BRPI0602912B1

BRPI0602912B1 - Método de reparar uma pá de um disco munido de pás de peça única de uma turbomáquina, e, elemento de corpo de prova de partida, de corpo de prova terminal ou de corpo de prova de desenvolvimento

Info

Publication number: BRPI0602912B1
Application number: BRPI0602912-4A
Authority: BR
Inventors: Bouet Bernard; Kerneiss Stéphane; André Charles Pagnon Claude; Christian Jean Pinto Eric
Original assignee: Snecma
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2018-03-20
Also published as: CN1903494B; JP2007071198A; BRPI0602912A; US7825348B2; EP1747840A1; DE602006000803T2; JP5008354B2; US20070023485A1; SG149881A1; CA2551614C; RU2006127494A; TWI366491B; TW200716288A; MXPA06008522A; FR2889091A1; SG129409A1; FR2889091B1; EP1747840B1; ATE390242T1; RU2417869C2

Abstract

"método de reparar uma pá de um disco munido de pás de peça única de uma turbomáquina, e, elemento de corpo de prova de partida, de corpo de prova terminal ou de corpo de prova de desenvolvimento". para reparar a pá (2), um remendo é soldado por um feixe de elétrons. o método se inicia usinando a zona danificada de modo a obter uma zona (10) a ser reparada dotada de um perfil definido, soldado a um primeiro elemento de corpo de prova correspondente à pá (2), dotado do dito perfil definido existe um segundo elemento de corpo de prova, correspondente ao remendo, de maneira a obter um corpo de prova de partida, a qualidade deste corpo de prova é verificada e, se corresponde aos critérios de aceitação de reparo, o remendo é soldado sobre a zona (10) a ser reparada usando a mesma máquina de soldagem por feixe de elétrons sem alterar os seus parâmetros operacionais e a zona reparada é re-elaborada por usinagem.

Description

(54) Título: MÉTODO DE REPARAR UMA PÁ DE UM DISCO MUNIDO DE PÁS DE PEÇA ÚNICA DE UMA TURBOMÁQUINA, E, ELEMENTO DE CORPO DE PROVA DE PARTIDA, DE CORPO DE PROVA TERMINAL OU DE CORPO DE PROVA DE DESENVOLVIMENTO (73) Titular: SNECMA, Companhia Francesa. Endereço: 2 Boulevard Du Général Martial Valin, 75015 Paris, FRANÇA (FR); SNECMA SERVICES, Companhia Francesa. Endereço: 2 Boulevard Du Général Martial Valin, 75015 Paris, FRANÇA(FR) (72) Inventor: BERNARD BOUET; STÉPHANE KERNEISS; CLAUDE ANDRÉ CHARLES PAGNON; ERIC CHRISTIAN JEAN PINTO

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 20/03/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 20/03/2018

Assinado digitalmente por:

Júlio César Castelo Branco Reis Moreira

Diretor de Patente “MÉTODO DE REPARAR UMA PÁ DE UM DISCO MUNIDO DE PÁS DE PEÇA ÚNICA DE UMA TURBOMÁQUINA, E, ELEMENTO DE CORPO DE PROVA DE PARTIDA, DE CORPO DE PROVA TERMINAL OU DE CORPO DE PROVA DE DESENVOLVIMENTO”

A invenção trata de um método ou método de reparar uma pá de rotor inteiriça de uma turbomáquina e elemento de corpo de prova inicial, terminal ou de desenvolvimento para implementar o método.

Um turbojato compreende vários rotores, que giram em tomo de seus eixos geométricos. Estes rotores podem incluir um disco, com um aro ao longo do qual as pás são montadas. Convencionalmente, as pás são retidas pela sua raiz em um alojamento previsto para esta finalidade. Para satisfazer as exigências de crescente desempenho de motores, estes rotores podem agora ser rotores de peça única, designados de discos com pás de peça única, denominados de “blisks”. Em um “blisk”, as pás e o disco formam apenas uma única peça. Para esta finalidade, uma preforma forjada é usinada de modo a formar o disco, as pás se estendendo radialmente em tomo de sua circunferência, enquanto ainda constituindo um componente de peça única. É também possível soldar determinadas partes, o “blisk” resultante sendo um componente de peça única. Existem muitas vantagens dos rotores de peça única, especialmente em termos de massa.

Devido à ingestão de corpos estranhos pelo motor, ou devido à erosão causada pela poeira ou por partículas arrastadas pelo fluxo da corrente de gás, as pás podem ter regiões danificadas, na forma de partes gastas ou rotas, que prejudicam a eficiência do turbo jato. As regiões envolvidas são genericamente a extremidade, o canto sobre o lado do rebordo dianteiro ou sobre o lado do rebordo traseiro, e o rebordo dianteiro ou o rebordo traseiro. Para reparar as pás em um “blisk” não é fácil, pois não é possível para as mesmas serem removidas de modo a efetuar sua reparação.

O desgaste ou dano, se não pode ser reparado, resulta no componente deficiente ter de ser trocado. Ora, no caso de um “blisk”, a substituição de uma pá envolve a troca do inteiro “blisk”.

