CA2207828C - Procede de fabrication d'une aube creuse de turbomachine comportant un decollement apres soudage - Google Patents
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Abstract
Un procédé de fabrication d'une aube (1) creuse de turbomachine comporte après le soudage-diffusion des pièces constitutives (2,3,4) une étape complémentaire réalisant le décollement des zones enduites d'un revêtement d'anti-diffusion au cours de laquelle un conduit d'alimentation en gaz (90) est formé dans une zone de l'aube où des trous (5) sont ménagés dans la tôle intermédiaire (4), au moyen d'injections contrôlées de gaz sous pression tout en assurant un chauffage localisé de ladite zone de l'aube. Un dispositif particulier est prévu pour la réalisation de l'opération.
Description
PROCEDE DE FABRICATION D'UNE AUBE CREUSE DE TURBOMACHINE
COMPORTANT UN DECOLLEMENT APRES SOUDAGE
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine assemblée par soudage-diffusion et formée sous pression de gaz par formage superplastique. Elle concerne également un dispositif utilisé
dans une étape dudit procédé comportant une opération de décollement à froid de parties constitutives de l'aube.
Les avantages découlant de l'utilisation d'aubes à grande corde pour les turbomachines sont apparus notamment dans le cas des aubes de rotor de soufflante des turboréacteurs à
double flux. Ces aubes doivent répondre à des conditions sévères d'utilisation et posséder notamment des caractéristiques mécaniques suffisantes associées à des propriétés antivibratoires et de résistance aux impacts de corps étranger. L'objectif de vitesses suffisantes en bout d'aube a en outre amené à rechercher une réduction des masses. Ce but est notamment atteint par l'utilisation d'aubes creuses.
EP-A-0 700 738 décrit un procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine, notamment une aube de rotor de soufflante à grande corde. Ledit procédé prévoit le découlé
opératoire général selon les étapes suivantes .
(b) forgeage sur presse des pièces primaires constituant l'aube par matriçage ;
(c) usinage des pièces primaires ;
(d) dépôt de barrières de diffusion suivant un motif prédéfini, déterminant la géométrie interne finale de l'aube;
(e) assemblage des pièces primaires suivi du soudage-diffusion en pression isostatique ;
(f) gonflage sous pression de gaz et formage superplastique ;
(g) usinage final.
FR N°95.11300 prévoit en outre avant démarrage du gonflage à
l'étape (f) ci-dessus de réaliser un décollement des pièces
COMPORTANT UN DECOLLEMENT APRES SOUDAGE
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine assemblée par soudage-diffusion et formée sous pression de gaz par formage superplastique. Elle concerne également un dispositif utilisé
dans une étape dudit procédé comportant une opération de décollement à froid de parties constitutives de l'aube.
Les avantages découlant de l'utilisation d'aubes à grande corde pour les turbomachines sont apparus notamment dans le cas des aubes de rotor de soufflante des turboréacteurs à
double flux. Ces aubes doivent répondre à des conditions sévères d'utilisation et posséder notamment des caractéristiques mécaniques suffisantes associées à des propriétés antivibratoires et de résistance aux impacts de corps étranger. L'objectif de vitesses suffisantes en bout d'aube a en outre amené à rechercher une réduction des masses. Ce but est notamment atteint par l'utilisation d'aubes creuses.
EP-A-0 700 738 décrit un procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine, notamment une aube de rotor de soufflante à grande corde. Ledit procédé prévoit le découlé
opératoire général selon les étapes suivantes .
(b) forgeage sur presse des pièces primaires constituant l'aube par matriçage ;
(c) usinage des pièces primaires ;
(d) dépôt de barrières de diffusion suivant un motif prédéfini, déterminant la géométrie interne finale de l'aube;
(e) assemblage des pièces primaires suivi du soudage-diffusion en pression isostatique ;
(f) gonflage sous pression de gaz et formage superplastique ;
(g) usinage final.
