstand. Tool 1 described in Figure 2

BE2017/5194 comprend un partie. L’outil 1 présente des moyens de fixation pour être fixé à la machine de friction orbitale 8 et ou au plateau mobile 7. L'outil 1 décrit en figure 2 présente des moyens permettant de maintenir une aube 4 à souder par la portion de base 14 de cette aube 4. La portion de base 14 et ia portion d’assemblage 15 de l’aube 4 peuvent être en partie confondues. L’outil 1 fixé à la machine de friction orbitale 8 permet de présenter la surface d’assemblage 12 de l’aube 4 à souder en face de ia surface d’assemblage 17 située sur le rotor 5. De préférence, les surfaces d’assemblages 12, 17 présentent des topologies similaires. De préférence les surfaces d’assemblages sont chacune définies dans un plan. De préférence lorsque les surfaces d’assemblages sont mises en contact pour les frictionner l’une contre l’autre, celles-ci sont coplanaires et ou comprises dans un même plan.BE2017 / 5194 includes a part. The tool 1 has fixing means to be fixed to the orbital friction machine 8 and or to the movable plate 7. The tool 1 described in FIG. 2 presents means making it possible to maintain a blade 4 to be welded by the base portion 14 of this blade 4. The base portion 14 and the assembly portion 15 of the blade 4 can be partly combined. The tool 1 attached to the orbital friction machine 8 makes it possible to present the assembly surface 12 of the blade 4 to be welded opposite the assembly surface 17 situated on the rotor 5. Preferably, the surfaces of assemblies 12, 17 have similar topologies. Preferably, the assembly surfaces are each defined in a plane. Preferably when the assembly surfaces are brought into contact to rub them against each other, these are coplanar and or included in the same plane.

[8043] L’outil 1 est conçu de tel sorte que le plateau mobile 7 ou la machine de friction orbitale 8 ne peuvent entrer en collision avec un des élément du disque aubagé monobloc 19, une aube 4 ou Ie rotor 5.The tool 1 is designed so that the movable plate 7 or the orbital friction machine 8 cannot collide with one of the elements of the one-piece bladed disc 19, a blade 4 or the rotor 5.

[0844] La figure 3 illustre un disque aubagé monobloc 19 tel que décrit en figure 1 et 2, La figure 3 illustre en outre un outil 1 composé d’un partie fixe 9 et d’une partie mobile 10. La partie fixe 9 de l’outil 1 présente des moyens de fixation qui lui permettent d’être fixé à la machine de friction orbitale 8 et ou au plateau mobile 7. La partie fixe 9 et la partie mobile 10 de l’outil 1 sont couplés mécaniquement dans deux directions qui forment un plan. Le plan formé par ces deux directions est par exemple coplanaire au plan formé par la surface d'assemblage 12 de l’aube, La partie fixe 9 et la partie mobile 10 de i’outil 1 sont couplés mécaniquement par un système d’ergots présents sur ia partie fixe et un système de trous présents sur la partir mobile 10. Les ergots et tes trous permettent de coupler mécaniquement et sans jeu les parties fixe 9 et mobile entre elle et dans un plan. De préférence te plan dans lequel les parties fixe 9 et mobile 10 de l'outil 1 sont bloquées est perpendiculaire à la direction d’assemblage de ia partie mobile 10 sur la partie fixe 9.FIG. 3 illustrates a one-piece bladed disc 19 as described in FIGS. 1 and 2, FIG. 3 also illustrates a tool 1 composed of a fixed part 9 and a movable part 10. The fixed part 9 of the tool 1 has fixing means which allow it to be fixed to the orbital friction machine 8 and or to the movable plate 7. The fixed part 9 and the mobile part 10 of the tool 1 are mechanically coupled in two directions that form a plan. The plane formed by these two directions is for example coplanar with the plane formed by the assembly surface 12 of the blade. The fixed part 9 and the mobile part 10 of the tool 1 are mechanically coupled by a system of pins present. on the fixed part and a system of holes present on the moving part 10. The pins and your holes make it possible to mechanically and playfully couple the fixed part 9 and the mobile part between it and in a plane. Preferably the plane in which the fixed 9 and mobile 10 parts of the tool 1 are blocked is perpendicular to the direction of assembly of the mobile part 10 on the fixed part 9.