O documento US 6.238.187 ensina um método de reparar as pás. Neste método, uma parte da pá em tomo da região danificada é cortada fora, a dita parte sendo padronizada de modo a tomar o método reproduzível qualquer que seja a forma e dimensão da região danificada, contanto que se enquadre dentro da parte em questão. Um componente substituto, comumente designado de um ‘remendo’, é então soldado sobre a pá. Este remendo tem dimensões maiores que aquelas da parte da pá removida e é então usinado de modo a reassumir a forma inicial da pá.

O documento US 6.568.077 ensina o uso, para a etapa de soldagem de um remendo no método acima, de um método de soldagem por feixe de elétrons que oferece as vantagens de uma alta velocidade de soldagem e da sua capacidade de poder soldar grandes espessuras.

Todavia, um problema se apresenta no caso de rotores produzidos de uma liga de titânio designada de Ti 17. Esta liga é mencionada, por exemplo no pedido de patente da requerente EP η² 1 340 832,que se relaciona com um produto, tal como uma pá, produzida deste material, que é difícil de soldar porque, quando derrete, emissão de gás ocorre durante a soldagem dando origem a micrósporos ou suspiros na zona afetada pelo calor (HAZ) que resulta em uma redução nas propriedades mecânicas da parte soldada. Esta redução pode ser da ordem de até 80% no caso da resistência mecânica. Uma redução deste tipo não pode ser tolerada em aplicações aeronáuticas e ocorre no caso de soldagem por feixe de elétrons. Outrossim, no caso de um rotor Ti 17, as técnicas TIG ou de microplasma convencíonalmente adotadas e prática comum na indústria aeronáutica deixam de prestar resultados aceitáveis.

Além disso, as pás recentes têm perfis tridimensionais complexos, a espessura de suas paredes sendo variável, e dificultam o uso de um método de soldagem por feixe de elétrons, que requer definição muito exata dos parâmetros. Estes parâmetros têm de ser definidos para cada situação em questão, qualquer padronização sendo de difícil obtenção.

O objetivo da invenção é propor um método de reparar uma pá 5 de um rotor de peça única de perfil progressivamente variável e de espessura variável, o dito método incluindo uma etapa de soldagem por feixe de elétrons.

A invenção trata de um método de reparar uma pá de um disco munido de pás de peça única de uma turbomáquina que inclui pelo menos kO uma região danificada, pela soldagem por feixe de elétrons de um remendo por intermédio de uma máquina de soldagem por feixe de elétrons, compreendendo as etapas de preparar a região lesada, da soldagem por feixe de elétrons do remendo e retificação da região reparada por usinagem, caracterizado pelo fato de:15 - a etapa de preparação compreender a usinagem da região danificada de modo a obter uma região a ser reparada de perfil definido;

- a soldagem ser realizada sobre um primeiro elemento de corpo de prova, correspondente à pá, dotado do dito perfil definido, com a máquina de soldar, os parâmetros operacionais da qual são prefixados, e de um segundo elemento de corpo de prova correspondente ao remendo, tendo as características do elemento de corpo de prova, de maneira a obter o que é designado de um corpo de prova de “de partida”;

- a qualidade do corpo de prova de partida após a soldagem é verificada e se a qualidade do corpo de prova corresponder aos critérios de aceitação do reparo;

- o remendo é soldado sobre a região a ser reparada com a mesma máquina de soldagem por feixe de elétrons sem alterar os seus parâmetros operacionais; e

- a região reparada é retificada por usinagem.

A presente invenção tem a vantagem de reparar discos munidos de pás inteiriças em uma escala industrial, sendo baseada sobre a capacidade de controlar máquinas de soldagem por feixes de elétrons. Uma vez que a máquina tenha sido validada e os parâmetros definidos, tudo que é requerido é verificar, pela soldagem prévia do segundo elemento de corpo de prova, correspondente ao remendo, sobre o primeiro elemento de corpo de prova, tendo o perfil da pá, que os parâmetros estejam corretos e não sofreram variação. De forma surpreendente, verificou-se que este método permite grande confiabilidade ser obtida no reparar componentes tão complexos ^k0 quanto os “blisks”. A verificação prévia é suficiente para autorizar um número de pás sobre o mesmo disco a ser reparado.

De acordo com outro aspecto característico, e assegurar de uma maneira complementar que a operação foi corretamente executada, o método inclui, após o remendo ter sido soldado sobre a pá ou os remendos sobre as sucessivas pás a serem reparadas, uma etapa de soldagem, sobre um primeiro elemento de corpo de prova, correspondente à pá, tendo o perfil definido da pá, um segundo elemento de corpo de prova, correspondente ao remendo, dotado das características do remendo, com a mesma máquina de soldagem por feixe de elétrons sem alterar os seus parâmetros operacionais, de maneira a obter o que é designado de um corpo de prova “terminal”, e uma etapa de verificar a qualidade do corpo de prova “terminal”.