FR N°95.11300 prévoit en outre avant démarrage du gonflage à
l'étape (f) ci-dessus de réaliser un décollement des pièces
2 primaires à froid, compte-tenu de l'état de compactage des barrières de diffusion précédemment déposées. Cette opération est en effet nécessaire pour assurer à l'étape (f) le bon déroulement d'un cycle de gonflage et formage superplastique en garantissant une alimentation régulière par un gaz neutre au travers des cavités délimitées par les soudures et enduites du revêtement formant barrière anti-diffusion. Cette opération de décollage des parties constituées de l'aube entre les zones soudées permet seule de maîtriser les vitesses de déformation dès le début du cycle de formage à
l'étape (f) en évitant de provoquer au cours du cycle de gonflage des surpressions dues à un collage local d'une partie d'aube sur l'autre qui entrainerait un gonflage excessif indésiré et des risques de rupture.
Les mises en oeuvre connues de ladite opération de décollement n'ont toutefois pas donné entière satisfaction et un des buts de l'invention est de prévoir une mise en oeuvre améliorée sans les inconvénients antérieurs et également d'utiliser un dispositif particulièrement adapté à cet effet.
Le procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine comportant les étapes rappelées ci-dessus comporte une étape complémentaire de décollement des zones des parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière anti-diffusion au cours de laquelle, conformément à l'invention, un conduit d'alimentation en gaz est formé dans une zone de l'aube où
des trous de communication inter-cavités sont ménagés dans la tôle intermédiaire de l'aube au moyen d'injections contrôlées de gaz sous pression tout en assurant un chauffage localisé
de ladite zone de l'aube.
En fonction des applications particulières, ladite opération de formage à chaud d'un conduit d'alimentation en gaz et de décollement des zones des parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière anti-diffusion est effectuée soit sur un ensemble plat d'aube soudé par diffusion, soit sur un ensemble d'aube soudé par diffusion et mis en forme par
l'étape (f) en évitant de provoquer au cours du cycle de gonflage des surpressions dues à un collage local d'une partie d'aube sur l'autre qui entrainerait un gonflage excessif indésiré et des risques de rupture.
Les mises en oeuvre connues de ladite opération de décollement n'ont toutefois pas donné entière satisfaction et un des buts de l'invention est de prévoir une mise en oeuvre améliorée sans les inconvénients antérieurs et également d'utiliser un dispositif particulièrement adapté à cet effet.
Le procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine comportant les étapes rappelées ci-dessus comporte une étape complémentaire de décollement des zones des parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière anti-diffusion au cours de laquelle, conformément à l'invention, un conduit d'alimentation en gaz est formé dans une zone de l'aube où
des trous de communication inter-cavités sont ménagés dans la tôle intermédiaire de l'aube au moyen d'injections contrôlées de gaz sous pression tout en assurant un chauffage localisé
de ladite zone de l'aube.
En fonction des applications particulières, ladite opération de formage à chaud d'un conduit d'alimentation en gaz et de décollement des zones des parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière anti-diffusion est effectuée soit sur un ensemble plat d'aube soudé par diffusion, soit sur un ensemble d'aube soudé par diffusion et mis en forme par
3 vrillage/cambrage, soit au cours de l'opération de mise en forme par vrillage de l'ensemble soudé d'aube.
Le dispositif conforme à l'invention utilisé lors de ladite opération de formage à chaud d'un conduit d'alimentation en gaz et de décollement des zones des parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière anti-diffusion comporte des mâchoires munies d'éléments chauffants et présentant une surface aux formes de l'empreinte du conduit à réaliser, une table mobile regroupant le système d'alimentation en gaz, les équipements de régulation de températures et de pressions et un support de pièce muni de capteurs susceptibles de détecter des micro-déplacements.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels .
- la figure 1 représente une vue schématique de la mise en oeuvre d'une opération de décollement des zones des parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière anti-diffusion dans le procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine conforme à l'invention;
- la figure 2 représente une vue schématique en coupe de l'ensemble soudé d'aube en cours de fabrication ;
- la figure 3 représente une vue schématique de l'ensemble du dispositif utilisé pour ladite mise en oeuvre.
