BR112013029748B1

BR112013029748B1 - processo de reforço de um reforço metálico e reforço metálico

Info

Publication number: BR112013029748B1
Application number: BR112013029748-4A
Authority: BR
Inventors: Gilles Charles Casimir Klein; Jean-Michel Patrick Maurice Franchet; Dominique Magnaudeix; Gilbert Michel Marin Leconte
Original assignee: Snecma
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2021-05-11
Also published as: EP2715145A1; BR112013029748A2; EP2715145B1; CN103562556A; FR2975734B1; CA2837040C; US9482102B2; RU2634657C2; RU2013157920A; US20140086753A1; FR2975734A1; CN103562556B; WO2012164205A8; WO2012164205A1; CA2837040A1

Abstract

PROCESSO DE REFORÇO DE UMA PEÇA MECÂNICA.A invenção se refere a um processo de reforço de uma peça mecânica, tal como, por exemplo, uma peça de turbomáquina, realizada por união de duas partes (3), por exemplo por soldagem por difusão, que compreende as etapas que consistem e: - inserir pelo menos parcialmente meios de reforço (8, 9) de forma alongada em pelo menos um entalhe (7) disposto em uma das partes (3) e que desemboca em uma superfície de junção (6) entre as partes (3), -unir as duas partes (3).

Description

[0001] A presente invenção se refere a um processo de reforço de uma peça mecânica, tal como, por exemplo, uma peça de turbomáquina, realizada por união de duas partes, por exemplo por soldagem por difusão.

[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 de corpos estranhos suscetíveis de 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 sobre as 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 superplástica ou SPF/DB (Super Plasting Forming / Diffusion Bonding), que consiste em: - soldar duas chapas uma na 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, - inflar a pré-forma a fim de que ela seja submetida a uma conformação superplástica, - 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 fragilizam 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 impressão com matriz para aproximar as mesmas 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 estaque 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 chapas na 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] O reforço obtido compreende uma zona maciça, destinada a absorver a energia dos choques com partículas ou corpos estranhos, prolongada por dois lábios destinados a ser aplicados respectivamente contra o intradorso e o extradorso da pá a proteger.

[0008] Existe uma necessidade de melhorar a resistência mecânica dos reforços a fim de proteger as pás feitas de material compósito contra as ingestões de corpos estranhos pesados, tais como pássaros, sem, no entanto, aumentar de maneira importante a massa dos reforços.

[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 reforço de uma peça mecânica, tal como, por exemplo, uma peça de turbomáquina, realizada por união de duas partes, caracterizado pelo fato de que ele compreende as etapas que consistem em: - formar pelo menos um entalhe em cada uma das superfícies de junção das duas partes da peça, - inserir pelo menos parcialmente meios de reforço de forma alongada no dito entalhe, - unir as duas partes, por exemplo, por soldagem por difusão.

[0011] A inserção de meios de reforço na peça mecânica permite aumentar suas características mecânicas sem aumentar de maneira substancial sua massa.

[0012] Vantajosamente, os meios de reforço compreendem pelo menos um feixe de fibras de reforço circundado por uma bainha de retenção e de proteção das fibras.

[0013] A bainha permite manter as fibras em posição no entalhe e evitar que elas se quebrem por ocasião da união das duas partes.

[0014] De acordo com uma característica da invenção, as fibras são feitas de cerâmica, por exemplo, feitas de carboneto de silício.

[0015] A bainha e as partes podem ser metálicas, por exemplo, feitas de liga à base de titânio, e as fibras podem ser revestidas com um material metálico, por exemplo uma liga à base de titânio.

[0016] De preferência, o revestimento das fibras, a bainha e as duas partes são em um mesmo material metálico e as duas partes são unidas por soldagem por difusão de maneira a que, depois de difusão, a peça compreenda uma matriz metálica homogênea na qual são inseridas as fibras de reforço.

[0017] De acordo com uma variante de realização da invenção, a bainha é realizada por entrançamento de fibras, que são de mesma natureza que as fibras de reforço, ou de uma natureza diferente.

[0018] Antes de inserção no entalhe precitado de uma das partes, os meios de reforço podem ser conformados para se ajustar à forma desse entalhe.

[0019] Isso facilita a colocação no lugar dos meios de reforço no entalhe, antes de união das partes.

[0020] A fim de facilitar a inserção do feixe de fibras na bainha, a seção do feixe de fibras pode ser inferior ou igual a 95 % da seção da bainha.

[0021] A peça mecânica é vantajosamente 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 o de um turbopropulsor de avião.

[0022] A invenção pode se aplicar a outras peças mecânicas de turbomáquina, tais como notadamente cárteres que necessitam de zonas reforçadas.

[0023] A invenção se refere por outro lado a uma peça mecânica reforçada de turbomáquina obtida por execução do processo exposto acima, caracterizada pelo fato de que ela compreende meios de reforço dispostos no núcleo da peça, em pelo menos um entalhe das superfícies de junção das duas partes da peça.