Esta etapa tem a vantagem de proporcionar um estado de execução do método de soldagem terminal, quando os parâmetros da instalação podem ter sofrido um ligeiro desvio. Se o corpo de prova terminal é de uma qualidade aceitável, conclui-se então a partir disto de que todos os reparos que foram executados entre a soldagem do corpo de prova “de partida” e a soldagem do corpo de prova “terminal” foram corretamente executados. Isto possibilita, por um lado simplificar os métodos de reparo e, por outro lado, evitar a realização de verificações de qualidade direta sobre o “blisk” que, devido às limitações de espaço do último, não são fáceis, ou mesmo impossíveis de implementar.

O método é particularmente conveniente quando o material constitutivo do disco é uma liga de titânio, especialmente o Ti 17, porém a requerente não se propõe a limitar o âmbito de seus direitos a apenas esta aplicação.

O método se aplica à pelo menos uma região a ser reparada dentre as extremidades de aerofólio, cantos de rebordo dianteiro ou traseiro e rebordos dianteiro e traseiro.

|0 De acordo com outro aspecto característico, o método de reparar um disco munido de pás de peça única inclui uma etapa de desenvolver a máquina de soldagem por feixe de elétrons, durante a qual os parâmetros são prefixados pela soldagem, sobre um primeiro elemento de corpo de prova, correspondente à pá, tendo o perfil definido da pá de um segundo elemento de corpo de prova, correspondente ao remendo, tendo as características do remendo, de maneira a obter o que é designado de um “corpo de prova de desenvolvimento” sucedido por testes não destrutivos ou destrutivos do corpo de prova de desenvolvimento.

De preferência, os primeiros elementos, e os segundos elementos de corpo de prova inicial, do corpo de prova terminal e do corpo de prova de desenvolvimento são idênticos.

De acordo com outro aspecto característico, o método de reparo também inclui uma etapa de validar o par de materiais/ máquina, durante o qual as duas placas do material de pá, com uma espessura pelo menos igual à máxima espessura do perfil definido da pá, são soldadas de maneira a obter um corpo de prova para validar a integridade mecânica, e pelo menos testes de fadiga cíclica são realizados sobre o corpo de prova para validar a integridade mecânica.

A invenção trata também de um corpo de prova de partida, corpo de prova terminal ou um corpo de prova de desenvolvimento para implementar o método.

A invenção será mais claramente entendida com o auxílio da seguinte descrição da modalidade preferencial de implementação do método da invenção, com referência às figuras dos desenhos apensos, de acordo com as quais:

A figura 1 mostra uma vista parcial em perspectiva de um disco munido de pás de peça única;

A figura 2 mostra uma vista em perspectiva esquemática de uma pá do disco da figura 1, mostrando, em cinzento, a parte de pá removida durante a fase de preparação do método da invenção;

A figura 3 mostra uma vista em perspectiva esquemática de um remendo com talões para implementar o método da invenção;

A figura 4 mostra uma vista em perspectiva esquemática do primeiro elemento de corpo de prova, do corpo de prova de partida, terminal ou de desenvolvimento para implementar o método da invenção, correspondente a uma pá;

A figura 5 mostra uma vista em perspectiva esquemática do segundo elemento de corpo de prova, do corpo de prova de partida, terminal ou de desenvolvimento do método da invenção, correspondente a um remendo;

A figura 6 mostra uma vista em perspectiva esquemática de um corpo de prova para validar a integridade mecânica da soldagem, usada para validar um par de máquina/material para implementar o método da invenção; e

A figura 7 mostra uma vista em perspectiva esquemática de um corpo de prova da figura 6, recortado para testes de fadiga cíclica.

Reportando-se à figura 1, o método da invenção trata do reparo de uma pá 2, se estendendo radialmente na periferia de um aro 3 de um disco munido de pás de peça única 1 (“blisk” 1), aqui produzido de titânio Ti 17. Devido a um impacto ou como resultado de desgaste, esta pá tem uma região danificada. As regiões suscetíveis a serem danificadas são o rebordo dianteiro 4, o rebordo traseiro 5, o canto do rebordo dianteiro 6, o canto do rebordo traseiro 7 e a linha da extremidade 8 da pá, aqui dotada de uma parte mais delgada formando, de uma maneira conhecida, o rebordo vedante.

Predefinidas sobre a pá existem partes padronizadas nas quais as regiões danificadas que podem ser reparadas estão localizadas, estas partes correspondentes às partes de pá que são recortadas de maneira a serem substituídas. Uma primeira etapa do método consiste em verificar se a região danificada da pá situa-se em uma parte deste tipo. A figura 2 mostra uma pá 2 e uma dita parte padronizada 9, mostrada em cinzento. Esta parte 9 aqui inclui um canto do rebordo dianteiro da pá 2.

