EP1537950B1 - Masque de protection pour le traitement de surface d'aubes de turbomachines - Google Patents

Masque de protection pour le traitement de surface d'aubes de turbomachines Download PDF

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EP1537950B1
EP1537950B1 EP04300818A EP04300818A EP1537950B1 EP 1537950 B1 EP1537950 B1 EP 1537950B1 EP 04300818 A EP04300818 A EP 04300818A EP 04300818 A EP04300818 A EP 04300818A EP 1537950 B1 EP1537950 B1 EP 1537950B1
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blades
blade
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surface treatment
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Lhocine Oussaada
Thierry Labrousse
Thierry Belkheir
Claude Colas
Habib Mehdaoui
Christian Polis
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Safran Aircraft Engines SAS
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SNECMA SAS
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/01—Selective coating, e.g. pattern coating, without pre-treatment of the material to be coated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/16—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area for controlling the spray area
    • B05B12/20—Masking elements, i.e. elements defining uncoated areas on an object to be coated

Definitions

  • the invention relates to the protection of turbomachine blade surfaces in advance of a partial surface having an abrasive character or simply surfaces not to be treated. It also relates to the application of a surface protection for any mechanical part to be subjected to a similar surface treatment,
  • a turbine engine blade 10 here compressor or welding turbojet, is a pay 11 having a front surface and an extrados face 19, a stilt 12 and a foot 13 s entanglement in an axial cavity formed in the axis of the central disc of the support (not shown).
  • a platform 14 separates the blade 11 from the stilt 12.
  • the central disk thus carries a certain number of vanes whose blades are all kept equidistant from one another, in particular by fins 15 situated on a median portion of each face of the vanes and of which, for two adjacent fins of two adjacent vanes, the ends are in contact.
  • the surface treatment of the blade 10, generally made of titanium or titanium alloy, comprises a first treatment E1 of the surface by sandblasting to increase the roughness, in preparation for a second step E2 called metallization with spray deposit thermal.
  • a first treatment E1 of the surface by sandblasting to increase the roughness in preparation for a second step E2 called metallization with spray deposit thermal.
  • the plasma torch projects the alloy coating at high speed and high (over 2500 ° K.) Onto the surface to be treated to obtain its adhesion.
  • Steps E1 are very abrasive and E2 steps are undesirable outside the surfaces to be treated. They require in the case of fin treatment, to interpose a protection between the sandblasting tools and / or the plasma torches and the surfaces 19 of the blades 10 so as to subtract the latter from their effects. More precisely, only the surfaces 17 of the ends of fins 15 intended to be brought into contact with those 17 of the other fins of the neighboring blades, are subject, during manufacture, to the surface treatments above. In addition, the two faces 19 of the blade 11 have helical surfaces of very precise geometry which must be protected.
  • the only 18 contact surfaces, located on either side of the foot of the blade 10 are to be coated.
  • the other zones 12 and 13 of the foot must be protected at least during the treatment E2.
  • the operators of these operations are subject to nervous tensions due in particular to the sustained attention necessary for their execution; they are also exposed to the risk of musculoskeletal disorders (MSDs) following repetitive actions.
  • MSDs musculoskeletal disorders
  • a protective mask according to the preamble of claim 1 is described in the document US 5792267 .
  • the Applicant proposes a protective mask for the surface treatment of surfaces of a turbomachine blade according to claim 1.
  • the surface treatment comprises a sanding step and / or a metallization step.
  • Tooling means a part or a set of at least partly rigid parts whose shape and materials are suitable for masking portions of surfaces to be protected. Tooling materials are also able to withstand the operating environment of operations E1 and E2. Thanks to the tooling of the invention, it eliminates any manual application of adhesive tape, and the masking is perfectly repetitive.
  • the protective mask is arranged to withstand the thermal effects of surface treatment, here a plasma deposit.
  • the protective mask of step E1 is a material resistant to the abrasive action of sandblasting.
  • the protective mask is made of stainless steel or of silicone material or of polymer material.
  • the mask can be used for both sandblasting and plasma deposition, and can be reused for a series of turbomachine blades.
  • FIG. 2 represents the lower part of a compressor blade whose blade 11, the platform 14 and the foot 13 are seen. It is here in the form of a dovetail and rectilinear (non-exhaustive case, quoted as example).