[0024] 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: - a figura 1 é uma vista em perspectiva de uma porção de um reforço de uma borda de ataque ou de uma borda de fuga de uma pá de turbomáquina, realizado por união de duas chapas de acordo com a arte anterior, - as figuras 2 a 4 são vistas esquemáticas de uma parte dos meios de reforço de acordo com três formas de realização da invenção, - a figura 5 é uma vista em perspectiva de uma porção de uma das chapas de acordo com a invenção, antes de inserção dos meios de reforço, - a figura 6 é uma vista que corresponde à figura 5, depois de inserção dos meios de reforço, - a figura 7 é uma vista em perspectiva de uma porção de uma das chapas, na qual são inseridos os meios de reforço, - a figura 8 é uma vista esquemática de uma chapa na qual são inseridos os meios de reforço.

[0025] A figura 1 representa uma porção de um reforço metálico 1 da arte anterior, realizado pela união de duas chapas 2, 3. O reforço 1 é destinado a ser montado na borda de ataque ou na borda de fuga de uma pá compósita de turbomáquina, tal como uma pá de ventoinha de um turborreator ou de um turbopropulsor de avião.

[0026] Esse reforço 1 tem uma forma perfilada e apresenta, na parte da frente, uma parte maciça 4, prolongada por dois lábios 5 destinados a ser aplicados e colados respectivamente sobre o intradorso e o extradorso de uma pá de ventoinha feita de material compósito. As pás de ventoinha feitas de material compósito são geralmente realizadas por um processo de tipo RTM (“Resin Transfer Moulding”).

[0027] Cada chapa de reforço 1 compreende uma superfície de junção 6 destinada a ser aplicada sobre uma superfície de junção idêntica da outra chapa por ocasião da união das mesmas. Quando as duas chapas 2,3 são realizadas em um mesmo material, por exemplo feitas de liga de titânio, e são unidas uma com a outra por soldagem por difusão, o material de uma das chapas pode se difundir na outra chapa, e inversamente, de modo que o plano de junção das duas chapas pode ser invisível ou pouco visível depois de união.

[0028] Ainda que somente uma pequena porção do reforço 1 seja representada na figura 1, o reforço se estende em todo o comprimento da pá (que é geralmente compreendido entre 0,5 e 1 metro) e acompanha o perfil dessa última. É lembrado que uma tal pá pode ser arqueada e torcida, o reforço 1 devendo se conformar à borda de ataque ou de fuga da pá correspondente.

[0029] A invenção visa aumentar as características mecânicas desse reforço 1.

[0030] Com essa finalidade, entalhes 7 são realizados, por exemplo por usinagem ou por impressão com matriz, nas superfícies de junção 6 das chapas 2, 3, na maior parte do comprimento das chapas 2, 3 (ver as figuras 5 a 7). Esses entalhes 7 são dispostos nas zonas destinadas a formar, depois de união, a parte maciça 4 do reforço 1.

[0031] Um ou vários entalhes 7 podem ser realizados em cada uma das superfícies de junção das chapas 2, 3, os entalhes 7 sendo situados em frente uns aos outros depois de união das ditas chapas 2, 3.

[0032] O reforço 1 compreende por outro lado uma ou várias bainhas 8 no interior das quais são inseridos um ou vários feixes de fibras 9, o conjunto sendo conformado para se ajustar à forma do ou dos entalhes 7 antes de inserção no ou nos rasgos 7 de uma 3 das chapas 2, 3.

[0033] Nas figuras 5 a 6, as porções representadas das chapas 2, 3 são substancialmente planas. Essas chapas 2, 3 compreendem, no entanto, zonas ou porções arqueadas, como aquelas representadas nas figuras 7 e 8.

[0034] A seção da bainha 8 pode por exemplo ser circular (figura 2) ou oval (figura 3) e o diâmetro interno da bainha 8 é por exemplo da ordem de 3 a 12 mm.

[0035] As fibras 9, a bainha 8 e os entalhes 7 se estendem ao longo do reforço 1, em um comprimento compreendido entre 0,5 e 1 m.

[0036] As fibras 9 são feitas de cerâmica, por exemplo feitas de carboneto de silício (SiC), e são revestidas com uma liga à base de titânio, por um processo de revestimento conhecido notadamente pelo documento WO-A1-2010/136687.

[0037] A bainha 8 e as chapas 2, 3 são também realizadas em uma liga à base de titânio. Esses elementos são, por exemplo, realizados em TA6V, T40 ou TA3V2.5.

[0038] Em variante, a bainha 8 é realizada por entrançamento de fibras 10 de mesma natureza que as fibras de reforço 9, ou de uma natureza diferente. As fibras 10 que servem para o entrançamento da bainha 8 são por exemplo feitas de uma liga à base de titânio ou feita de carboneto de silício.