[8045] La figure 4 illustre une aube 4 maintenue par un outil 1, l’aube 4 comprend une portion de base 14, ia portion de base 14 comprend une portion d'assemblage de l’aube 15. La portion d'assemblage présente une surface d’assemblage de l’aube 15 qui permet te soudage par friction orbitale de l’aubeFIG. 4 illustrates a blade 4 held by a tool 1, the blade 4 comprises a base portion 14, the base portion 14 comprises an assembly portion of the blade 15. The assembly portion has a blade assembly surface 15 which allows orbital friction welding of the blade

BE2017/5194 sur le rotor 5. L’outil 1 permet te maintien de l’aube 4 par sa portion de base et ou par sa portion d’assemblagelS de telle sorte que i’aube 4 ne présente aucun jeu par rapport à l'outil 1 lors de la soudure par friction orbitale, c’est-àdire lors de l’application d’une force de compression ainsi que par te génération d’une force de friction sur la surface d’assemblage 12 de l’aube. L’aube 4 est de préférence maintenue dans l'outil 1 par des moyens de serrage mécanique, hydraulique, ou pneumatique de la portion de base 14 de l’aube. La partie profilée de l’aube est insérée dans l’outil 1 et est maintenue hors du contact de l’outil 1 pendant l’opération de soudage par friction orbitale. L’aube 4 est IG maintenue dans l’outil 1 par sa portion de base 14 ou par sa portion d’assemblage 15 mais pas par sa partie profilée 11.BE2017 / 5194 on the rotor 5. The tool 1 allows you to keep the blade 4 by its base portion and or by its assembly portion so that the blade 4 has no play with respect to the tool 1 during orbital friction welding, that is to say when applying a compressive force as well as by generating a friction force on the assembly surface 12 of the blade. The blade 4 is preferably held in the tool 1 by mechanical, hydraulic, or pneumatic clamping means of the base portion 14 of the blade. The profiled part of the blade is inserted into the tool 1 and is kept out of contact with the tool 1 during the orbital friction welding operation. The blade 4 is IG held in the tool 1 by its base portion 14 or by its assembly portion 15 but not by its profiled portion 11.

[0Ö46] Le rotor 5 présente en saillie de sa surface extérieure 6 une portion d’assemblage 16 qui comprend une surface d'assemblage 17. Les surfaces d’assemblages de l’aube 15 et du rotor 17 sont présentées 15 parallèlement entre elles de sortent que lorsqu’elles sont en contact et qu’un mouvement de friction orbital est généré, les efforts de friction sur ces deux surfaces soient générés de manière homogène. Les surfaces d’assemblages de l’aube 12 et du rotor 17 ont par exemple des formes différentes et des aires différentes. Les surfaces d’assemblages de l’aube 12 et du rotor 17 ont par 2 0 exemple des formes identique et des aires identiques.The rotor 5 has projecting from its outer surface 6 an assembly portion 16 which comprises an assembly surface 17. The assembly surfaces of the blade 15 and the rotor 17 are presented 15 parallel to each other. come out that when they are in contact and an orbital friction movement is generated, the friction forces on these two surfaces are generated in a homogeneous manner. The assembly surfaces of the blade 12 and the rotor 17, for example, have different shapes and different areas. The assembly surfaces of the blade 12 and the rotor 17 for example have identical shapes and identical areas.