Se este for o caso, a parte padronizada é recortada por máquina. Os parâmetros para esta operação de usinagem são prefixados e idênticos para pás de qualquer tipo. A linha de corte 10 da parte padronizada 9 é definida de modo a, variar tão lentamente quanto possível de modo a não ter pontos excessivamente bruscos de inflexão ou cantos, para assim tomar o corte e subseqüente soldagem mais fáceis, e, por outro lado, se estender para o interior de uma região da pá onde as tensões operacionais são mínimas, ou pelo menos não máximas, para que a zona a ser soldada não seja subseqüentemente submetida, ao longo da linha de soldagem, a tensões excessivamente elevadas. As máximas dimensões da parte recortada são definidas de acordo com o uso da máquina e levando em conta as cargas aerodinâmicas a que a pá 2 foi submetida. Os defeitos em uma pá 2 que estão contidos nesta parte 9, qualquer que seja sua forma ou sua natureza, podem ser reparados cortando fora esta parte 9 e efetuar sua substituição por um remendo padronizado 11, que pode ser visto na figura 3, e será descrito mais tarde. A operação de corte é também realizada de modo a assegurar um acabamento superficial compatível com a qualidade de soldagem desejada.

O que é assim obtido sobre a pá 2 é uma linha de corte tendo um perfil definido.

Uma vez que este corte tenha sido realizado por usinagem, a 5 pá 2 e especialmente sua linha de corte 10, é objeto de limpeza de modo a preparar a mesma para a etapa de soldagem.

Antes de soldar um remendo 11 sobre a pá cortada, um corpo de prova de partida é soldado, o primeiro elemento e o segundo elemento do qual podem ser vistos nas figuras 4 e 5, que serão explanadas em detalhe mais lO adiante.

O remendo 11 é então colocado em contato com a linha de corte 10 da pá 2. Esta operação de contato é realizada por um dispositivo para reter a pá 2 e o remendo 11 em posição. Este dispositivo, que deixa de ser descrito aqui, tem de ser projetado de modo a permitir posicionamento muito preciso destes elementos entre si e é adaptado a cada pá 2. De preferência, o mesmo dispositivo é usado para reter a pá 2 em posição enquanto sua parte padronizada 9 está sendo cortada fora. Isto possibilita preservar os mesmos parâmetros e ter um plano de soldagem idêntico ao plano de corte.

O remendo 11, que é produzido do mesmo material que a pá, aqui titânio Ti 17, tem um perfil ao longo de uma linha de corte 12 que repete exatamente o mesmo perfil definido da linha de corte da pá 2 e tem uma espessura super dimensionada com respeito à espessura da pá, aqui de aproximadamente l mm, dividida em 0,5 mm sobre um lado da pá e 0,5 mm sobre o outro lado, para uma pá cuja espessura varia entre 0,5 e 6 mm, de preferência entre 0,7 e 3,45 mm. A espessura do remendo 11 assim acompanha, ao longo de sua linha de corte 12, porém também sobre sua inteira área, as variações do perfil e a espessura variável da pá, ao longo de sua linha de corte 10 e sobre a área correspondente à parte que foi removida, com uma espessura super dimensionada. Em outras palavras, o perfil superficial do remendo 11 corresponde sobretudo à superfície da parte 9 da pá 2 que foi cortada fora, suas dimensões sendo ligeiramente maiores.

Na extensão de cada extremidade de sua linha de corte 12, o remendo 11 tem um talão 13, 14 se projetando da superfície da linha de corte

12 e se estendendo de modo a não interferir com a pá 2 uma vez que o remendo 11 tenha sido colocado em contato com a última. Mais precisamente, cada talão 13, 14 corresponde ao perfil do rebordo 15, 16 da pá 2 que se estende de sua linha de corte 10, neste caso os rebordos correspondentes à sua linha extrema 15 e seu rebordo dianteiro 16, que formaria o canto de rebordo lo dianteiro da pá 2. Estes talões 13, 14 são usados para iniciar e terminar a soldagem,, como será visto mais adiante. Os talões 13, 14 podem ser formados de uma única parte com o remendo 11 ou afixados ao mesmo. Se forem produzidos como uma só parte com o remendo, eles podem também permitir a um operador a efetuar a preensão do remendo 11 e realizar o seu deslocamento. Os talões também poderíam ser afixados à pá 2.

A linha de corte 12 do remendo 11 é por conseguinte levada a entrar em contato com a linha de corte 10 da pá 2, esta operação de contato tem de ser realizada muito precisamente, por intermédio do dispositivo de retenção acima mencionado, para que o perfil do remendo 11 acompanhe exatamente o perfil da pá 2, algo que não era o caso na técnica anterior onde o remendo é de uma espessura constante substancialmente maior que a máxima espessura da pá. Graças a esta espessura variável do remendo 11, diferenças e variações em espessura excessivamente grandes entre a pá 2 e o remendo 11 são evitadas, desse modo simplificando o subseqüente método de soldagem por feixe de elétrons e garantindo sua melhor qualidade, cujo método exatamente requer que seja executado muito precisamente. Isto possibilita limitar as causas de defeitos de soldagem. O dispositivo de retenção, que retém a pá 2, o remendo 11 e possivelmente os talões 13, 14 em posição, se estes não são integrais com o remendo 11, têm por conseguinte de ser posicionados em três dimensões.