  • a 13R coating is applied located in the areas which are in contact with the sidewalls of the cell.
  • a mask 100 is provided, which matches the shape of the blade blade in part, and can be set up simply by embedding.
  • the mask 100 advantageously made of stainless steel, has a determined thickness.
  • a window 100R is formed in this mask, on each side of the foot. The shape and dimensions of the windows depend on those of the 13R coating that is to be applied by the plasma torch.
  • This coating 13R is located on both surfaces of the pile. who will be in contact with the disk on the turbomachine.
  • the plasma torch T is preferably placed perpendicularly to the surface to be treated.
  • the walls of the window are perpendicular to this surface.
  • the window allows the passage of the molten metal particles during the metallization operation with the plasma torch.
  • This arrangement has the advantage that the molten metal particles from the plasma torch that are not directed the axis of the window are deposited on the mask in the area bordering the window 100R without being reflected inwards. These particles do not come to disturb the layer in formation by rebound. After a layer of the desired thickness, the mask is removed.
  • the coating 13R has exactly the shape defined by that of the window, it is not necessary to carry out a retouching operation.
  • the mask is put back into service for the treatment of other blades if the metallized zone at the edge of the window is not too thick.
  • the mask can thus be used several times before requiring a reformation by "demetallization" of the area bordering the window.
  • Such a mask restoration operation is advantageously carried out chemically according to the techniques known to those skilled in the art.
  • the same mask is used to protect the surfaces that should not be sandblasted.
  • Such a mask also has the advantage of allowing the treatment of several blades at the same time.
  • a groove 110 in the bottom wall of the mask to allow then to apply an alignment bar 43.
  • FIG. 3 There is shown in Figure 3 a mounting for the treatment of some blades.
  • the blades equipped with their protective mask 100 are assembled on a single tool 40.
  • the tool 40 comprises a frame 42 on which the blades have been fixed, paddle downwards, so as to present the masks on the top. 100R windows are visible.
  • a bar 43 connects the masks 100 by the grooves 110. With this bar can align the masks precisely relative to each other.
  • Flanges 41 are placed along the row of masks so as to cover and protect the platforms of the blades.
  • FIGS. 4A and 4B show a masking device adapted to blades whose foot is curvilinear, such as blades of a size blower.
  • a mask 100 'of protection comprising, fixed on a base 132, a frame 125 of silicone material or polymeric material arranged to be mounted by fitting the foot 13 of the blade 11 while leaving, through lights 124, the surfaces 18 to be treated.
  • the frame comprises two half-shells 121 matching the shapes of the surface above, made according to the same plans that allowed the realization.
  • These two half-shells 121 are assembled by detachable locks 123, for example fitting themselves in the two half-shells 121, and can therefore be disassembled to remain fit for a new assembly and remain available for processing. another dawn.
  • a mask 100 "'of protection comprising, fixed on a base 132", four supports 127 arranged for to be able to support two spacers 126, all in stainless steel, now payroll 11 and two masks 128, stainless steel, now and covering the foot 13 of the blade 11, on either side of the foot, while letting appear, through lights 131 surfaces 18 to be treated.
  • the periphery of the lights 131 is lined with tabs 129 limiting this extent at will.
  • the position of the tabs 129 is slidably adjustable on the masks 128 and is held there by clamping screws 130.
  • the tabs 129 only limit the length of the lights 131 but the same device is also possible in width, the two devices can easily be simultaneously.
  • the mask is made of silicone material. This material is both resistant to sanding mechanics and to the metallization heat treatment.
  • the present invention is not limited to the embodiments shown.

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Description

  • L'invention concerne la protection de surfaces d'aubes de turbomachines en préalable à un de surface partiel présentant un caractère abrasif ou simplement aux surfaces à ne pas traiter. Elle concerne aussi l'application d'une protection de surface pour toute pièce mécanique devant être soumise à un traitement de surface similaire,
  • En référence à la figure 1, une aube 10 de turbomachine, ici de compresseur ou de soudante de turboréacteur, se d'une paie 11 comportant une face intrados et une face extrados 19, d'une échasse 12 et d'un pied 13 s'emmanchant dans une alvéole axiale ménagée dans l'axe du disque central de la la supportant (non représentés). Une plate forme 14 sépare la pale 11 de l'échasse 12.