[Ü047] La figure 5 illustre un disque aubagé monobloc 19 comprenant trois rangées d’aubes disposées radialement auteur de la partie principale. Chacune des rangées d’aube peur être définie dans un plan. Une aube 4 à souder peut être située au milieu d’autres aubes 4 sur un disque aubagé 25 monobloc 19 et l’outil 1 nécessaire à sa soudure peut être en partie défini par l’espace de conception 2 disponible entre les aubes présente sur le disque aubagé monobioc 19. La situation qui nécessite de souder une aube entre deux aubes adjacente sur une même rangée d’aube se présente lorsqu’il s’agit de la dernière aube à souder sur un rangée d’aube ou lors du remplacement d’une 7G aube. Le remplacement d’une aube est nécessaire lorsqu’une aube soudée ne présente pas les caractéristiques recherchées ou lorsque pendant l’utilisation du disque aubagé monobloc 19, une aube 4 est endommagé et nécessite un remplacement. Le remplacement d’une aube 4 nécessite au préalable de la[Ü047] FIG. 5 illustrates a one-piece bladed disc 19 comprising three rows of vanes arranged radially, author of the main part. Each row of dawn can be defined in a plan. A blade 4 to be welded can be located in the middle of other blades 4 on a bladed disc 25 in one piece 19 and the tool 1 necessary for its welding can be partly defined by the design space 2 available between the blades present on the monobioc bladed disc 19. The situation which requires welding a blade between two adjacent blades on the same row of blades arises when it is the last blade to be welded on a blade row or when replacing a 7G dawn. The replacement of a blade is necessary when a welded blade does not have the desired characteristics or when during the use of the one-piece bladed disc 19, a blade 4 is damaged and requires replacement. The replacement of a vane 4 requires prior

BE2017/5194 soudure d’une nouvelle aube, l’usinage de l’aube 4 endommagée afin de former une surface d’assemblage 17 en saillie de la surface extérieure 6 du rotor 5.BE2017 / 5194 welding of a new blade, the machining of the damaged blade 4 in order to form an assembly surface 17 projecting from the exterior surface 6 of the rotor 5.

[0048] Le soudage par friction orbitale est obtenu par une mise en rotation relative de l'aube 4 et du rotor 5. Par exemple, un point situé sur la surface d'assemblage de l’aube 12 est soumis à une rotation relative par rapport à un point situé sur la surface d’assemblage du rotor 17 et vice zersa. Le mouvement de friction orbitale peut être défini comme suit, deux droites parallèles, l’une située sur la surface d’assemblage de l’aube 12 et l’autre sur la surface d’assemblage du rotor 17 restent parallèles entre elles lorsqu’un 10 mouvement de friction orbitale est appliqué entre ces deux surfaces d’assemblages.Welding by orbital friction is obtained by a relative rotation of the blade 4 and the rotor 5. For example, a point located on the assembly surface of the blade 12 is subjected to a relative rotation by relative to a point on the assembly surface of rotor 17 and vice zersa. The orbital friction movement can be defined as follows, two parallel straight lines, one located on the assembly surface of the blade 12 and the other on the assembly surface of the rotor 17 remain parallel to each other when a 10 orbital friction movement is applied between these two assembly surfaces.

[0049] La soudure obtenue par l’opération de soudage par friction orbitale utilisant l'outil 1 présente une très bonne homogénéité de soudure, c’est-à-dire que la soudure ne présente pas de points de faiblesse.The weld obtained by the orbital friction welding operation using the tool 1 has very good weld homogeneity, that is to say that the weld has no points of weakness.

[0050] La présente invention a été décrite en relation avec des modes de réalisations spécifiques, qui ont une valeur purement illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitatifs, D’une manière générale, la présente invention n’est pas limitée aux exemples illustrés et/ou décrits ci-dessus. L’usage des verbes « comprendre », « inclure », « comporter », ou toute autre 20 variante, ainsi que leurs conjugaisons, ne peut en aucune façon exclure la présence d'éléments autres que ceux mentionnés. L’usage de l’article indéfini « un », « une », ou de l’article défini « 1e », « ia » ou « Γ », pour introduire un élément n'exclut pas la présence d’une pluralité de ces éléments. Les numéros de référence dans les revendications ne limitent pas leur portée.The present invention has been described in connection with specific embodiments, which have a purely illustrative value and should not be considered as limiting. In general, the present invention is not limited to the examples illustrated and / or described above. The use of the verbs "understand", "include", "comprise", or any other variant, as well as their conjugations, cannot in any way exclude the presence of elements other than those mentioned. The use of the indefinite article "a", "an", or of the definite article "1e", "ia" or "Γ", to introduce an element does not exclude the presence of a plurality of these elements. Reference numbers in the claims do not limit their scope.

