BR112013014085B1

BR112013014085B1 - processo de realização de um reforço metálico

Info

Publication number: BR112013014085B1
Application number: BR112013014085-2A
Authority: BR
Inventors: Gilles Charles Casimir Klein; Jean-Michel Patrick Maurice Franchet; Gilbert Michel Marin Leconte; Dominique Magnaudeix
Original assignee: Snecma
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2021-02-02
Also published as: FR2970668B1; CN103328150A; FR2970668A1; US20130294920A1; CA2823525C; WO2012101356A1; RU2585147C2; CA2823525A1; EP2668001A1; EP2668001B1; US9328614B2; RU2013139303A; CN103328150B; BR112013014085A2

Abstract

PROCESSO DE REALIZAÇÃO DE UM REFORÇO METÁLICO Realização de um reforço metálico (4, 6) destinado a ser montado na borda de ataque ou fuga de uma pá compósita de turbomáquina, que compreende as etapas que consistem em conformar duas chapas (1), em posicionar as mesmas de um lado e de outro de um núcleo (2), em unir as duas chapas (1) uma co ma outra em torno do núcleo (2) sob vácuo, em conformar as mesmas para separar o reforço (4, 6) e liberar o núcleo (2). Uma rugosidade predeterminada é dada a pelo menos uma parte da superfície do núcleo (2) e é transferida a uma parte correspondente da superfície interna do reforço (4, 6) pela compressão isostática a quente.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um processo de realização de um reforço metálico destinado a ser montado na borda de ataque ou de fuga de uma pá compósita de turbomáquina, tal como uma pá de ventoinha de um turborreator ou um turbopropulsor de avião.

[0002] A fim de reduzir o peso e o custo das pás de ventoinha de turbomáquina, essas últimas são geralmente realizadas em material compósito. As pás de ventoinha devem resistir a tensões e choques grandes, devido à velocidade de rotação das mesmas e aos impactos de partículas ou corpos estranhos que podem penetrar no percurso de escoamento de ar. Para isso, as pás feitas de compósito são protegidas, ao nível de suas bordas de ataque e/ou de fuga, por reforços metálicos colados nas lâminas das pás.

[0003] O documento EP 1 574 270-A1, em nome da Requerente, descreve um processo de realização de um reforço por soldagem por difusão e conformação super plástica ou SPF/DB (Super Plasting Forming / Diffusion Bonding), que compreende as etapas que consistem em: - soldar duas chapas uma com a outra por soldagem por difusão a fim de obter uma pré-forma, uma parte das chapas sendo recoberta por um produto antidifusor a fim de evitar a soldagem das mesmas em zonas determinadas; - arquear e torcer a pré-forma, - inchar a pré-forma a fim de que ela seja submetida a uma conformação super plástica, - cortar a pré-forma a fim de obter o reforço.

[0004] Esse processo não permite controlar precisamente a forma interior da cavidade do reforço. Em especial, as zonas de junção das chapas formam zonas de concentração de tensões e de início de ruptura que fragiliza o reforço.

[0005] A fim de melhorar a resistência mecânica do reforço, o pedido de patente FR 10/51992, depositado pela Requerente e ainda não publicado, propõe um processo de realização de um reforço metálico que consiste em: - conformar duas chapas por estampagem para aproximá-las da forma definitiva do reforço a realizar, - posicionar as duas chapas de um lado e de outro de um núcleo que reproduz as formas internas do extradorso e do intradorso do reforço, - unir as duas chapas uma com a outra em torno do núcleo de modo estanque e sob vácuo, - conformar as chapas sobre o núcleo por compressão isostática a quente, - cortar as chapas para separar o reforço e liberar o núcleo.

[0006] A compressão isostática a quente das chapas permite conformar as chamas com a forma do núcleo e obter, na zona de junção das chapas, um grande raio de conexão e, consequentemente, evitar qualquer zona de concentração de tensões ou de início de ruptura.

[0007] A parede interna do reforço, que forma suas superfícies de intradorso e de extradorso, destinadas a ser coladas respectivamente sobre as superfícies de intradorso e de extradorso da pá ao nível de sua borda de ataque ou de fuga, são submetidas a uma operação de usinagem suplementar antes de colagem que visa conferir às mesmas uma maior rugosidade, de modo a obter uma melhor aderência do reforço sobre a pá.

[0008] Essa operação de usinagem é complexa pois a ferramenta deve penetrar dentro da cavidade interna afilada do reforço, delimitada pelas superfícies de intradorso e de extradorso.