  • Le disque central porte ainsi un certain d'aubes dont les pales sont toutes maintenues équidistantes les unes des autres notamment par des nageoires 15 situées sur une partis médiane de chaque face des pales et dont, pour deux nageoires adjacentes de deux pales voisines, les extrémités sont en contact.
  • Le traitement de surface de l'aube 10, généralement en titane ou en alliage de titane, comporte un premier traitement E1 de la surface par sablage pour en augmenter la rugosité, en préparation d'une deuxième étape E2 dite de métallisation avec dépôt par projection thermique. C'est le cas notamment de la projection au moyen d'une torche à plasma, soit d'un alliage de cuivre, par exemple Cu - Ni - In (cuivre - nickel - indium), dont la ductilité permet d'amortir les vibrations du moteur en fonctionnement au niveau des contacts des aubes avec le disque central, soit de carbure de tungstène, par exemple WC-Co (carbure de tungstène-cobalt) dont la dureté permet d'éviter l'usure occasionnée par les frottements entre les nageoires adjacentes.
  • La torche à plasma projette le revêtement d'alliage à grande vitesse et à élevée (plus de 2 500°K.) sur la surface à traiter pour y obtenir son accrochage.
  • Les étapes E1 sont très abrasives et les étapes E2 sont indésirables en dehors des surfaces à traiter. Elles nécessitent dans le cas du traitement des nageoires, d'interposer une protection entre les outils de sablage et/ou les torches à plasma et les faces 19 des aubes 10 de façon à soustraire ces dernières à leurs effets. Plus précisément, seules les surfaces 17 des extrémités de nageoires 15 destinées à être mises en contact avec celles 17 des autres nageoires des aubes voisines, sont soumises, lors de la fabrication, aux traitements de surface ci-dessus. En outre les deux faces 19 de la pale 11 présentent des surfaces en hélice, de géométrie très précise, qu'il faut protéger.
  • Dans le cas du traitement du pied, les seules surfaces 18 de contact, situées de part et d'autre 13 du pied de l'aube 10 sont à revêtir. Les autres zones 12 et 13 du pied doivent être protégées au moins durant le traitement E2.
  • Actuellement, pour cela, l'opérateur applique manuellement des rubans adhésifs ayant une résistance mécanique et thermique suffisante autour des surfaces à traiter.
  • Ces opérations manuelles sont longues et fastidieuses à cause de la complexité des formes des aubes, de la précision requise et du peu d'accessibilité des surfaces à protéger. Elles n'assurent pas une qualité de niveau constant puisqu'elles ne sont pas parfaitement répétitives et qu'une mauvaise adhésion des rubans adhésifs présente un risque de masquage voire de décollement du revêtement déposé. En outre lors de la métallisation, on constate que des particules atteignent la couche en formation après avoir rebondi sur la surface de protection. La qualité de l'accrochage ou de l'homogénéité de ces particules n'est alors pas suffisante, et les zones correspondantes sont moins résistantes aux sollicitations appliquées sur turbomachines.
  • Il existe donc un besoin pour améliorer la productivité et la qualité de ces opérations.
  • Par ailleurs les opérateurs sur ces opérations sont soumis à des tensions nerveuses dues notamment à l'attention soutenue nécessaire pour leur exécution; ils sont aussi exposés à des risques de troubles musculo-squelettiques (TMS) consécutifs à la réalisation d'actions répétitives.
  • Un masque de protection selon le préambule de la revendication 1 est décrit dans le document US 5792267 .
  • Pour remédier à tous les inconvénients, la demanderesse propose un masque de protection pour le traitement de surface de surfaces d'une aube de turbomachine selon la revendication 1.
  • Le traitement de surface comprend une étape de sablage et/ou une étape de métallisation.
  • Par outillage, on désigne pièce ou un ensemble de pièces au moins en partie rigides dont la forme et les matériaux sont adaptés au masquage des parties de surfaces à protéger. Les matériaux de l'outillage sont aussi en capacité de résister à l'environnement opératoire des opérations E1 et E2. Grâce à l'outillage de l'invention, on supprime toute opération d'application manuelle de ruban adhésif, et le masquage est parfaitement répétitif.
