FR2642690A1 - Procede de fabrication de composants par depot de couches et composant obtenu - Google Patents

Abstract

Selon l'invention, un composant est fabriqué par un dépôt d'une succession de cordons se recouvrant les uns les autres, réalisés dans un matériau, la forme et la position des cordons étant déterminées par les propres caractéristiques de la section correspondant du composant que l'on souhaite réaliser. La définition de la configuration est obtenue par une caractérisation du composant selon une série de sections ou de tranches présentant l'épaisseur du cordon, et par une programmation d'une tête de dépôt commandée par ordinateur pour déposer une succession de cordons présentant les formes et positions respectives. Le dépôt est réalisé de préférence par soudage par précision par laser. Des configurations complexes ayant des propriétés comparables aux propriétés des matériaux forgés ou moulés sont facilement obtenues. Le matériau utilisé pour les cordons successifs peut varier, produisant ainsi un composant de composition afin d'obtenir des propriétés particulières dans différentes régions.

Description

PCÉDÉ DE FABRICATION DE ONIS PAR DÉPO DE C ES

EOAT C SrT ENU

La présente invention concerne la fabrication de compo-

sants, et plus particulièrement la fabrication par dépôt contrôlé

de couches des éléments constitutifs de camposants.

Les améliorations apportées aux techniques de fabri-

cation et aux matériaux sont les clefs de l'acroiss nt de performance et de la réduction des coûts pour un grand rnombre d'articles. A titre d'exemple, les ameliorations des procédés et des matériaux effectuées en oontinu et souvent en s'étayant mutuellement, ont entrarîne des accroissements majeurs dans les

performances des moteurs a turbine à gaz pour l'aviation.

Une turbine à gaz ou un moteur à réaction utilisée dans l'aviation aspire et compresse de l'air à l'aide d'un cempresseur axial, mélange l'air cenpresse avec un carburant, brûle le mélange et expulse les produits de combustion à travers une turbine axiale qui entraîne le comresseur. Le ccmresseur

oCmreId un disque muni d'aubes s'étendant à partir de sa péri-

pherie. Le disque tourne rapidement sur un arbre et les aubes incurvées aspirent et compressent de l'air, un peu à la manière

d'un ventilateur électrique.

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Dans un mode de fabrication courant, le compresseur est réalisé par forgeage du disque de compresseur constitué d'une seule pièce munie de fentes à sa périphérie. tes aubes du cmresseualr sont moulees Ou forgées individuellement pour leur donner la forme souhaitée et qui comprennent une partie formant pied appelée une "queue d'arcane" qui s'insèe dans les fentes du disque. L'assemblage est achevé par l'enfilement des parties en queue d'arcnde des aubes dans les fentes du disque. Si une aube

ne peut pas s'enfiler correctement, est défaillante ou est enzbn-

magée perndant son service, elle peut être facilement remplacée en effectuant la procédure inverse de celle de l'assemblage pour

enlever l'aube et mettre une nouvelle aube.

Plus récemment, il a été proposé de former les aubes de façon intégrées au disque, oette combinaison étant parfois appelée "blisk" d'après des ternmes anglais, mniais sera appelée dans la suite de oe texte "disque à aubage". La fabrication d'un disque à aubage offre la possibilité d'augmenter les performances du fait de la réduction de poids. Un tel composant peut être moulé ou forgé en tant que disque de grande dimension muni de protubéranles de métal à sa périphérie. Les aubes sont alors usinées dans les protubéraines de métal et font partie intégrante

du disque. Le produit final est cher à produire puisqu'il nreas-

site des opérations d'usinage de grande précision et sur de grandes dimensions. Une erreur d'usinage, mnme sur une seule aube, peut entraîner le rejet et la mise en rebut du disque entier. Le remplacement ou la réparation d'une aube endommuagée d'un tel disque à aubage est un problème difficile dans oette approche de fabrication. Si tout ou partie de l'aube se casse, par exemple à la suite de l'introduction de corps étrangers au

cours du fonctionnement, le disque à aubage n'est plus équi-

libré. On ne connait pas actuellement de méthode ou de procédé pour réparer l'aube erndmagée d'une manière qui n'entraine pas de réduction des performances, et il existe donc un besoin pour une telle approche. Il serait donc souhaitable d'utiliser une telle approche pour la fabrication d'un disque à aubage afin de réduire son coût. La présente invention permaet de satisfaire e

besoin et procure en plus des avantages qui lui sont propres.

