EP0562920A1 - Procédé de revêtement d'une encoche d'une pièce en alliage de nickel par laser - Google Patents

Procédé de revêtement d'une encoche d'une pièce en alliage de nickel par laser Download PDF

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EP0562920A1
EP0562920A1 EP93400697A EP93400697A EP0562920A1 EP 0562920 A1 EP0562920 A1 EP 0562920A1 EP 93400697 A EP93400697 A EP 93400697A EP 93400697 A EP93400697 A EP 93400697A EP 0562920 A1 EP0562920 A1 EP 0562920A1
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notch
angle
laser beam
normal
powder
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Frederic Cariou
Didier Boucachard
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European Gas Turbines SA
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    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
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    • C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate

Definitions

  • the present invention relates to a method of coating an inverted Z-shaped notch of nickel alloy parts having a flat wall preceded by a rounded one. These parts are in particular fins of gas turbine made of nickel alloy which are difficult to weld.
  • the method according to the invention making it possible to obtain a non-cracking anti-wear metallic coating having a good metallic bond with the substrate in the contact areas of complex shapes is characterized in that a laser beam is orientable and relatively displaceable by relative to the plane wall of the notch and making a fixed angle ⁇ 2 with respect to a powder beam, the laser beam making an angle ⁇ with respect to the normal N to the plane wall of the notch and, the direction of the beam powder an angle ⁇ + ⁇ 2 with said normal N, in that during the preparation of the various layers, several longitudinal passes are made at constant speed starting from the bottom of the notch towards the edge, the meeting point 0 between the laser beam and the direction of projection of the powder remaining stationary for a few tenths of a second on the rounding of the notch at the start of each longitudinal pass and in that during the preparation of the first layer the aryl ⁇ remains constant and equal to an angle ⁇ 1 less than 30 ° while during the preparation of the following layers the angle ⁇ at the start of each first takes a
  • the contact point 0 at the start of the passes is positioned in the rounding inside the material.
  • Figure 1 shows the part provided with its coating before and after machining.
  • FIG. 2 represents the deposition of the first layer on the rounding of the notch.
  • FIG. 3 represents the deposition of the first layer on the flat face of the notch.
  • FIG. 4 represents the first phase of the deposition of a subsequent layer on the rounding of the notch.
  • FIG. 5 represents the second phase of the deposit of FIG. 4.
  • Figure 6 shows the deposition of the layer of Figures 4 and 5 on the flat face of the notch.
  • FIG. 7 represents the section of FIG. 1.
  • the raw profile 1 of the nickel alloy blade is shown in dotted lines in FIG. 1.
  • This profile is in the form of an "inverted Z" and comprises in the intermediate part of the "inverted Z" a notch 2 consisting of a part rounded 3 followed by a flat part 4 corresponding to the intermediate part of the "inverted Z".
  • the notch 2 is coated with several layers 5, 5 ′, planes parallel to the planar part 4 using a CO2 laser in the beam of which a metallic powder is sprayed.
  • Each layer 5 is made up of several adjacent beads 6 deposited during successive passes (see FIG. 7).
  • the deposit consists of a non-cracking anti-wear metallic coating having a good metallic bond with the Nickel alloy substrate.
  • the laser beam 8 is orientable and movable relative to the planar wall 4 of the notch 2.
  • the direction of the laser beam and the direction 9 of projection of the powder form a constant angle ⁇ 2 (see FIG. 2).
  • the laser beam 8 is inclined relative to the normal N to the plane wall 4 of the notch 2 at an angle ⁇ of a few tens of degrees. This angle depends on the blade profile.
  • the beam 8 makes an angle ⁇ with the normal N and the direction 9 of projection of the powder an angle ⁇ + ⁇ 2.
  • the angle of inclination of the laser beam 8 is fixed at ⁇ 1 and it will not be modified during the entire production of the first layer 5; in the specific example ⁇ 1 has been taken equal to 25 ° and is substantially parallel to the first branch 10 of the "inverted Z".
  • the intersection point 0 is positioned between the laser beam 8 and the powder beam 9 inside the material (a few tenths of a mm), which allows on the one hand to make up for the difference in altitude with the flat part 4 of the area to be coated and thus avoid any subsequent modification of its positioning when carrying out the pass in progress and on the other hand to maintain the powder beam 9 downstream from the laser beam / part contact point in order to ensure better fusion of the powder and to minimize the projection of particles towards the bottom of the notch 2 (FIG. 2).
  • the point of intersection 0 is also maintained for a few tenths of a second inside the material without displacement in order to increase the laser / material interaction time and ensure a substrate melting.
  • the laser beam 8 / powder beam 9 assembly (angle ⁇ 2 contant) is then moved at constant speed to the edge 11 of the "inverted Z", the beam / powder intersection point being on the surface of the substrate (figure 3).
  • the operation is repeated until the first layer 5 is deposited.
  • the angle ⁇ 3 is therefore variable from layer to layer.
  • the point of intersection 0 beam / powder is inside the rounding material.
  • a rotation of the laser beam, powder 8, 9 assembly is then carried out at this point in a few tenths of a second ( ⁇ 1 s) in order to increase the interaction time and to replace the laser beam 8 in position to build the new pass.
  • the laser beam 8 then makes the angle ⁇ 1 with the normal N and it is displaced as during the deposition of the first layer 5 with ⁇ 1 and ⁇ 2 constant from the bottom 3 of the notch 2 towards the edge 11 while remaining on the surface of the layer previously deposited (see Figure 6).
  • the coating deposited has the appearance shown in FIG. 7 with the various layers 5, 5 ′ made up of beads 12 produced during each pass.