[0009] A invenção tem notadamente como objetivo trazer uma solução simples, eficaz e econômica para esse problema.

[0010] Com essa finalidade, ela propõe um processo de realização de um reforço metálico destinado a ser montado na borda de ataque ou de fuga de uma pá compósita de turbomáquina, que compreende as etapas que consistem em: - conformar duas chapas para aproximá-las da forma final do reforço a realizar, - posicionar as duas chapas de um lado e de outro de um núcleo que reproduz as formas internas do extradorso e do intradorso do reforço, - unir as duas chapas uma com a outra em torno do núcleo de modo estanque e sob vácuo, - conformar as chapas sobre o núcleo por compressão isostática a quente, - cortar as chapas para separar o reforço e liberar o núcleo, caracterizado pelo fato de que ele consiste em dar uma rugosidade predeterminada não nula a pelo menos uma parte da superfície do núcleo e em transferir essa rugosidade a uma parte correspondente da superfície interna do reforço pela compressão isostática a quente.

[0011] Dessa maneira, a rugosidade do núcleo é diretamente “impressa” sobre as superfícies internas de intradorso e de extradorso do reforço. A operação suplementar de usinagem precitada não é nesse caso mais necessária, o que permite reduzir o tempo e os custos de realização do reforço.

[0012] Vantajosamente, pelo menos uma parte da superfície do núcleo tem uma rugosidade Ra superior a 3 μ m, preferencialmente compreendida entre 3,2 e 6,4 μ m.

[0013] Depois de separação do reforço, o núcleo pode ser reutilizado para outros ciclos de fabricação.

[0014] Uma tal rugosidade, uma vez que ela foi transferida para as superfícies internas de intradorso e de extradorso do reforço, permite uma boa aderência da cola.

[0015] De acordo com uma possibilidade da invenção, a superfície externa do núcleo compreende zonas de rugosidades diferentes.

[0016] A utilização de várias zonas de rugosidades diferentes pode ser necessária em aplicações especiais.

[0017] A rugosidade da superfície externa do núcleo pode ser obtida por fresagem, por jateamento mecânico, por areação, por usinagem a laser, por eletroerosão e/ou por usinagem química.

[0018] De maneira preferida, o núcleo é realizado em material refratário metálico, por exemplo feito de liga de níquel ou feito de cerâmica, passivado por recobrimento com uma barreira antidifusão não contaminante para o material metálico das chapas, obtida ou por colocação de um óxido, por exemplo óxido de ítrio, ou por formação de uma camada de oxidação por tratamento térmico.

[0019] Evita-se assim a aderência das chapas ao núcleo por ocasião da compressão isostática a quente.

[0020] As chapas podem ser feitas de liga à base de titânio, por exemplo feitas de TA6V.

[0021] Um tal material pode ser facilmente conformado em temperaturas da ordem de 940°C, e é capaz de resistir a grandes tensões ou a impactos com partículas ou corpos estranhos, em temperatura mais baixa.

[0022] De acordo com uma característica da invenção, a conformação das chapas antes de posicionamento de um lado e de outro do núcleo é realizada por estampagem.

[0023] De acordo com uma outra característica da invenção, a união das duas chapas uma com a outra é realizada por soldagem por feixe de elétrons (FE).

[0024] De maneira vantajosa, o núcleo compreende uma primeira face que reproduz, por uma metade, a forma interna do intradorso de um primeiro reforço, e por uma outra metade, a forma interna do extradorso de um segundo reforço, o núcleo compreendendo uma segunda face oposta à primeira que reproduz, por uma metade, a forma interna do extradorso do primeiro reforço, e por uma outra metade, a forma interna do intradorso do segundo reforço, os dois reforços sendo separados um do outro por corte depois de conformação das chapas sobre o núcleo por compressão isostática a quente. É assim possível realizar dois reforços por ciclo de fabricação, com um só núcleo, o que diminui o custo de fabricação dos reforços.

[0025] A invenção se refere por outro lado a uma pá de turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, caracterizada pelo fato de que ela compreende uma lâmina feita de material compósito que apresenta uma superfície de intradorso e uma superfície de extradorso ligadas uma com a outra por uma borda de fuga e uma borda de ataque, caracterizada pelo fato de que ela compreende pelo menos um reforço obtido pelo processo descrito acima, que compreende duas superfícies internas opostas, coladas sobre as superfícies de intradorso e de extradorso ao nível da borda de ataque ou de fuga da lâmina, e que apresentam cada uma delas pelo menos uma parte que tem uma rugosidade Ra superior a 3 μ m, preferencialmente compreendida entre 3,2 e 6,4 μ m.