A soldagem por feixe de elétrons então se processa por intermédio de uma máquina de soldagem por feixe de elétrons. Para esta finalidade, o conjunto de pá 2 e remendo 11 é colocado em uma atmosfera inerte, tipicamente em um vácuo, e um canhão eletrônico da máquina dispara um feixe de elétrons sobre o filete de solda, localizado na interface entre as linhas de corte 10, 12 da pá 2 e do remendo 11, a energia cinética dos elétrons aquecendo as peças a soldar e permitindo que sejam conjuntamente soldadas. Os vários parâmetros desta etapa de soldagem, especialmente a potência do feixe (tipicamente entre 50 e 200 kW), a velocidade de elétrons estabelecida pelas tensões de aceleração, a densidade de elétrons, a corrente de focalização permitindo que a profundidade do ponto focal seja ajustada, a amplitude, forma e freqüência da vibração do feixe de elétrons em tomo de seu eixo geométrico, e a velocidade de deslocamento do feixe, são definida de antemão por intermédio de ensaios sobre corpos de prova de desenvolvimento similares ao corpo de prova de partida, que serão explanados mais adiante.

As vantagens do emprego da soldagem por feixe de elétrons são especialmente a velocidade de soldagem e a qualidade de soldagem obtida ao longo de um filete de solda relativamente estreito.

A soldagem é iniciada sobre um talão 13, uma vez que, na soldagem por feixe de elétrons, o inicio da soldagem gera defeitos no objeto a soldar, e também um orifício. Estas deficiências não afetam a pá 2 atendendose a que estão confinados ao talão 12. Outrossim, a iniciação da soldagem sobre o talão 13 possibilita, quando o feixe de elétrons atinge o plano de junção entre a pá 2 e o remendo 11, para o canhão eletrônico estar à plena potência, cuja potência é mantida até o término da linha de corte 10 da pá 2. A inteira operação de soldagem do remendo 11 com a pá 2 por conseguinte é realizada, com relação à linha de corte da pá 2, no “estado estável” do canhão eletrônico. Pode ser observado que no caso específico em questão, o filete de solda é do tipo de extremidades abertas. A soldagem prossegue e termina sobre o talão oposto 14, de modo que os defeitos e o orifício, que são também gerados nesta fase, são confinados a este talão 14.

O feixe de elétrons não é dirigido exatamente sobre o plano de 5 junção porém ligeiramente deslocado para o lado do remendo 11, uma vez, em que tomo de um filete de soldagem um “rebaixo” pode se apresentar, isto é, uma zona em que a espessura é reduzida em relação à sua espessura inicial,devido à perda de material no sentido do filete de soldagem, Uma vez que o remendo 11 tem uma maior espessura que a pá 2, o material tem uma ¹¹0 tendência a ultrapassar o filete de solda de modo a preencher o rebaixo sobre o lado da pá. O rebaixo, que poderia se formar sobre o lado do remendo 11 poderia desaparecer na etapa de usinagem que se sucede. O desvio do feixe sobre o lado do remendo 11 por conseguinte previne que um rebaixo seja formado na pá reparada 2.

Os parâmetros da máquina de soldagem por feixe de elétrons de preferência são refinados por subordinar estes parâmetros à geometria do filete de solda e por conseguinte à geometria da linha de corte 10 da pá 2, de uma maneira progressiva, em tempo real, ao longo desta linha de corte 10. O filete de solda obtido é assim de melhor qualidade.

Outra vantagem do uso de talões 13, 14 deve ser observada. A pá 2 inclui, ao longo de sua linha extrema 15, um rebordo vedante correspondente a um rebordo 17 sobre o remendo 11. Devido à sua muito pequena espessura, este rebordo não pode ser diretamente soldado pelo feixe de elétrons, pois esta zona entraria em colapso durante a soldagem. Por conseguinte é frequente, na técnica precedente, não soldar o rebordo porém formar um rebordo por um processo de acúmulo subsequente, por exemplo, usando um laser, que onera os custos apreciavelmente. O talão 13, situado abaixo do rebordo 10 sobre o lado da pá 2 e do remendo 11 onde a continuação do perfil é mais larga, forma uma espessura super dimensionada no rebordo. Assim, a região onde as partes de rebordo são soldadas entre si não é demasiadamente delgada e estas partes podem ser soldadas por soldagem a feixe de elétrons de modo a assegurar a continuidade do rebordo da pá 2 uma vez reparada.

Uma vez que a operação de soldagem por feixe de elétrons tenha sido realizada, a pá 2, com o remendo 11 soldado, passa por um tratamento térmico de modo a reduzir as tensões internas resistentes à tração geradas durante a soldagem.Uma operação de martelagem ultra-sônica também pode ser executada. Determinadas verificações são conduzidas de modo a assegurar a qualidade da soldagem. Estas verificações podem equivaler a verificações visuais para verificar que a soldagem se processou corretamente e não produziu, em princípio, apreciáveis imperfeições, devido às garantias propiciadas pela soldagem de um corpo de prova de partida. Para esta finalidade, o objetivo pode ser verificar visualmente a presença de traços de oxidação, que poderíam ser atribuíveis à proteção insuficiente pelo gás de confinamento, qualquer falta de ligação, fissuras (sob um microscópio binocular) e presença de material não fundido.