Comme schématiquement représenté sur les figures 1 à 3, à un stade intermédiaire de fabrication, une aube 1 creuse de turbomachine, notamment une aube de soufflante à grande corde destinée par exemple à un turboréacteur à double flux est constituée d'une peau d'intrados 2, d'une peau d'extrados 3 et d'une tôle centrale 4, destinée à former les raidisseurs de l'aube. Selon un procédé de fabrication connu en soi dans son principe, au moins une des surfaces en regard des parties
Le dispositif conforme à l'invention utilisé lors de ladite opération de formage à chaud d'un conduit d'alimentation en gaz et de décollement des zones des parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière anti-diffusion comporte des mâchoires munies d'éléments chauffants et présentant une surface aux formes de l'empreinte du conduit à réaliser, une table mobile regroupant le système d'alimentation en gaz, les équipements de régulation de températures et de pressions et un support de pièce muni de capteurs susceptibles de détecter des micro-déplacements.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels .
- la figure 1 représente une vue schématique de la mise en oeuvre d'une opération de décollement des zones des parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière anti-diffusion dans le procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine conforme à l'invention;
- la figure 2 représente une vue schématique en coupe de l'ensemble soudé d'aube en cours de fabrication ;
- la figure 3 représente une vue schématique de l'ensemble du dispositif utilisé pour ladite mise en oeuvre.
Comme schématiquement représenté sur les figures 1 à 3, à un stade intermédiaire de fabrication, une aube 1 creuse de turbomachine, notamment une aube de soufflante à grande corde destinée par exemple à un turboréacteur à double flux est constituée d'une peau d'intrados 2, d'une peau d'extrados 3 et d'une tôle centrale 4, destinée à former les raidisseurs de l'aube. Selon un procédé de fabrication connu en soi dans son principe, au moins une des surfaces en regard des parties
4 constitutives de l'aube reçoit un dépôt d'un revêtement formant barrière anti-diffusion, suivant un motif prédéfini puis une liaison métallurgique dans les zones non revêtues du produit d'ami-diffusion est ensuite obtenue par soudage-s diffusion grâce à une mise sous pression isostatique.
Avant d'obtenir ensuite la formation de cavités internes dans l'aube 1 par gonflage sous pression de gaz neutre et par formage superplastique des différentes parties 2, 3 et 4 de l'aube 1, le procédé de fabrication conforme à l'invention comporte une opération remarquable de décollement des peaux 2, 3 et tôle 4 entre les zones soudées.
A ce stade de fabrication, l'aube 1 est disposée sur un support porté par une table mobile 96, telle que représentée sur la figure 3. Comme montré sur la figure 2, des voies d'alimentation par tube 17 et 18 relient l'aube 1 d'une part à un réservoir 92 alimenté par une source de distribution de gaz neutre 91, des capteurs de pression 93 et 94 étant placés de part et d'autre du réservoir 92 ainsi que des vannes 98 et 99 et d'autre part à un volume de détente 100 précédé
également d'une vanne 101 et d'un capteur de pression 102.
Sur la table mobile 96 une zone déterminée 90 de l'aube 1 dans laquelle la tôle centrale 4 comporte des perçages 5 qui mettent en communication les cavités formées entre les zones soudées de l'aube 1 est disposée entre des machoires d'outillage 97 comportant des éléments chauffants 103. Des capteurs de température 104 sont en outre reliés à ladite zone de l'aube 1.
L'opération consiste à chauffer dans le domaine où le matériau constituant l'aube est plastique ladite zone 90 de l'aube 1. Dès que la température est atteinte, des injections contrôlées de gaz à haute pression sont envoyées par la voie d'alimentation 17. Sous la pression gazeuse la peau se déforme progressivement d'une cavité à l'autre pour former un conduit persistant 90 entre les voies d'alimentation 17-18 permettant par la suite une distribution de gaz équilibrée dans chacune des cavités.