[0051] La description des modes de réalisation préférés se rapporte à une friction orbitale. Néanmoins, l’invention peut s'appliquer à toute méthode de soudure par friction, par exemple ia friction linéaire.The description of the preferred embodiments relates to orbital friction. However, the invention can be applied to any friction welding method, for example ia linear friction.

[0052] En résumé, l’invention peut également être décrite comme suit.In summary, the invention can also be described as follows.

La méthode comprenant les étapes suivantes :The method comprising the following steps:

.3 O - définir une forme d’outil initiale ;.3 O - define an initial tool form;

- définir un espace de conception pour le soudage d’une aubes à ia paroi extérieure du rotor ;- define a design space for welding a blade to the outer wall of the rotor;

BE2017/5194 définir les paramètres essentiels à la conception de l’outil : effort imposé à l’outil, géométrie de l’aube, module d'élasticité du matériau de l’outil, une marge de déformation de l’outi! tolérée ;BE2017 / 5194 define the parameters essential to the design of the tool: force imposed on the tool, geometry of the blade, modulus of elasticity of the tool material, a margin of deformation of the tool! tolerated;

discrétiser la forme initiale de l’outil en éléments finis ;discretize the initial form of the tool into finite elements;

optimiser la forme initiale de l’outil dans l’espace de conception en utilisant une méthode d’optimisation topologique en prenant en compte les paramètres essentiels à la conception de l’outil.optimize the initial shape of the tool in the design space using a topological optimization method taking into account the parameters essential to the design of the tool.

BE2017/5194BE2017 / 5194

Claims (8)