La présente invention propose un procdé de fabrication et de réparation d'articles ou de parties d'articles telles que les aubes des disques à aubage réalisés en une seule piêce. Le

prooede permet d'obtenir un article comparable dans ses pro-

priétés aux articles moulés ou forgés, mais en présentant un avantage complémentaire d'être intégralement constitué d'un autre coposant. Quand on utilise oe procédé pour réparer un article endamaig qui était préalablement fabriqué par le même procédé, l'article réparé est dans la pratique i istinguable de l'article d'origine. Le procédé permet une excellente maîitrise de la forme et de la configuration, que les formes soient simples ou complexes, et permet également la variation de la composition d'un bout à l'autre de l'article. Le contrôle de la variation de composition en continu procure aux oercepteurs la possibilité de concevoir un article ayant des propriétés spcifiques adaptées à des exigences de performarnces pour les différentes zones de

l'article.

Selon 1 'invention, un procdé de fabrication d'un article comperend les étapes de dépôt d'un premier cordon d'un matériau selon une forma et une largeur correspcndant à une première section transversale de l'article; dépôt d'un second cordon d'un matériau recouvrant le premier cordon de matériau, selon une forme, une position et une largeur par rapport au premier cordon oerrespcdant à une seconde section transversale de l'article, la secode section transversale étant prise en un lieu espacé par rapport à la première section transversale de l'épaisseur du premier cordon; et la repétition de l'étape de dépôt d'un second cordon en un certain nombre d'étapes de dépôt,

chaque cordon successif étant déposé selon une forme, une posi-

tion et une largeur par rapport au crcdon dépoé pralablement, selon la section transversale suivante de l'article prise en un lieu espacé par rapport à la section transversale précéente de l'épaisseur du cordon déposé préalablement, jusqu'à oe que

l'article entier soit achevé.

De façon alternative, dans un autre mode de réalisa-

tion, un procédé de fabrication d'un article comprerd les étapes de oaractérisation de l'article en considérant un oertain nombre de sections parallèles, chaque section ayant une forme et une position, et chaque section étant décalée par rapport aux sections adjacentes de l'épaisseur d'un cordon d'un matériau; et de dépôt d'une succession de cordons du matériau se recouvrant les uns sur les autres, chaque cordon ayant une forme et une

position orrespondant à celle de la section respective déter-

minée au cours de l'étape de caractérisation.

Selon une application particulière de l'invention, un procédé de fabrication d'une aube de colpresseur qui fait partie intégrante d'un disque de ccmpresseur comprend les étapes de fourniture d'un disque présentant une surface de substrat à sa périphérie; de dépôt d'un premier cordon d'un matériau sur la surface du substrat, le cordon ayant la forme et la position de l'aube de compresseur dans sa partie adjacente au disque de

compresseur; et de dépôt d'une sucession de oordons d'un maté-

riau, chaque oerdon recouvrant le cordon déposé prlablement, et chaque oerdon ayant une forme et une position de la partie orresporidante de l'aube de cnpresseur. Si la section de l'aube est plus épaisse qu'un cordon unique, deux cordons ou plus disposés côte à côte peuvent être déposes pour réaliser une

oxuche unique, et ensuite des ensembles de cordons supplémen-

taires sont déposés en reccvrant cette ouche pour former les

oDuches suivantes.

Beaucoup d'articles peuvent être analysés oMeM étant un assemblage de sections ou de tranches parallèles les unes sur les autres. L'article est alors uniquement défini en spécifiant la forme de chaque section, c'est-àdire sa configuration et sa dimension, et la position de chaque section, c'est-à-dire sa position par rapport aux sections adjacentes. La forme de chaque section peut être ramenée à la formation à l'aide d'un cordn d'un matériau déposé, dans laquelle un cordon est -onstitué d'un dépôt allongé formé typiquement par le déplacement du substrat par rapport à la source de chaleur. Dans un tel cas, 1' article peut être formé en déposant un cordon (ou plusieurs cordons oSte à côte, si néessaire) selon la configuration de la forme d'une section, et ensuite en incrmentant l'appareil de dépôt vers le haut de la hauteur du cordon, en déposant ensuite un autre cordon ayant la forme de la section suivante et la position exigée par rapport au cordon déposé préalablement. Le procédé est répété

autant de fois que nécessaire pour former l'article.