  • De préférence, l'étape E2 entraînant une élévation de température, le masque de protection est dispose pour résister aux effets thermiques du traitement de surface, ici un dépôt plasma.
  • De préférence encore, l'étape E2 nécessitant un traitement mécanique préalable, le masque de protection de l'étape E1 est d'un matériau résistant à l'action abrasive d'un sablage.
  • Avantageusement, le masque de protection est en acier inoxydable ou en matériau silicone ou en matériau polymère.
  • Eventuellement, le masque peut servir à la fois pour le sablage et pour le dépôt plasma, et peut être réutilise pour une série d'aubes de turbomachines.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un masque de protection pour une application de l'invention et du dessin annexé dans lequel :
    • la figure 1 représente une vue perspective d'une aube de compresseur;
    • la figure 2 représente une vue de cote d'une première application de l'invention consistant en un conformé pour permettre le traitement du pied d'une aube,
    • la figure 3 représente un montage permettant le traitement simultané de plusieurs aubes,
    • les figures 4A et 4B représentent des vues perspectives d'une autre application de l'invention, consistant en des masques pour la protection des surfaces d'une aube contre le sablage et le dépôt plasma sur les surfaces à traiter de son pied.
  • La figure 2 représente la partie inférieure d'une aube de compresseur dont on voit la pale 11, la plate-forme 14 et le pied 13. Il est ici en forme de queue d'aronde et rectiligne (cas non exhaustif, cité à titre d'exemple). Afin d'assurer un amortissement des vibrations de l'aube dans son alvéole pendant le fonctionnement du moteur, on applique un revêtement 13R localisé dans les zones qui sont en contact avec les flancs de l'alvéole. Pour pouvoir appliquer ce revêtement par torche à plasma, on dispose conformément à l'invention, un masque 100 qui épouse la forme du pieu de l'aube en partie, et peut être mis en place par simple enchâssement. Le masque 100, avantageusement réalisé en inox, présente une épaisseur déterminée. Une fenêtre 100R est ménagée dans ce masque, de chaque côté du pied. La forme et les dimensions des fenêtres dépendent de celles du revêtement 13R qu'il s'agit d'appliquer par la torche à plasma. Ce revêtement 13R est localisé sur les deux surfaces du pieu. qui seront en contact avec le disque sur la turbomachine.
  • La torche à plasma T est placée préférentiellement perpendiculairement à la surface à traiter. Les parois de la fenêtre sont perpendiculaires à cette surface. La fenêtre permet le passage des particules de métal en fusion pendant l'opération de métallisation avec la torche à plasma. Cette disposition présente l'avantage que les particules de métal en fusion issues de la torche à plasma qui ne sont pas dirigées l'axe de la fenêtre se déposent sur le masque dans la zone bordant la fenêtre 100R sans être réfléchies vers l'intérieur. Ces particules ne viennent donc pas perturber la couche en formation par rebond. Après d'une couche d'épaisseur voulue, on retire le masque. Le revêtement 13R a exactement la forme définie par celle de la fenêtre , il n est pas nécessaire de procéder à une opération de retouche.
  • On remet en service le masque pour le traitement d'autres aubes si la zone métallisée en bordure de la fenêtre n'est pas trop épaisse. Le masque peut être ainsi utilisé plusieurs fois avant de nécessiter une remise en forme par "démétallisation" de la zone bordant la fenêtre. Une telle opération de restauration du masque est avantageusement effectuée par chimique selon les techniques connues de l'homme du métier.
  • Si une opération préalable de préparation de la surface est nécessaire, on utilise le même masque pour protéger les surfaces qui ne doivent pas recevoir le sablage.
  • Un tel masque présente aussi l'avantage de permettre le traitement de plusieurs aubes en même temps. Dans ce but on a prévu une rainure 110 dans la paroi de fond du masque pour permettre d'appliquer ensuite une barre d'alignement 43.
  • On a représente sur la figure 3 un montage pour le traitement de quelques aubes. On assemble les aubes équipées de leur masque de protection 100 sur un seul outillage 40.