RevendicationsClaims 1. Méthode de conception d’un outil (1) peur le soudage par friction d’une aube (4) sur un rotor (5) d’une turbomachine, ladite turbomachine comprenant :1. Method for designing a tool (1) for friction welding of a blade (4) on a rotor (5) of a turbomachine, said turbomachine comprising: - un rotor (5) présentant un axe de symétrie de révolution (3) et une paroi extérieure (6) ;- a rotor (5) having an axis of symmetry of revolution (3) and an outer wall (6); - des aubes (4) comprenant chacune :- vanes (4) each comprising: o une surface d'assemblage (12) ; o une portion profilée (11);o an assembly surface (12); o a profiled portion (11); o un volume ;o a volume; lesdites aubes (4) étant destinées à être soudées à ladite paroi extérieure (6) par ladite surface d’assemblage (12) ;said vanes (4) being intended to be welded to said outer wall (6) by said assembly surface (12); lesdites aubes (4) étant destinées à être soudées dans un plan perpendiculaire audit axe de symétrie de révolution (3) dudit rotor (5) de sorte qu’elles forment une couronne d’aubes ;said blades (4) being intended to be welded in a plane perpendicular to said axis of symmetry of revolution (3) of said rotor (5) so that they form a crown of blades; lesdites aubes (4) de ladite couronne d’aubes étant espacées par un espacement inter-aubes (13) ;said blades (4) of said blade ring being spaced by an inter-blade spacing (13); ledit outil (1) étant destiné à maintenir une desdites aubes (4) iors de son soudage par friction sur ledit rotor (5) ;said tool (1) being intended to hold one of said blades (4) during its friction welding on said rotor (5); iadite méthode comprenant les étapes suivantes :Said method comprising the following steps: a. définir une forme d’outil (1 ) initiale ;at. define an initial tool form (1); b. définir un déplacement dudit outil (1) lors d’une opération de soudage par friction;b. define a displacement of said tool (1) during a friction welding operation; c. définir un espace de conception (2) pour le soudage d’une desdites aubes (4) par ladite surface d’assemblage (12) à ladite paroi extérieure dudit rotor (5) ;vs. defining a design space (2) for welding one of said blades (4) by said assembly surface (12) to said outer wall of said rotor (5); d. ledit espace de conception (2) étant défini par l’espace disponible défini par ledit volume de Faube à souder et par l’espacement inter-aubes (13) disponible de part et d’autres de Faube à souder et par l'espace nécessaire au déplacement dudit outil (1) lors d’une opération de soudage par friction ;d. said design space (2) being defined by the available space defined by said volume of faube to be welded and by the inter-blade spacing (13) available on either side of faube to be welded and by the space required moving said tool (1) during a friction welding operation; e. définir ies paramètres essentiels à la conception dudit outil (1) suivant :e. define the essential parameters for the design of the following tool (1): BE2017/5194BE2017 / 5194 - un paramètre concernant un effort imposé par une machine de friction (8) audit outil pour le soudage d’une aube (4) sur un rotor (5) ;- a parameter relating to a force imposed by a friction machine (8) on said tool for welding a blade (4) on a rotor (5); - ladite surface d’assemblage de ladite aube (4) ;- said assembly surface of said blade (4); - un module d'élasticité du matériau de fabrication dudit outil (1) ;- a modulus of elasticity of the material for manufacturing said tool (1); - une marge de déformation de l'outil (1) tolérée, cette marge étant définie par l’écart entre le déplacement généré par ladite machine de friction (8) et Ie déplacement effectivement transmis par ledit outil (1) à ladite surface d’assemblage (12) de ladite aube (4) pendant le soudage par friction ;a tolerated margin of deformation of the tool (1), this margin being defined by the difference between the displacement generated by said friction machine (8) and the displacement actually transmitted by said tool (1) to said surface of assembly (12) of said blade (4) during friction welding; f, discrétiser ladite forme initiale dudit outii (1 ) en éléments finis ;f, discretizing said initial form of said tool (1) into finite elements; g. optimiser ladite forme initiale dudit outil (1) dans ledit espace de conception (2) topologique en utilisant une méthode d’optimisation topologique en prenant en compte lesdits paramètres essentiels à la conception dudit outil (1).g. optimize said initial shape of said tool (1) in said topological design space (2) by using a topological optimization method taking into account said parameters essential to the design of said tool (1). 