_ 5 Préalablement, le réservoir 92 de capacité définie a été
rempli à partir de la source de distribution de gaz neutre 91 jusqu'à obtenir la pression de travail. Les capteurs de pression 93-94 renseignent sur les conditions de fonctionnement. Dès que la pression de consigne est atteinte en amont du réservoir, l'alimentation est coupée, autorisant la décharge vers le tube 17. Alors le gaz s'infiltre dans l'aube 1 jusqu'à la rencontre de la zone chauffée 90 où un décollement d'une peau s'amorce sous la pression et déforme plastiquement lesdites peaux pour former une portion du conduit correspondant au volume de gaz introduit dans le réservoir 92. Cette opération est réitérée autant de fois qu'il sera nécessaire pour former définitivement le conduit 90. Dès que le conduit 90 est définitivement formé, le chauffage est coupé et de nouvelles impulsions de gaz sont envoyées pour effectuer le décollement de l'ensemble des cavités. En effet le gaz débité s'infiltre progressivement sous les peaux et provoque ainsi le décollage de toutes les parties enduites du revêtement d'ami-diffusion. A
l'extrémité opposée des alimentations en gaz, des capteurs 95 mesurent au droit desdites cavités les micro-déformations provoquées par l' infiltration du gaz et informent sur la fin de décollage.
Selon un mode avantageux de réalisation, dans l'application à
une aube de soufflante à grande corde en alliage de titane de type TA6V, la gamme de températures retenues pour le chauffage de la zone 90 de l'aube 1 se situe entre 880°C et 940°C et cette température est atteinte en quelques secondes.
La surface interne des machoires 97 présente dans une réalisation préférentielle la forme du conduit 90 formé à
chaud sur l'aube 1 après déformation plastique des peaux 2 et 3. La pression constante d'injection du gaz par la voie d'alimentation 17 est comprise préférentiellement entre 1 MPa et 6 MPa. L'injection se poursuit jusqu'â obtenir l'équi-pression entre les voies 18 et 17. A ce moment le chauffage est coupé et le cycle de décollage peut débuter. Au moyen du réservoir 92, des injections de gaz régulées à la fois en pression et débit amorcent le décollement des peaux, ce qui provoque une baisse de pression en 94 pour atteindre le seuil autorisant une nouvelle injection. Le cycle se réitère jusqu'au moment où tous les détecteurs 95 décèlent une micro s déformation.
Avant d'obtenir ensuite la formation de cavités internes dans l'aube 1 par gonflage sous pression de gaz neutre et par formage superplastique des différentes parties 2, 3 et 4 de l'aube 1, le procédé de fabrication conforme à l'invention comporte une opération remarquable de décollement des peaux 2, 3 et tôle 4 entre les zones soudées.
A ce stade de fabrication, l'aube 1 est disposée sur un support porté par une table mobile 96, telle que représentée sur la figure 3. Comme montré sur la figure 2, des voies d'alimentation par tube 17 et 18 relient l'aube 1 d'une part à un réservoir 92 alimenté par une source de distribution de gaz neutre 91, des capteurs de pression 93 et 94 étant placés de part et d'autre du réservoir 92 ainsi que des vannes 98 et 99 et d'autre part à un volume de détente 100 précédé
également d'une vanne 101 et d'un capteur de pression 102.
Sur la table mobile 96 une zone déterminée 90 de l'aube 1 dans laquelle la tôle centrale 4 comporte des perçages 5 qui mettent en communication les cavités formées entre les zones soudées de l'aube 1 est disposée entre des machoires d'outillage 97 comportant des éléments chauffants 103. Des capteurs de température 104 sont en outre reliés à ladite zone de l'aube 1.