  • L'outillage 40 comporte un bâti 42 sur lequel on a fixé les aubes, pale en bas, de manière à présenter les masques sur le dessus. Les fenêtres 100R sont visibles. Une barre 43 relie les masques 100 par les rainures 110. Grâce à cette barre on peut aligner avec précision les masques les uns par rapport aux autres. Des flasques 41 sont placés le long de la rangée de masques de manière à recouvrir et protéger les plates-formes des aubes. Une fois le montage effectué, on place l'outil de traitement en direction de la première fenêtre et on le déplace à vitesse déterminée parallèlement aux fenêtres. Par cette disposition on permet le traitement de sablage suivi de métallisation ou bien de métallisation d'un ensemble N d'aubes en assurant une qualité constante.
  • On a représenté sur les figures 4A et 4B, un dispositif de masquage adapté à des aubes dont le pied est curviligne, telles que des aubes de soufflante de taille.
  • Pour une étape E1. de sablage des surfaces 18 du pied 13 de la pale 11 d'une aube 10, il est prévu, en référence à la figure 4A, un masque 100' de protection comportant, fixé sur un socle 132, un bâti 125 en matériau silicone ou matériau polymère agencé pour pouvoir être monte en emboîtant le pied 13 de la pale 11 tout en laissant apparaître, au travers de lumières 124 les surfaces 18 à traiter.
  • Pour cela, le bâti comporte deux demi-coques 121 épousant les formes de la surface ci-dessus, réalisées selon les plans même qui en ont permis la réalisation.
  • Ces deux demi-coques 121 sont assemblées par des verrous 123 amovibles, par exemple s'emboîtant eux-mêmes dans les deux demi-coques 121, et peuvent donc être démontées pour rester apte à un nouveau montage et rester disponible pour le traitement d'une autre aube.
  • Pour une étape E2 de dépôt plasma des surfaces 18 du pied 13 de la pale 11, il est prévu, en référence à la figure 4B, un masque 100"' de protection comportant, fixés sur un socle 132", quatre supports 127 agencés pour pouvoir supporter deux entretoises 126, tous en inox, maintenant la paie 11 et deux masques 128, en inox, maintenant et recouvrant le pied 13 de la pale 11, de part et d'autre du pied, tout en laissant apparaître, au travers de lumières 131 les surfaces 18 à traiter.
  • ici, pour régler exactement l'étendue de la surface à traiter, la périphérie des lumières 131 est garnie de pattes 129 limitant cette étendue à volonté. La position des pattes 129 est réglable par coulissement sur les masques 128 et y est maintenus par des vis de serrage 130.
  • Dans l'exemple de la figure les pattes 129 limitent seulement la longueur des lumières 131 mais le même dispositif est possible aussi en largeur, les deux dispositifs pouvant facilement être simultanément.
  • De préférence, le masque est en matériau silicone, Ce matériau est à la fois résistant au mécanique de sablage et au traitement thermique de métallisation.
  • La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés.
  • L'étendue de la protection est définie dans les revendications ci-jointes.

Claims (7)

  1. Masque de protection pour traitement de surface d'une aube (10) de turbomachine comportant un pied avec des surfaces (18) à traiter, ledit masque étant disposé sur le pied et autour desdites surfaces (18) et constitué d'un matériau résistant aux effets du traitement de surface tout en constituant un outillage démontable et réutilisable composé d'au moins une pièce (100, 100' 100", 239) épousant la forme du pied et d'épaisseur déterminée, caractérisé par le fait que cette pièce comporte des fenêtres laissant apparaitre les surfaces (18) à traiter et de forme adaptée auxdites surfaces à traiter avec des 1 parois perpendiculaires à celles-ci, de manière à assurer le dépôt sur le masque des particules qui ne sont pas dans l'axe des fenêtres, sans que celles-ci soient réfléchies sur lesdites surfaces à traiter.
  2. Masque selon la revendication 1, comportant au moins deux demi-coques (121, 233) maintenues ensemble par des verrous ou des pinces (123, 236).
  3. Masque selon l'une des revendications 1 à 2, constitué en un matériau résistant aux effets thermiques d'un dépôt plasma.
  4. Masque selon l'une des revendications 1 à 3, constitué en un matériau résistant aux effets mécaniques d'un sablage.
  5. Masque selon l'une des revendications 1, 3 et 4, constitué en inox.
  6. Masque selon la revendication 5, pouvant être mis en place par simple enchâssement.
  7. Masque selon l'une des revendications 1 à 4, constitué en matériau silicone ou polymère.
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