2. Méthode selon la revendication précédente caractérisée en ce que la 2. Method according to the preceding claim characterized in that the 20 friction est une friction orbitale et en ce que la machine de friction de l’étape20 friction is orbital friction and in that the step friction machine e. est une machine de friction orbitale..e. is an orbital friction machine .. 3. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ledit outil (1) comprend une partie fixe (9) et une 25 partie mobile (10), lesdites partie fixe (9) et partie mobile (10) étant couplées mécaniquement et en ce que ladite partie fixe (9) permet ie maintien d'une aube (4) lors de l’opération de soudage.3. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that said tool (1) comprises a fixed part (9) and a mobile part (10), said fixed part (9) and mobile part (10) being coupled mechanically and in that said fixed part (9) allows the maintenance of a blade (4) during the welding operation. 4. Méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant l’étape additionnelle suivante après l’étape f. :4. Method according to any one of the preceding claims comprising the following additional step after step f. : - adapter l’outil (1 ) obtenu pour l'usinage dudit outil (1 ).- adapt the tool (1) obtained for machining said tool (1). BE2017/5194BE2017 / 5194 5. Méthode seton Tune quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ladite marge de déformation est définie dans un plan. 5. Seton method Any of the preceding claims characterized in that said deformation margin is defined in a plane. 5 5 6. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'optimisation topologique valide ou supprime la présence de chaque élément discrétisé dudit outil (1) pour tous lesdits paramètres essentiels à la conception dudit outil (1). 6. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the topological optimization validates or eliminates the presence of each discretized element of said tool (1) for all of said essential parameters for the design of said tool (1). 10 15 10 15 7. Outil (1 ) obtenu selon l’une quelconque des revendications précédentes. 8. Méthode pour souder une aube (4) à un rotor (5) par friction et comprenant les étapes suivantes : a. fournir un outil (1 ) selon la revendication 7 ; b. fournir une machine de friction (8) comprenant un plateau mobile (7), ledit plateau mobile (7) étant défini par un plan ; c. fixer ledit outil (1) audit plateau mobile (7) de ladite machine de friction (8) ; d. positionner dans ledit outil (1) une aube (4), ladite aube (4) 7. Tool (1) obtained according to any one of the preceding claims. 8. Method for welding a blade (4) to a rotor (5) by friction and comprising the following steps: at. providing a tool (1) according to claim 7; b. providing a friction machine (8) comprising a movable plate (7), said movable plate (7) being defined by a plane; vs. fixing said tool (1) to said movable plate (7) of said friction machine (8); d. positioning a blade (4) in said tool (1), said blade (4) 20 20 comprenant : - une portion de base (14) ; - une portion profilée (11) ; ladite portion de base (14) comprenant une portion d'assemblage (15) ; including: - a base portion (14); - a profiled portion (11); said base portion (14) comprising an assembly portion (15); 3 3 ladite portion d’assemblage (15) comprenant une surface d’assemblage (12) ; ladite surface d’assemblage (12) étant définie par un plan ; l’aube (4) étant serrée dans ledit outil (1) par sa dite portion de base (14) telle que le pian défini par ladite surface d’assemblage (12) de said assembly portion (15) comprising an assembly surface (12); said assembly surface (12) being defined by a plane; the blade (4) being clamped in said tool (1) by its said base portion (14) such as the plane defined by said assembly surface (12) of 30 30 ladite aube (4) est parallèle au plan défini par ledit plateau mobile (7) de ladite machine de friction (8) ; ladite portion d'assemblage (15) étant située au-delà de la partie de la portion de base (14) serrée dans ledit outil (1) ; said blade (4) is parallel to the plane defined by said movable plate (7) of said friction machine (8); said assembly portion (15) being located beyond the part of the base portion (14) clamped in said tool (1);
BE2017/5194BE2017 / 5194 e. fournir un rotor (5) comprenant une paroi extérieure (6), ladite paroi extérieure (6) comprenant une portion d’assemblage (16), ladite portion d’assemblage (16) comprenant une surface d’assemblage (17) ;e. providing a rotor (5) comprising an outer wall (6), said outer wall (6) comprising an assembly portion (16), said assembly portion (16) comprising an assembly surface (17); f. positionner ladite surface d'assemblage (12) de ladite aube (4) auf. position said assembly surface (12) of said blade (4) at