Se de acordo com esta ou estas verificações sumárias, o resultado for satisfatório, o remendo 11 é então objeto de usinagem de modo a remover o material excedente para recuperar um perfil quase definitivo, praticamente correspondente ao perfil da pá completa 2. Vários passes da ferramenta de usinagem são completados, pouco material sendo removido de cada vez, até ser obtida a pá com dimensões ligeiramente maiores que as dimensões finais, isto é, com dimensões correspondentes à pá inicial. Estas são as dimensões da parte 9 que foi cortada fora e substituída pelo remendo 11 ,o restante da pá 2 não sendo usinado uma vez que tem de permanecer idêntico ao restante da pá inicial 2.

O reparo da pá 2 é refinado e completado por polimento manual,, de modo a obter uma pá 2 idêntica à pá inicial 2.

O método da invenção é especialmente caracterizado pelo fato de que, antes do remendo ser soldado a lâmina 2, um elemento de corpo de prova de partida é soldado. Para esta finalidade dois elementos de corpo de prova de partida, isto é, um primeiro elemento 18, mostrado na figura 4, correspondente à pá 2, e um segundo elemento 19, mostrado na figura 5, correspondente à pá 11, serem soldados entre si. O primeiro elemento de corpo de prova 18, correspondente à pá 2, será designado pelo termo “primeiro elemento 18” e o segundo elemento de corpo de prova 19 correspondente ao remendo 11 será designado pelo termo “segundo elemento

19”. O termo “corpo de prova” corresponderá ao corpo de prova já soldados, isto é, aos dois elementos 18, 19 interligados por soldagem.

O primeiro elemento 18 tem uma linha de corte 20, o perfil da qual é idêntico ao perfil definido da linha de corte 10 da pá 2. Este elemento é constituído do mesmo material, aqui titânio Ti 17, que passou pelos mesmos processos de tratamento que a pá 2, desde de a sua fusão redutora (de minério) até seu uso em serviço, e tem as mesmas características superficiais e as mesmas propriedades metalúrgicas e foi usinado da mesma maneira. De preferência, pode ser uma parte proveniente da preforma de “blisk” foijada, desse modo assegurando similaridade das características. Inclui partes correspondentes aos talões 13, 14, mesmo se estes não tiverem sido mostrados.

De maneira idêntica, o segundo elemento 19 tem uma linha de corte 21, o perfil da qual é idêntico aquele da linha de corte 12 do remendo 11, características similares da mesma maneira como previamente. Inclui aa espessura super dimensionada do remendo 11 e partes 22, 23 correspondentes aos talões 13, 14.

O primeiro elemento 18 e o segundo elemento 19 são soldados pela máquina que será usada para soldar o remendo 11 à pá 2, com os parâmetros prefixados para esta soldagem. A prefixação dos parâmetros pode ser obtida da maneira que passa a ser descrita abaixo. O mesmo dispositivo de retenção é usado. Assim, antes do remendo 11 ser soldado com a pá 2, um processo muito similar de soldagem dos dois elementos 18, 19 entre si é realizado de forma a obter o elemento de corpo de prova “de partida”

E até mesmo possível, de modo a realizar de forma ainda mais representativa a soldagem do elemento 11 com a pá 2, proporcionar meios que simulem o ambiente de massa e volume da pá 2. Isto porque, devido à massa que circunda a pá 2, especialmente a presença, próxima à pá 2, do cubo que suporta o aro 3 para reter as pás 2, um efeito de bombeamento térmico é *9 produzido durante a soldagem. O calor de soldagem, injetado em um ponto localizado filete de solda, tem uma tendência a se difundir para o interior da massa, esta difusão variando de acordo com a última. O ambiente da pá 2 é levado em conta ao soldar o elemento de corpo de prova de “partida”, que pode, por exemplo ser simulado usando a usinagem do dispositivo de retenção, que tem uma massa maior que aquela que seria necessária.

Uma vez que os dois elementos 18, 19 do corpo de prova de “partida” tenham sido soldados, o corpo de prova de partida é por conseguinte obtido. A qualidade da soldagem do corpo de prova efetivo é por conseguinte obtida.A qualidade da soldagem do corpo de prova de partida é então verificada. Dependendo dos requisitos, é possível realizar somente verificações visuais ou testes sob um microscópio binocular, ou efetuar cortes seccionais transversais e longitudinais com o plano de junção de modo a realizar exames metalúrgicos.

Caso esta ou estas verificações revelarem soldagem insatisfatória, os parâmetros são adaptados e um outro corpo de prova é opcionalmente soldado, e assim por diante até um corpo de prova de partida considerado satisfatório ser obtido, caso em que os parâmetros da máquina são validados quando é considerado que eles correspondem aos critérios de aceitação de reparos.

Uma vez que os parâmetros da máquina tenham sido considerados válidos, o remendo 11 pode ser soldado à pá 2 para efetuar o seu reparo, utilizando os mesmos parâmetros. A verificação prévia de um corpo de prova de “início” é suficiente para autorizar o reparo de uma pluralidade de pás idênticas 2 de um e o mesmo “blisk”, ou mesmo de vários “blisks” idênticos.