L'opération consiste à chauffer dans le domaine où le matériau constituant l'aube est plastique ladite zone 90 de l'aube 1. Dès que la température est atteinte, des injections contrôlées de gaz à haute pression sont envoyées par la voie d'alimentation 17. Sous la pression gazeuse la peau se déforme progressivement d'une cavité à l'autre pour former un conduit persistant 90 entre les voies d'alimentation 17-18 permettant par la suite une distribution de gaz équilibrée dans chacune des cavités.
_ 5 Préalablement, le réservoir 92 de capacité définie a été
rempli à partir de la source de distribution de gaz neutre 91 jusqu'à obtenir la pression de travail. Les capteurs de pression 93-94 renseignent sur les conditions de fonctionnement. Dès que la pression de consigne est atteinte en amont du réservoir, l'alimentation est coupée, autorisant la décharge vers le tube 17. Alors le gaz s'infiltre dans l'aube 1 jusqu'à la rencontre de la zone chauffée 90 où un décollement d'une peau s'amorce sous la pression et déforme plastiquement lesdites peaux pour former une portion du conduit correspondant au volume de gaz introduit dans le réservoir 92. Cette opération est réitérée autant de fois qu'il sera nécessaire pour former définitivement le conduit 90. Dès que le conduit 90 est définitivement formé, le chauffage est coupé et de nouvelles impulsions de gaz sont envoyées pour effectuer le décollement de l'ensemble des cavités. En effet le gaz débité s'infiltre progressivement sous les peaux et provoque ainsi le décollage de toutes les parties enduites du revêtement d'ami-diffusion. A
l'extrémité opposée des alimentations en gaz, des capteurs 95 mesurent au droit desdites cavités les micro-déformations provoquées par l' infiltration du gaz et informent sur la fin de décollage.
Selon un mode avantageux de réalisation, dans l'application à
une aube de soufflante à grande corde en alliage de titane de type TA6V, la gamme de températures retenues pour le chauffage de la zone 90 de l'aube 1 se situe entre 880°C et 940°C et cette température est atteinte en quelques secondes.
La surface interne des machoires 97 présente dans une réalisation préférentielle la forme du conduit 90 formé à
chaud sur l'aube 1 après déformation plastique des peaux 2 et 3. La pression constante d'injection du gaz par la voie d'alimentation 17 est comprise préférentiellement entre 1 MPa et 6 MPa. L'injection se poursuit jusqu'â obtenir l'équi-pression entre les voies 18 et 17. A ce moment le chauffage est coupé et le cycle de décollage peut débuter. Au moyen du réservoir 92, des injections de gaz régulées à la fois en pression et débit amorcent le décollement des peaux, ce qui provoque une baisse de pression en 94 pour atteindre le seuil autorisant une nouvelle injection. Le cycle se réitère jusqu'au moment où tous les détecteurs 95 décèlent une micro s déformation.
Claims (5)
1. Procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine comportant les étapes suivantes :
(a) à partir d'une définition d'une aube (1), étude en utilisant des moyens de Conception et Fabrication Assistés par Ordinateur (CFAO) et réalisation d'une simulation numérique d'une mise à plat de pièces constitutives de l'aube;
(b) forgeage sur presse de pièces primaires par matriçage;
(c) usinage des pièces primaires comprenant une peau d'intrados (2), une peau d'extrados (3) et une tôle intermédiaire (4);
(d) dépôt de barrières de diffusion suivant un motif prédéfini, déterminant une géométrie interne finale de l'aube;
(e) assemblage des pièces primaires et soudage-diffusion en pression isostatique;
(f) gonflage sous pression de gaz et formage superplastique;
(g) usinage final;
comportant en outre une étape complémentaire (f1) après l'étape de soudage-diffusion, de décollement de zones de parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière pour une anti-diffusion pour un formage à chaud d'un conduit d'alimentation en gaz (90) dans une zone de l'aube où des trous (5) de communication inter-cavités sont ménagés dans la tôle intermédiaire (4) au moyen d'injections contrôlées de gaz sous pression tout en assurant un chauffage localisé de ladite zone de l'aube.