[0026] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, características e vantagens da invenção aparecerão com a leitura da descrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo em referência aos desenhos anexos nos quais: - as figuras 1 e 2 representam esquematicamente a etapa de conformação das chapas do processo de acordo com a invenção, - a figura 3 representa esquematicamente a etapa de união das chapas em torno do núcleo, - a figura 4 representa esquematicamente a etapa de conformação das chapas sobre o núcleo por compressão isostática a quente e a etapa de corte das chapas para separar o reforço e liberar o núcleo, - a figura 5 é uma vista em perspectiva de uma parte do reforço obtido por execução do processo de acordo com a invenção.

[0027] A figura 1 representa uma etapa de estampagem a quente das chapas 1 a fim de conformar as mesmas para aproximá-las da forma final dos reforços a realizar. No final dessa conformação, cada chapa 1 compreende uma zona côncava 2 que delimita um vazio. As chapas 1 são feitas de liga à base de titânio, por exemplo feitas de TA6V. A etapa de conformação é realizada a uma temperatura da ordem de 940°C.

[0028] Como está representado na figura 3, duas chapas 1 idênticas são em seguida dispostas confrontantes, de um lado e de outro de um núcleo 2, as concavidades das chapas 1 alojando cada uma delas uma parte do núcleo 2.

[0029] O núcleo 2 apresenta um plano de simetria P perpendicular às chapas e compreende uma primeira face que reproduz, por uma metade 3, a forma interna do intradorso de um primeiro reforço 4 a realizar, e por uma outra metade 5, a forma interna do extradorso de um segundo reforço 6 a realizar. O núcleo 2 compreende por outro lado uma segunda face, oposta à primeira e que reproduz, por uma primeira metade 7, a forma interna do extradorso do primeiro reforço 5, e por uma outra metade 8, a forma interna do intradorso 3 do segundo reforço 6.

[0030] As zonas de ligação 9 entre as duas faces, quer dizer as bordas laterais do núcleo 2, têm um raio compreendido entre 2 e 6 mm.

[0031] O núcleo 2 é realizado em um material refratário com o qual não há difusão do titânio, e em uma liga metálica que apresenta um coeficiente de dilatação bastante diferente daquele das chapas 1 feitas de titânio, por exemplo IN100.

[0032] O objetivo é evitar qualquer aderência das chapas 1 ao núcleo 2 por ocasião das diferentes operações realizadas, em especial por ocasião da operação de compressão isostática a quente.

[0033] Com esse objetivo também, o núcleo 2 pode ser passivado por recobrimento com uma barreira antidifusão não contaminante para o material metálico das chapas, obtida ou por depósito de um óxido, por exemplo óxido de ítrio, ou por formação de uma camada de oxidação por tratamento térmico.

[0034] Previamente, as faces do núcleo 2 foram tratadas ou usinadas de maneira a conferir às mesmas uma rugosidade determinada, por exemplo uma rugosidade Ra superior a 3 μ m, preferencialmente compreendida entre 3,2 e 6,4 μ m.

[0035] A rugosidade da superfície externa do núcleo 2 pode ser obtida por fresagem, por jateamento mecânico, por areação, por usinagem a laser, por eletroerosão e/ou por usinagem química.

[0036] Se for necessário, a superfície externa do núcleo 2 pode compreender zonas de rugosidades diferentes.

[0037] Uma vez que as chapas 1 foram colocadas no lugar em torno do núcleo 2, elas são unidas em sua periferia por marcação do ponto e soldagem TIG (Tungsten Inert Gas) a fim de ser ligadas entre si e mantidas na posição. O conjunto é em seguida colocado dentro de um recinto de colocação sob vácuo a fim de soldar aí as chapas 1 uma na outra em toda a periferia das mesmas, por exemplo por soldagem por feixe de elétrons (FE). O cordão de soldadura periférica contínuo 10 assegura a estanqueidade da cavidade formada entre as chapas 1.

[0038] Como representado na figura 3, as chapas 1 são em seguida conformadas sobre o núcleo 2 por compressão isostática a quente por ocasião da qual as chapas 1 são submetidas a uma pressão externa de cerca de 100 MPa (1000 bars), a uma temperatura de cerca de 940°C, e durante um tempo de cerca de 3 horas, no caso em que as chapas 1 são feitas de liga de titânio TA6V.