Pode ser observado que os parâmetros da máquina de soldagem por feixe de elétrons são prefixados. Todavia, muito embora estes parâmetros tenham sido estabelecidos de modo a obter uma soldagem ^k0 satisfatória, o corpo de prova de “início” possibilita assegurar que estes parâmetros sejam sempre corretos, uma vez que desgaste, calor, etc. que afetam a precisão da máquina não podem ser excluídos.

De acordo com um aspecto característico do método da invenção, após a pá ou pás 2 do “blisk”(s) tenham sido reparados, um corpo de prova “terminal” é soldado. Um corpo de prova deste tipo é idêntico ao corpo de prova de “partida” descrito acima com os mesmos dois elementos 18, 19. A soldagem é realizada de uma maneira completamente idêntica, com os parâmetros validados pela verificação do corpo de prova de “partida”, que foram usados para reparo das pás 2. De forma igual, um ou mais verificações são conduzidas sobre o corpo de prova “terminal”, assim possibilitando validar ou não o reparo da pá ou pás 2 dos “blisks”. De preferência, o corpo de prova “terminal” é verificado precisamente, com por exemplo, um exame metalúrgico, de maneira a buscar por bolhas, que são cavidades formadas pelo gás desprendido pelo metal. No caso do titânio Ti 17, estas bolhas são tão pequenas quanto de 5 a 100 gm e não podem ser detectadas por simples radiografia.A densidade de micrósporos observada durante a inspeção metalúrgica será o fator chave para aceitação do reparo. Assim, soldando um corpo de prova de partida e um corpo de prova terminal, e efetuando sua verificação, é possível validar a inteira operação, isto é, o reparo do “blisk” ou “blisks”, uma vez que se o início e o término das operações estão corretos, o inteiro reparo ou reparos é e/ou são considerados como válidos.

De preferência, as operações realizadas sobre a pá 2 uma vez que tenha sido soldada (tratamento térmico, martelagem ultra-sônica, etc.) são conduzidas, onde isto é possível, após a soldagem e após o corpo de prova terminal ter sido verificado.

De acordo com um aspecto característico da invenção, os parâmetros de máquina são prefixados sobre o que são denominados corpos de ensaio de desenvolvimento que são idênticos aos corpos de ensaio de início e de término. Graças a estes corpos de ensaio de desenvolvimento, os parâmetros da máquina de soldagem são experimentalmente determinados para reparar uma pá 2 de um tipo específico, com um perfil definido. Este desenvolvimento dos parâmetros pode ser realizado mediante a aceitação de uma máquina pelo reparador, ou e então de antemão pelo fabricante de “blisk”, que então fornecerá ao reparador de “blisk” os parâmetros a serem aplicados às pás 2. O benefício do corpo de prova de início possibilita ainda mais neste caso adaptar parâmetros que podem sofrer ligeiras variações uma vez que eles não são implementados na mesma máquina.

Assim implementado, o método da invenção possibilita não somente reparar um “blisk” de titânio Li 17, que não era possível na técnica anteriormente existente, porém também padronizar os ditos reparos. O fabricante assim proporciona aos seus reparadores os parâmetros a serem implementados para reparar as pás 2, para realizar a soldagem e verificar um ou mais corpos de ensaio de partida de maneira a validar estes parâmetros, reparar uma ou mais pás com uma verificação sumária ou mesmo na ausência de verificação, e a seguir validar este reparo soldando e verificando um corpo de prova terminal.

De acordo com outro aspecto característico da invenção, uma máquina de soldar é pré-validada por intermédio de um corpo de prova 24 designado de um corpo de prova de validação mecânica, mostrado na figura 6. Para esta finalidade, duas placas de espessura correspondente à pelo menos a máxima espessura da pá 2 são soldadas por feixe de elétrons, com parâmetros prefixados, conforme se verifica durante a soldagem de uma pá em que mais defeitos são suscetíveis de serem gerados de modo a obter o corpo de prova de validação de integridade mecânica 24 com a linha de soldagem resultante 25.

Uma fatia 26 é e então seccionada do corpo de prova de validação de integridade mecânica 24, transversalmente à linha de soldagem 25, usinada de modo a formar uma barra 27 na sua parte central que inclui a linha de soldagem 25 se estendendo transversalmente à barra 27. A usinagem é executada de modo a deixar, nas extremidades da barra 27,áreas mais largas 28, 2 para serem agarradas pelas mandíbulas de um aparelho com o qual testes de fadiga cíclica são conduzidos. Os ditos testes empregam sucessivas forças de tração e compressão a várias temperaturas, por exemplo à temperatura ambiente e a temperaturas operacionais das pás 2. O corpo de prova 24 também pode ser usado para realizar várias verificações, tais como aqueles descritos acima, e podem por exemplo ser seccionados transversalmente e longitudinalmente para o fim de exame metalográfico.

Assim, o corpo de prova de validação de integridade mecânica possibilita validar um par constituído de máquina/material e assim definir o impacto de um reparo típico sobre o material e a redução de suas propriedades mecânicas.