(a) à partir d'une définition d'une aube (1), étude en utilisant des moyens de Conception et Fabrication Assistés par Ordinateur (CFAO) et réalisation d'une simulation numérique d'une mise à plat de pièces constitutives de l'aube;
(b) forgeage sur presse de pièces primaires par matriçage;
(c) usinage des pièces primaires comprenant une peau d'intrados (2), une peau d'extrados (3) et une tôle intermédiaire (4);
(d) dépôt de barrières de diffusion suivant un motif prédéfini, déterminant une géométrie interne finale de l'aube;
(e) assemblage des pièces primaires et soudage-diffusion en pression isostatique;
(f) gonflage sous pression de gaz et formage superplastique;
(g) usinage final;
comportant en outre une étape complémentaire (f1) après l'étape de soudage-diffusion, de décollement de zones de parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière pour une anti-diffusion pour un formage à chaud d'un conduit d'alimentation en gaz (90) dans une zone de l'aube où des trous (5) de communication inter-cavités sont ménagés dans la tôle intermédiaire (4) au moyen d'injections contrôlées de gaz sous pression tout en assurant un chauffage localisé de ladite zone de l'aube.
2. Le procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine selon la revendication 1, dans lequel ladite étape (f1) de formage à chaud du conduit permanent (90) d'alimentation en gaz et de décollement des zones des parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière d'anti-diffusion est effectuée sur un ensemble plat soudé par diffusion.
3. Le procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine selon la revendication 1, dans lequel ladite étape (f1) de formage à chaud d'un conduit permanent (90) d'alimentation en gaz et de décollement des zones des parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière pour l'anti-diffusion est effectuée sur un ensemble soudé par diffusion et préalablement mis en forme par vrillage/cambrage.
4. Le procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine selon la revendication 1, dans lequel ladite étape (f1) de formage à chaud d'un conduit permanent (90) d'alimentation en gaz et de décollement des zones des parties d'aube enduites d'un revêtement formant barrière d'anti-diffusion est effectuée au cours d'une opération de mise en forme par vrillage d'un ensemble soudé par diffusion.
5. Un dispositif de réalisation d'une opération de formage à
chaud d'un conduit (90) d'alimentation en gaz et de décollement de zones de parties d'aube (1) enduites d'un revêtement formant barrière d'anti-diffusion effectuée sur un ensemble, caractérisé
en ce qu'il comporte des machoires (97) munies d'éléments chauffants (103) et présentant une surface aux formes d'une empreinte du conduit (90) à réaliser, une table mobile (96) regroupant un système d'alimentation en gaz (91, 92, 17, 18), des équipements de régulation de températures (104) et de pressions (93, 94, 102) et un support de pièce muni de capteurs (95) susceptibles de détecter des micro-déplacements.
chaud d'un conduit (90) d'alimentation en gaz et de décollement de zones de parties d'aube (1) enduites d'un revêtement formant barrière d'anti-diffusion effectuée sur un ensemble, caractérisé
en ce qu'il comporte des machoires (97) munies d'éléments chauffants (103) et présentant une surface aux formes d'une empreinte du conduit (90) à réaliser, une table mobile (96) regroupant un système d'alimentation en gaz (91, 92, 17, 18), des équipements de régulation de températures (104) et de pressions (93, 94, 102) et un support de pièce muni de capteurs (95) susceptibles de détecter des micro-déplacements.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR96.10194 | 1996-08-14 | ||
| FR9610194A FR2752388B1 (fr) | 1996-08-14 | 1996-08-14 | Procede de fabrication d'une aube creuse de turbomachine comportant un decollement apres soudage |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2207828A1 CA2207828A1 (fr) | 1998-02-14 |
| CA2207828C true CA2207828C (fr) | 2005-02-22 |
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ID=9495050
Family Applications (1)
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| CA002207828A Expired - Fee Related CA2207828C (fr) | 1996-08-14 | 1997-08-04 | Procede de fabrication d'une aube creuse de turbomachine comportant un decollement apres soudage |
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