Par exemple, certaines aubes de copresseur sont rela-

tivement fines en largeur, de l'ordre de 3,2 mm, orres antà la largeur d'un cordon facilement déposé à l'aide d'un cordon de soudage par laser. Chaque section est déposée en une seule passe de l'appareil de soudage laser. A l'ahv ent de la passe, la tête de soudage est incréentée vers le haut de la hauteur du cordon, typiquement d'environ 0,38 am, et la section suivante est déposée en une seule passe de soudage laser. Au cours de chaque

passe, l'unité de dépôt par soudage laser fond la partie supé-

rieure du cordon déposée précement (ou du substrat, s'il s'agit d'une premiere passe), et ajoute plus de matériau à travers son système d'alimentation de poudre afin de former le cordon recouvrant le précédent. Ie matériau rajouté rxivellement pour le oerdcn reouvrant le précdent et la partie fondue du cordon déposée peuent se mélarngent partiellement et se solidifient ensemble, assurant ainsi la formation d'une structure

continue et résistante au travers des cordons.

Unle grande variété de formas et de configurations de la section peuvent être obtenues par cette approche. Des formes

solides sont réalisées en déposant des cordons l'un sur l'autre.

IUne épaisseur croissante est obtenue en déposant plusieurs cordons côte à côte pour chaque couch puis en rajoutant plus de oardons dessus cette couche. Des parties d'épaisseur variable sont réalisées en changeant le nrombre de cordons dans une cuhe. IUne pale creuse ou d'autres formes creuses sont réalises en déposant le cordon selon la forme de la paroi extérieure, puis en déposant des cordons supplémentaires l'un sur l'autre. Les sections creuses munies de structures internes, telles que les passages de refroidissement, sont obtenues en rajoutant des entretoises internes et pour chaque section en y associant des parois extérieure. Virtuellement, toute configuration peut être définie comme un ensemble de cordons et la présente approche permet un grand nombre d'applications pour réaliser une grande variété de formes. Les applications au moteur d' avion comprennent les aubes de cuopresseur, les aubes de turbine, les aubes de soufflante, les tubes et les boites, ces dernières pouvant être

carrées, rectangulaires au de sections transversales irrégu-

lières. Les pièces pouvant être de préfèrenoe réalisées en utilisant l'invention comprennent les aubes de cmgpresseur qui ont typiquement une forme de pale complexe, oamprenant une courbure dans deux dimensions. Une dimension de courbure est failement introduite dans l'article en déplaçant la pièce par rapport à la tête de dépôt par soudure selon un chemin incurvé au

cours de chaque passe, avec un mouvement obtenu par le déplace-

ment de la pièce, la tête de dépôt par soudure, ou les deux à la fois. L'autre dimensicn de courbure est introduite en déplaçant chaque section latéralement d'une petite valeur par rapport à la

section préédente.

Le contrôle du dépôt est obtenu en caractérisant numé-

riquement, la forme de l'article tel qu'une aube à partir de dessins ou d'une pièce préparée par des procédés plus classiques

tels que l'usinage. Une fois que la formte de la pièce est carac-

térisée numériquement, le mouvement de la pièce (ou de façon équivalente le dépôt du cordon) est prograimmé, en utilisant des prcgrammes d'ordinateur disponibles pour la cxmmnde numérique, pour créer un ensemble d'instructions telles que le nmoivment de la pièce pendant chaque passe, et son déplacement latéral entre les passes. L'article ainsi obtenu reproduit la forme de la caractérisation numérique de façon presque finale, en incluant des courbures complexes qui existent dans les pales ou dans les

articles équivalents.

La technique de soudage laser consiste à fcndre des potres dans un système d'alimentation et à projeter le matériau fondu sur la surface. La technique est contrôlable et reproduc- tible à grande échelle, avec des résultats precis. En fabriquant un article selon la présente approche, la composition de la poudre utilisée peut être maintenue constante pour l'ensemble de

l'article. La composition de la poudre apportée peut volontaire-

ment être soumise à des variations à l'intérieur de n'importe quel cordon ou entre des cordons successifs, pour produire des variations de composition contrôlables d'un bout à l'autre de

l'article. Par exemple, dans une aube de compresseur, une copo-

sition d'alliage résistant et tenace peut être utilisée au voisi-

nage de la base et un alliage dur, résistant à l'usure ou abrasif

peut être utilisé au voisinage de la tête.