Vantajosamente, tal validação de integridade mecânica é realizada para cada máquina, antes da implementação do método de reparo e anterior à soldagem do corpo de prova de partida. A validação por conseguinte não é conduzida para o material, porém para cada máquina, em conjunção com o material.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de reparar uma pá (2) de um disco munido de pás de peça única (1) de uma turbomáquina que inclui pelo menos uma região danificada, pela soldagem por feixe de elétrons de um remendo (11) por intermédio de uma máquina de soldagem por feixe de elétrons que compreende as etapas de preparar a região danificada, da soldagem por feixe de elétrons do remendo (11) e reforma da região reparada por usinagem, caracterizado pelo fato de:

- a etapa de preparação compreender a usinagem da região danificada de modo a obter uma região (10) a ser reparada de perfil definido;

- a soldagem ser realizada, sobre um primeiro elemento de corpo de ensaio (18) correspondente à pá (2), tendo o dito perfil definido (20) com a máquina de soldar, os parâmetros operacionais da qual são prefixados, e de um segundo elemento de corpo de ensaio (19), correspondente ao remendo (11), dotado das características do remendo (11), de modo a obter o que é designado de um corpo de prova de partida;

- a qualidade do corpo de prova de partida após a soldagem ser verificada e, se a qualidade do corpo de prova corresponder aos critérios de aceitação de reparo;

- o remendo (11) ser soldado sobre a região a ser reparada com a mesma máquina de soldagem por feixe de elétrons sem alterar os seus parâmetros operacionais; e

- a região reparada ser reformada por usinagem.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da usinagem da região danificada ser realizada cortando fora uma parte padronizada (9) que inclui a região danificada, ao longo de uma linha de corte (10).
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato do remendo (11) incluir uma linha de corte (12) dotada de um perfil, correspondente ao perfil definido da linha de corte (10) da pá (2), com uma superdimensão de espessura a normal.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato da superdimensão de espessura a normal ser de aproximadamente 1 mm,
5 dividida por cerca de 0,5 mm de cada lado da linha de corte (10), para uma pá cuja espessura varia entre 0,5 e
6 mm, de preferência entre 0,7 e 3,45 mm.

5. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de, enquanto o remendo (11) está sendo soldado, o feixe de elétrons ser ligeiramente deslocado no lado com o remendo (11).

IO 6. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de pelo menos um talão (13, 14) afixado ao remendo (11) ser previsto.
7. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que inclui, após remendo (11) ter sido soldado

15 sobre a pá (2), uma etapa de soldar, sobre o primeiro elemento de corpo de prova (18), correspondente à pá (2), dotado do perfil da pá (2), um segundo elemento de corpo de prova (19), correspondente ao remendo (112), dotado das características do remendo (11), com a mesma máquina de soldagem por feixe de elétrons sem alterar os seus parâmetros operacionais, de maneira a

20 obter o que é designado de um corpo de prova terminal, e uma etapa de verificar a qualidade do corpo de prova terminal.
8. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que inclui uma etapa de desenvolver a máquina de soldagem por feixe de elétrons, durante a qual os parâmetros são prefixados

25 pela soldagem, sobre um primeiro elemento de corpo de prova (18), correspondente à pá (2), tendo o perfil definido da pá (2) de um segundo elemento de corpo de prova (19) correspondente ao remendo (11), dotado das características do reemendo (11), de maneira a obter o que é designado de “corpo de prova de desenvolvimento” sucedido pelo teste não-destrutivo e/ou destrutivo do corpo de prova de desenvolvimento.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 e 8, caracterizado pelo fato dos primeiros elementos (18) e dos segundos elementos (19) do corpo de prova de partida e do corpo de prova terminal e

5 do corpo de prova de desenvolvimento serem idênticos.
10. Método de acordo com as reivindicações 7 e 8, ou 9, caracterizado pelo fato da soldagem de um corpo de prova ser realizada com dispositivos para simular o ambiente de massa da pá (2) de maneira a simular o bombeio térmico.

ÍO
11. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de também incluir uma etapa de validar o par de material/máquina, durante a qual duas placas do material da pá (2), com uma espessura pelo menos igual à máxima espessura do perfil definido da pá, são soldadas de maneira a obter um corpo de prova (24) para validar a integridade

15 mecânica, e pelo menos testes de fadiga cíclica serem conduzidos sobre o corpo de prova (24) para validar a integridade mecânica.
12. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de ser aplicado ao reparo de pelo menos uma região a ser reparada entre as extremidades de pá (8), aos cantos do rebordo dianteiro

20 ou os cantos de rebordo traseiro (6, 7), aos rebordos dianteiros (4) ou aos rebordos traseiros (5).
13. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato da pá (2) ser constituída de titânio designada de Ti 17.
14. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 13, 25 caracterizado pelo fato da turbomáquina ser um turbojato.
15. Elemento de corpo de prova de partida, de corpo de prova terminal ou de corpo de prova de desenvolvimento para implementar o método como definido na reivindicação 9, caracterizado pelo fato de ter uma linha de corte (20), cujo perfil é idêntico ao perfil definido da pá (2) e constituído do mesmo material.
16. Elemento de corpo de prova de partida, de corpo de prova terminal ou de corpo de prova de desenvolvimento para implementar o método como definido na reivindicação 9, caracterizado pelo fato de ser

5 dotado das características do remendo (11).

1/3