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Abstract

Procédé de revêtement d'une encoche (2) d'une pièce en forme de "Z inversé" en alliage de Nickel ladite encoche (2) étant constitué d'un fond arrondi (3) dans le creux du "Z inversé" suivi d'une paroi plane (4) correspondante à la partie intermédiaire du "Z inversé" dans lequel on dépose plusieurs couches (5, 5') en matériau métallique anti-usure sur la paroi plane (4) de l'encoche (2), Le dépôt est fait par laser dont le faisceau (8) fait un angle constant avec le faisceau poudre (9). Le faisceau laser 8 lors du dépôt de la première couche (5) fait un angle α1 de plusieurs dizaines de degré avec la Normale à la paroi plane. Lors du dépôt des couches ultérieures (5) le faisceau laser (8) fait un angle α3 proche de la normale à l'arrondi (3) avant de se redresser jusqu'à faire l'angle α1 qu'il conserve pendant le reste de la passe. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne un procédé de revêtement d'une encoche en forme de Z inversé de pièces en alliage de Nickel ayant une paroi plane précédée d'un arrondi. Ces pièces sont notamment des ailettes de turbine à gaz en alliage de Nickel difficilement soudables.
  • Les procédés TIG manuel et mini-plasma sont beaucoup plus longs à employer et dépendent trop de l'opérateur.
  • On pourrait penser à utiliser un procédé laser à puissance très élévée pour permettre un bon ancrage des couches dans le fond de l'encoche mais les essais effectués ont montré qu'on ne pourrait pas tenir les prescriptions de la spécification concernant les fissurations.
  • Le procédé selon l'invention permettant d'obtenir un revêtement métallique anti-usure sans fissuration ayant une bonne liaison métallique avec le substrat dans les zones de contact de formes complexes est caractérisé en ce qu'on utilise un faisceau laser orientable et déplaçable relativement par rapport à la paroi plane de l'encoche et faisant un angle fixe α₂ par rapport à un faisceau de poudre, le faisceau laser faisant un angle α par rapport à la normale N à la paroi plane de l'encoche et, la direction du faisceau de poudre un angle α + α₂ avec ladite normale N, en ce que lors de l'élaboration des diverses couches on réalise plusieurs passes longitudinales à vitesse constante partant du fond de l'encoche vers le bord, le point de rencontre 0 entre faisceau laser et la direction de projection de la poudre restant immobile quelques dizièmes de secondes sur l'arrondi de l'encoche au début de chaque passe longitudinale et en ce que lors de l'élaboration de la première couche l'aryle α reste constant et égal à un angle α₁ inférieur à 30° tandis que lors de l'élaboration des couches suivantes l'angle α au début de chaque prend d'abord une valeur supérieure à α₁ qui peut être aussi proche que possible de la normale à l'arrondi, puis le faisceau laser et le faisceau de poudre tournent autour du point de rencontre 0 qui reste immobile jusqu'à ce que le faisceau laser prenne l'angle 1 avant de commencer à se déplacer pour réaliser ladite passe.
  • De préférence, le point de contact 0 au début des passes est positionné dans l'arrondi à l'intérieur du matériau.
  • L'invention va maintenant être décrite plus en détail en se référant à un mode de réalisation particulier cité à titre d'exemple non limitatif et représenté par des dessins annexés.
  • La figure 1 représente la pièce munie de son revêtement avant et après usinage.
  • La figure 2 représente le dépôt de la première couche sur l'arrondi de l'encoche.
  • La figure 3 représente le dépôt de la première couche sur la face plane de l'encoche.
  • La figure 4 représente la première phase du dépôt d'une couche ultérieure sur l'arrondi de l'encoche.
  • La figure 5 représente la seconde phase du dépôt de la figure 4.
  • La figure 6 représente le dépôt de la couche des figures 4 et 5 sur la face plane de l'encoche.
  • La figure 7 représente la coupe de la figure 1.
  • Le profil brut 1 de l'aube en alliage de nickel est représenté en pointillé sur la figure 1. Ce profil est en forme de "Z inversé" et comporte dans la partie intermédiaire du "Z inversé" une encoche 2 constituée d'une partie arrondie 3 suivie d'une partie plane 4 correspondant à la partie intermédiaire du "Z inversé".
  • On revêt l'encoche 2 de plusieurs couches 5, 5', planes parallèles à la partie plane 4 à l'aide d'un laser CO₂ dans le faisceau duquel on projette une poudre métallique.