5 contact de ladite surface d’assemblage (17) dudit rotor (5) ;5 contact of said assembly surface (17) of said rotor (5); g. réaliser une soudure par friction de ladite aube (4) sur ledit rotor (5) en mettant en contact lesdites surfaces d’assemblages (12 ; 17) de ladite aube (4) et dudit rotor (5), en imposant un mouvement relatif entre lesdites surfaces d’assemblages (12 ; 17) et en imposant une force deg. performing a friction weld of said blade (4) on said rotor (5) by bringing said assembly surfaces (12; 17) of said blade (4) and said rotor (5) into contact, by imposing a relative movement between said assembly surfaces (12; 17) and by imposing a force of 10 compression entre lesdites surfaces d'assemblage (12 ; 17) afin que la chaleur générée par tes efforts de friction entre lesdites surfaces d'assemblages (12 ; 17) permettent d’atteindre un état pâteux desdites portions d’assemblage (15 ;16) ;10 compression between said assembly surfaces (12; 17) so that the heat generated by your friction efforts between said assembly surfaces (12; 17) allow a pasty state of said assembly portions (15; 16) to be reached ); h. libérer ledit outil (1) de l’assemblage formé par ladite aube (4) et ledith. release said tool (1) from the assembly formed by said blade (4) and said 15 rotor (5),15 rotor (5), 9. Méthode selon la revendication précédente et comprenant l’étape additionnelle suivante avant l’étape a. :9. Method according to the preceding claim and comprising the following additional step before step a. : - enlever par usinage une aube (4) à remplacer d’un disque aubagé monobloc comprenant un rotor (5), ledit rotor (5) comprenant une paroi extérieure (6), ladite paroi extérieure (6) comprenant une portion d’assemblage (16) soudée à ladite aube (4) à remplacer, l’usinage permettant d’enlever l’aube (4) à remplacer de la portion d'assemblage (16) et de former une surface d'assemblage (17) apte à 2 5 recevoir une aube (4) par soudure par friction.- removing by machining a blade (4) to be replaced from a one-piece bladed disc comprising a rotor (5), said rotor (5) comprising an outer wall (6), said outer wall (6) comprising an assembly portion ( 16) welded to said blade (4) to be replaced, the machining making it possible to remove the blade (4) to be replaced from the assembly portion (16) and to form an assembly surface (17) suitable for 2 5 receive a blade (4) by friction welding. 10. Méthode selon l'une quelconque des deux revendications précédentes caractérisée en ce que la friction est une friction orbitale, en ce que ledit mouvement relatif de l’étape g. est un mouvement relatif de rotation, et en10. Method according to any one of the two preceding claims characterized in that the friction is an orbital friction, in that said relative movement of step g. is a relative rotational movement, and in 30 ce que la machine de friction de l’étape b. est une machine de friction orbitale.30 what the friction machine of step b. is an orbital friction machine. BE2017/5194BE2017 / 5194 11. Turbomachine comprenant un disque aubagé monobloc obtenu par la méthode selon l’une quelconque des trois revendications précédentes.11. Turbomachine comprising a one-piece bladed disc obtained by the method according to any one of the three preceding claims. BE2017/5194BE2017 / 5194 BE2017/5194BE2017 / 5194 BE2017/5194 \BE2017 / 5194 \ BE2017/5194BE2017 / 5194 AbrégéAbridged Méthode de conception d’un outH pour le soudage par friction, outil obtenu par ladite méthode et utilisation de l’outil pour le soudage par friction d’aubes sur un rotor d’une turbomachineMethod for designing an outH for friction welding, tool obtained by said method and use of the tool for friction welding of blades on a rotor of a turbomachine La méthode comprenant les étapes suivantes :The method comprising the following steps: - définir une forme d’outil (1 ) initiale ;- define an initial tool form (1); - définir un espace de conception (2) pour le soudage d'une aubes (4) à la paroi extérieure du rotor (5) ;- define a design space (2) for welding a blade (4) to the outer wall of the rotor (5); - définir ies paramètres essentiels à la conception de l’outil (1) : effort imposé à i’outll, géométrie de l’aube (4), module d'élasticité du matériau de l'outil (1), une marge de déformation de l’outil (1) tolérée ;- define the parameters essential to the design of the tool (1): force imposed on the tool, geometry of the blade (4), modulus of elasticity of the tool material (1), a margin of deformation tool (1) tolerated; - discrétiser la forme initiale de l’outil (1 ) en éléments finis ;- discretize the initial shape of the tool (1) into finite elements; - optimiser la forme initiale de l’outil (1 ) dans l’espace de conception (2) en utilisant une méthode d’optimisation topologïque en prenant en compte les paramètres essentiels à ia conception de l'outil (1).- optimize the initial shape of the tool (1) in the design space (2) using a topologic optimization method taking into account the parameters essential to the design of the tool (1).
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