[0039] Durante essa operação, as chapas 1 se deformam para se conformar perfeitamente ao núcleo 2, inclusive nas zonas de ligação 9 do núcleo 2. Nessas zonas em especial, as chapas 1 se unem ao mesmo tempo em que se ajustam à forma arredondada do núcleo 2.

[0040] Por ocasião dessa etapa, a rugosidade do núcleo 2 é transferida ou “impressa” sobre as superfícies internas das chapas 1 em contato com o núcleo rugoso 2.

[0041] Paralelamente, devido à temperatura elevada, as duas chapas 1 são soldadas uma na outra por difusão.

[0042] Os dois reforços 4, 6 são em seguida separados por corte das chapas 1 ao longo das linhas 111 situadas na interseção das ditas chapas com o plano de simetria P.

[0043] A matéria excedente periférica 12 é retirada por corte de acordo com as linhas de contorno 13. Finalmente, uma usinagem de acabamento permite dar a forma exterior procurada aos reforços 4, 6.

[0044] São obtidos assim dois reforços que apresentam cada um deles uma forma representada na figura 5, na qual a junção entre as duas chapas 1, realizada por soldagem por difusão, assegura características mecânicas equivalentes àquelas de uma peça monobloco. A cavidade 14 de cada reforço compreende por outro lado, ao nível da zona de junção 15 entre o intradorso 16 e o extradorso 17, um raio de curvatura suficientemente grande para não gerar concentração de tensões e de fissuras em utilização.

[0045] Finalmente, as superfícies internas 16, 17 da cavidade 14 apresentam uma rugosidade suficiente para permitir a colagem do reforço 4, 6 sobre uma borda de ataque ou uma borda de fuga de uma pá feita de material compósito, por exemplo com o auxílio de uma cola de tipo epóxi.

[0046] O núcleo 2, no que lhe diz respeito, pode ser reutilizado para realizar outros reforços.

Claims

1. Processo de realização de um reforço metálico (4, 6) destinado a ser montado na borda de ataque ou de fuga de uma pá compósita de turbomáquina, comportando as etapas que consistem em: - conformar duas chapas (1) para aproximá-las da forma final do reforço (4, 6) a realizar, - posicionar as duas chapas (1) de um lado e de outro de um núcleo (2) que reproduz as formas internas do extradorso (17) e do intradorso (16) do reforço (4, 6), - unir as duas chapas (1) uma com a outra em torno do núcleo (2) de modo estanque e sob vácuo, - conformar as chapas (1) sobre o núcleo (2), - cortar as chapas (1) para separar o reforço (4, 6) e liberar o núcleo (2), caracterizado pelo fato de que as chapas (1) são conformadas sobre o núcleo (2) por compressão isostática a quente, e em que o processo consiste em dar uma rugosidade predeterminada não nula a pelo menos uma parte da superfície do núcleo (2) e em transferir essa rugosidade a uma parte correspondente da superfície interna (16, 17) do reforço (4, 6) pela compressão isostática a quente.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte da superfície do núcleo tem uma rugosidade Ra superior a 3 μ m, preferencialmente compreendida entre 3,2 e 6,4 μ m.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a superfície externa do núcleo (2) comporta zonas de rugosidades diferentes.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a rugosidade da superfície externa (3, 5, 7, 8) do núcleo (2) é obtida por fresagem, por jateamento mecânico, por areação, por usinagem a laser, por eletroerosão e/ou por usinagem química.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o núcleo (2) é realizado em material refratário metálico, por exemplo feito de liga de titânio ou de níquel, e é passivado por recobrimento com uma barreira antidifusão não contaminante para o material metálico das chapas, por exemplo feita de óxido de ítrio.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que as chapas (1) são feitas de liga à base de titânio, por exemplo feitas de TA6V.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a conformação das chapas (1) antes de posicionamento de um lado e de outro do núcleo (2) é realizada por estampagem.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a união das duas chapas (1) uma com a outra é realizada por soldagem por feixe de elétrons.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o núcleo (2) comporta uma primeira face que reproduz, por uma metade (3), a forma interna do intradorso de um primeiro reforço (4), e por uma outra metade (5), a forma interna do extradorso de um segundo reforço (6), o núcleo comportando uma segunda face oposta à primeira que reproduz, por uma metade (7), a forma interna do extradorso do primeiro reforço (4), e por uma outra metade (8), a forma interna do intradorso do segundo reforço (6), os dois reforços (4, 6) sendo separados um do outro por corte (11) depois de conformação das chapas (1) sobre o núcleo (2) por compressão isostática a quente.