  • Chaque couche 5 est constituée de plusieurs cordons 6 adjacents déposés au cours de passes successives (voir figure 7).
  • Le dépôt est constitué d'un revêtement métallique anti-usure sans fissuration ayant une bonne liaison métallique avec le substrat en alliage de Nickel.
  • L'ensemble du "Z" est réusiné pour obtenir le profil final 7 en trait plein sur la figure 1.
  • Le faisceau laser 8 est orientable et déplaçable par rapport à la paroi plane 4 de l'encoche 2. La direction du faisceau laser et la direction 9 de projection de la poudre font un angle constant α₂ (voir figure 2).
  • Etant donné la forme complexe de la pièce et le confinement de la zone à traiter on incline le faisceau laser 8 par rapport à la normale N à la paroi plane 4 de l'encoche 2 d'un angle α de quelques dizaines de degré. Cet angle dépend du profil d'aube.
  • On le choisit pour qu'il soit aussi petit que possible c'est-à-dire pratiquement pour que le faisceau 8 soit confondu ou voisin de la parallèle au plan de la première branche 10 du "Z inversé".
  • Ainsi le faisceau 8 fait-il un angle α avec la normale N et la direction 9 de projection de la poudre un angle α + α₂.
  • Réalisation de la première couche (voir figures 2 et 3). L'angle d'inclinaison du faisceau laser 8 est fixé à α₁ et il ne sera pas modifié pendant toute la réalisation de la première couche 5; dans l'exemple précis α₁ a été pris égal à 25° et est sensiblement parallèle à la première branche 10 du "Z inversé".
  • Sur le fond arrondi 3 de l'encoche 2, on positionne le point d'intersection 0 entre le faisceau laser 8 et le faisceau poudre 9 à l'intérieur du matériau (quelques dizièmes de mm), ce qui permet d'une part de rattraper l'écart d'altitude avec la partie plane 4 de la zone à revêtir et d'éviter ainsi toute modification ultérieure de son positionnement lors de la réalisation de la passe en cours et d'autre part de maintenir le faisceau poudre 9 en aval du point de contact faisceau laser/pièce afin d'assurer une meilleure fusion de la poudre et minimiser les projections de particules vers le fond d'encoche 2 (figure 2).
  • Le point d'intersection 0 est par ailleurs, maintenu quelques dizièmes de seconde à l'intérieur du matériau sans déplacement afin d'augmenter le temps d'intéraction laser/matière et assurer une fusion du substrat.
    L'ensemble faisceau laser 8/faisceau poudre 9 (angle α 2 contant) est ensuite déplacé à vitesse constante jusqu'au bord 11 du "Z inversé", le point d'intersection faisceau/poudre se trouvant à la surface du substrat (figure 3).
  • On recommence l'opération jusqu'à ce que la première couche 5 soit déposée.
  • Réalisations des couches ultérieures (figure 4 à 6). Pour attaquer la nouvelle couche 5' (la cinquième sur la figure 4), le faisceau laser 8 est incliné par rapport à la normale N d'un angle α₃ qui se rapproche le plus possible de la normale N à l'arrondi 3, ce qui permet une meilleure absorption du faisceau laser 8 pour la matière : il faut évidemment que le faisceau de poudre 9 (incliné de α₂ avec α₂ constant et 10° ≦ α₂≦ 20°) soit au-dessus de la paroi plane 4, ce qui empêche d'avoir un angle α₃ trop important.
  • L'angle α₃ est donc variable de couche à couche.
  • Comme pour la première couche 5 le point d'intersection 0 faisceau/poudre se trouve à l'intérieur du matériau de l'arrondi. Une rotation de l'ensemble faisceaux laser, poudre 8, 9 est alors effectuée en ce point en quelques dizièmes de seconde (<1 s) afin d'augmenter le temps d'intéraction et de replacer le faisceau laser 8 en position pour construire la nouvelle passe.
  • Le faisceau laser 8 fait alors l'angle α₁ avec le normale N et il est déplacé comme lors du dépôt de la première couche 5 avec α₁ et α₂ constants du fond 3 de l'encoche 2 vers le bord 11 en restant en surface de la couche déposée antérieurement (voir figure 6). Pour chaque passe on repart du fond 3 avec un faisceau laser 8 faisant un angle α₃ (le même pour une couche déterminée) avant de redresser le faisceau 8 qui fait un angle α₁ puis à le déplacer vers le bord avec le faisceau laser 8 restant incliné avec α₁ constant.
  • Le revêtement déposé a l'aspect représenté à la figure 7 avec les diverses couches 5, 5' constituées de cordons 12 réalisées au cours de chaque passe.