[0039] A seção do feixe de fibras 9 é inferior ou igual a 95 % da seção da bainha 8, de modo a que o feixe possa ser inserido facilmente no interior da bainha 8.

[0040] Uma vez que a ou as bainhas 8 estão colocadas no ou nos entalhes correspondentes 7 de uma 3 das chapas 2, 3, as fibras 9 sendo mantidas em posição dentro das bainhas 8, as duas chapas 2, 3 podem ser unidas uma com a outra por suas superfícies de junção 6. As bainhas 8 são inseridas então nos entalhes 7 da outra chapa 2. A integridade das fibras 9 é preservada pelas bainhas 8, que as protegem e as mantêm em posição durante a fase de união.

[0041] Por ocasião dessa união, as duas chapas 2, 3 são soldadas uma na outra por soldagem por difusão, a união podendo também ser realizada por compressão isostática a quente em torno de um núcleo. Esses processos são conhecidos pela arte anterior e não serão detalhados aqui. Em especial, o documento EP 1 574 270, em nome da Requerente, descreve um processo de realização de um reforço que compreende uma etapa de soldagem por difusão. Os pedidos de patente FR 10/51992 e FR 11/50532, depositados pela Requerente e ainda não publicados, descrevem processos de realização de reforços que compreendem uma etapa de compressão isostática a quente.

[0042] Por ocasião da soldagem por difusão, o titânio presente no revestimento das fibras 9, na ou nas bainhas 89 e nas chapas 2, 3, se difunde de um elemento para o outro, de maneira a que, depois de difusão, o reforço 1 compreende uma matriz metálica homogênea na qual são inseridas as fibras 9. Isso confere ao reforço 1 propriedades mecânicas aumentadas de cerca de 50 % em relação às propriedades mecânicas de um reforço da arte anterior.

Claims

1. Processo de reforço de um reforço metálico (1), destinado a ser montado em uma borda de ataque ou de fuga de uma pá compósita de turbomáquina, tal como uma pá de ventoinha de um turborreator ou de um turbopropulsor de avião, e realizado por união de duas chapas (2, 3), caracterizado pelo fato de que o reforço tem uma forma perfilada e apresenta, na parte da frente, uma parte maciça (4) prolongada por dois lábios (5) destinados a ser aplicados e colados respectivamente sobre o intradorso e o extradorso de uma pá de ventoinha feita de material compósito, cada chapa (2, 3) compreendendo uma superfície de junção (6), o processo compreendendo as etapas que consistem em: - dispor pelo menos um entalhe (7) em cada uma das superfícies de junção (6) das duas chapas (2, 3) do reforço (1) da peça, - inserir pelo menos parcialmente meios de reforço (8, 9) de forma alongada no dito entalhe (7), os meios de reforço compreendem pelo menos um feixe de fibras (9) de reforço circundado por uma bainha (8) de retenção e de proteção de fibras (9), - unir as duas chapas (2, 3), por soldagem por difusão, pelas superfícies de junção (6).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras (9) de reforço são feitas de cerâmica, por exemplo, feitas de carboneto de silício.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a bainha (8) e as partes (2, 3) são metálicas, por exemplo, feitas de liga à base de titânio.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as fibras (9) são revestidas com um material metálico, por exemplo, uma liga à base de titânio.

5. Processo, de acordo com as reivindicações 3 e 4, caracterizado pelo fato de que, o revestimento das fibras (9), a bainha (8) e as duas partes (2, 3) são realizados em um mesmo material metálico, as duas partes (2, 3) sendo unidas por soldagem por difusão de maneira que, depois da difusão, o reforço (1) compreenda uma matriz metálica homogênea na qual são inseridas as fibras (9) de reforço.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a bainha (8) é realizada por entrançamento de fibras (10).

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, antes de inserção no entalhe (7) de uma (3) das partes, os meios de reforço (8, 9) são conformados para se ajustar à forma desse entalhe (7).

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a seção do feixe de fibras (9) é inferior ou igual a 95 % da seção da bainha (8).

9. Reforço metálico (1), destinado a ser montado em uma borda de ataque ou de fuga de uma pá compósita de turbomáquina, tal como uma pá de ventoinha de um turborreator ou de um turbopropulsor de avião, e obtido por execução do processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que apresenta uma forma perfilada e apresenta, na parte da frente, uma parte maciça (4) prolongada por dois lábios (5) destinados a ser aplicados e colados respectivamente sobre o intradorso e o extradorso de uma pá de ventoinha feita de material compósito, cada chapa (2, 3) compreendendo uma superfície de junção (6), o reforço (1) compreendendo ainda meios de reforço (8, 9) dispostos no núcleo do reforço (1) em entalhes das superfícies de junção (6) das duas chapas (2, 3) do reforço (1), os meios de reforço compreendem pelo menos um feixe de fibras (9) de reforço circundado por uma bainha (8) de retenção e de proteção das fibras (9).