Pour la réparation des articles, il est seulement rnécessaire de répéter une partie de la séquence de dépôt à partir d'une caractérisation établie préalablement. Par exemple, si une aube de compresseur se casse au voisinage de sa partie médiane, il est seulement Coessaire de meuler une surface plate de l'aube dans la plus proche des sections restée sans domnage, puis de répéter le dépôt commardé par ordinateur pour le reste de l'aube. L'aube réparée ne peut virtuellement pas être distinuée de l'aube fabriquée initialement puisqu'elle est cbtenue par le même appareil et avec le même mod'le de contrôle de forme. La partie réparée ne présente pas de ligne de liaison détectable au niveau microsoepique après une finition ni de di/scitinuité dans la partie de la base de l'aube, puisque les deux sont soudées

ensemble de la même manière que lorsque l'aube a été fabriquée.

Une grande variété de matériaux peuvent être déposés en utilisant l'approche de l'invention. Par exemple, on peut déposer des alliages de titane, des alliages de nickel, des alliages de cobalt, des alliages de fer, des céramiques et des matières

plastiques.

La présente invention procure une avano importante dans le mode de fabrication. Des pièces complexes peuvent être fabriquées intégralement sur une autre partie, sans que l'on puisse détecter au niveau macrosoopique de lignes de liaison après usinage, et sans utiliser d'organes de fixation. Il y a une grande souplesse d'utilisation en oe qui concerne à la fois la forme et la composition locale de l'article. La réparation est failitée par l'utilisation de la même procédure que lors de la

fabrication initiale, en utilisant un dépôt cm,,,dé par ordina-

teur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente

invention seront mis en évidence lors de la description détaillée

d'un exemple de réalisation, en relation avec les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est un dessin en perspective d'une pièce formant disque à aubage pour compresseur; la figure 2 est une vue en perspective agrandie de l'aube de la figure 1; la figure 3 est une vue en élévation de l'aube de la figure 2; la figure 4 est une vue depuis une extrémité de l'aube de la figure 2; la figure 5 est une représentation sous forme de diagrammes des modèles de quatre cordons reprsentatifs A, B, C, et D, comme indiqués en figure 3; et la figure 6 est une vue en élévation d'un appareil de soudage par laser pour metLe en pratique le procédé selon l'invention. La présente inmvention est de préférence mise en oeuvre dans un procédé pour fabriquer ou réparer une aube de ompresseur faisant partie intégrante d'un disque de compresseur, bien que l'invention ne soit pas limitée à cette application. Dans la figure 1, une combinaison d'un disque 10 et d'une pluralité

d'aubes de compresseur 12 constituent une unité intégrée aube-

disque enxore. appelée disque à aubage 14. La partie formant disque 10 est de forme générrale cylindrique, de configuration en forme de roue ayant une jante 16 à la périphérie. L'ensemble des aubes 12 sont reliées à la partie formant disque 10 au niveau de la jante 16, dans une position et une orientation convenables permettant l'admission et la cxxpression de l'air quand le disque à aubage 14 tourne. (Dans la figure 1, on a représenté seulement un petit nombre d'aubes 12 autour de la périphérie de la partie formant disque, pour la clarté de l'illustration. Normalement,

les aubes sont beaucoup plus resserrées).

La figure 2 représente avec plus de détails une partie crnstituée d'une aube 12. L'aube 12 est reliée à la jante 16 de façon intégrée. Cela signifie que l'aube n'est pas formée dans

une pièce distirrncte reliée par la suite à la jante du disque.

L'aube fait partie intégrante de la jante 16, en formant une strlucture continue s'étendant depuis la jante 16 jusqu'à l'aube 12. L'aube 12 présente normalement une forme de pale crmplexe déterminée par un ensemble de calculs spécifiques

destinés à optimiser l'effet de comression de l'air. Le compres-

seur axial du moteur comprend normalement un certain nombre d'étages de compresseur et la forme et la taille précises de chaque aube varient d'un étage à l'autre. En génrral, cependant, la partie formant aube 12 est incurvée dans deux directions. Cela signifie que si l'on définit géométriquement deux oordorées pependiculaires constituées d'un rayon 18 du disque 10 et d'une tangente 20 à la circonférence de la jante 16, au nmoins certaines parties de l'aube 12 sont idrvées à la fois par rapport au rayan 18 et à la tangente 20. D'ailleurs, la longueur de corde et la oeurbure ne sont pas constantes d'un bout à l'autre de l'aube. Le rayon de caurbure variant couramment le long du profil transversal de la pale et le logxj de sa direction longitudinale, et la corde variant le long de sa direction longitxdinale. La fabrication de telles formes iP rvées cmnplexes par des procédés classiques d'usinage, de forgeage ou de moulage nécessite un soin

et une attention particuliers et est coûteuse.