Claims (2)

1) Procédé de revêtement d'une encoche (2) d'une pièce en forme de Z en alliage de Nickel ladite encoche (2) étant constitué d'un fond arrondi (3) dans le creux du "Z inversé" suivi d'une paroi plane (4) correspondantes à la partie intermédiaire du "Z inversé", dans lequel on dépose plusieurs couches (5, 5') en matériau métallique anti-usure sur la paroi plane (4) de l'encoche (2), caractérisé en ce qu'on utilise un faisceau laser (8) orientable et déplacable relativement par rapport à la paroi plane (4) de l'encoche (2) et faisant un angle fixe α₂ par rapport à un faisceau de poudre (9), le faisceau laser (8) faisant un angle α par rapport à la normale N à la paroi plane (4) de l'encoche (2) et, la direction du faisceau de poudre (9) un angle α + α₂ avec ladite normale N
   en ce que lors de l'élaboration des diverses couche (5, 5') on réalise plusieurs passes longitudinales à vitesse constante partant du fond (4) de l'encoche (2) vers le bord (11), le point de rencontre 0 entre faisceau laser (8) et le faisceau de poudre (9) restant immobile quelques dizièmes de secondes sur l'arrondi (3) de l'encoche (2) au début de chaque passe longitudinale,
et en ce que lors de l'élaboration de la première couche (5) l'angle α reste constant et égal à un angle α₁ inférieur à 30° tandis que lors de l'élaboration des couches suivantes (5') l'angle α au début de chaque prend d'abord une valeur supérieure à α₁ pour que le faisceau laser soit aussi proche que possible de la normale à l'arrondi (3), puis le faisceau laser (8) et le faisceau de poudre (9) tournent autour du point de rencontre 0 qui reste immobile jusqu'à ce que le faisceau laser (8) prenne l'angle α₁ avant de commencer à se déplacer pour réaliser ladite passe.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de rencontre 0 au début des passes est positionné dans l'arrondi (3) à l'intérieur du matériau.
EP93400697A 1992-03-23 1993-03-18 Procédé de revêtement d'une encoche d'une pièce en alliage de nickel par laser Expired - Lifetime EP0562920B1 (fr)

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