La structure de la partie formant aube 12 peut être caractérisée à partir de sections effecuées dans l'aube 12 perperdiculairemnt à la direction radiale 18. Quatre sections doennées à titre d'exemple A, B, C et D sont repéetes en figure 3 à des distances radiales croissantes. On peut voir éga- lement la courbure complexe de l'aube 12 dans la vue d'extré,mité

de la figure 4.

La figure 5 représente le modèle et la position rela-

tive des sections A, B, C et D représentées de façon arbitraire sauf pour ce qui concerne leur position relative par rapport à l'aube 12. La configuration de l'aube au niveau de la section A est telle qu'indiquée par la forme de A, la configuration de l'aube au niveau de la section B est telle qu'indiquée par la forme de B, et ainsi de suite. Dans la présente technique, l'aube 12 est fabriquée en déposant un premier cordon de métal le long de la forme de A, un second cordon de métal recouvrant le premier

cordon mais en suivant la forme de B, et ainsi de suite. L'épais-

seur de l'aube au niveau de la section A est de façon usuelle supérieure à l'épaisseur de l'aube au niveau de la section B,

paroe qu'un flanc de raccord de plus graznde largeur est normale-

ment formé à proximité du fond ou du pied de l'aube. Ainsi, par exemple, dans sa partie adjacente au substrat, l'aube peut avoir quatre ordons de large, la couche suivante située au-dessus peut avoir trois cordons de large, la couche suivante deux cordons de large, et les couches suivantes un cordon de large. L'épaisseur de l'aube au niveau de différentes couches ou sections peut être ajustée de façon contrôlable en changeant le nombre de cordons

dans chaque couche.

La configuration de l'aube (qui est distincte de son épaisseur) est modifiée en changeant la configuration et la forme du cordon. Le cordon s'éterndant le long de la forme B a une configuration différente de celle du cordon s'étendant le long de la forme A, comme cela apparait dans les différentes courbures des formes A et B de la figure 5. La courbe peut aussi être modifiée de façon contrôlable en déplaçant les cordons par il rapport au cordon sous-jaoent déposé prre t. Par exemple,

la forme B est déplacée latéralement depuis la forme A d'un déca-

lage 22, lequel varie avec la localisation le lcrg du cordon.

Ainsi, nc seulement la forme B présente une configuration différente, mais encore une position dans l'espace différente par rapport à la forme A. De cordon suivant la forme B ne reccuvre pas de oe fait exactement le cordon suivant la forme A, mais est léèrement décalé et prend une position différente. Le décalage peut aussi avoir lieu selon la logueur de la forme, créant ainsi une aube de forme fuyante. Bien que dans la figure le décalage semble relativement grand, on rappelera que les formes A et B représentées dans les dessins sont prises dans des sections assez

éloigrnes l'une de l'autre pour la clarté des dessins. En réa-

lité, les décalages H entre deux cordcns adjacents sont petits, typiquement de l'ordre de 0,38 mm, et nettement à l'intérieur des

limites oorrpcxnt au maintien de la continuité de l'aube 12.

Pour fabriquer l'aube 12, la configuration de l'aube

est tout d'abord caractérisée selon des sections suooessives.

Ainsi, la forme et la position de chaque section sont racordées soigneuseient, soit à partir d'un dessin, soit à partir d'un calcul, soit à partir d'un gabarit prépa pré lablent. Pour chaque section, l'information nécessaire peut être obtenue d'une ou de deux façxxs. Dans une méthode par positionnement relatif, il est néoessaire de connaitre: 1) la forme de la section, c'est-à-dire les ooordonnées de chaque point le long du tracé de la forme (telle que B); et 2) la position relative par rapport à la section antérieure (telle que le décalage 22 existant entre la forme B et la forme A, en opérant point par point). Par ailleurs, dans une méthode par positionement absolu, il est nécessaire de connaitre la position de chaque point d'un dépôt d'un cordon ou par rapport à un système de référence externe. Dans tous les cas,

l'information numérique qui, dans sa totalité, définit la confi-

guration de l'aube en trois dimensions est facilement détexminée et mémorisée d'une manière utilisée dans les machines à cu,,ande

numérique pour le travail des métaux.

Après que la configuration détaillée de l'aube ou d'un autre article soit définie, des cordons de métai sont déposes l'un sur l'autre pour reproduire la forme nuimrique mémorisée. Il est réoessaire d'utiliser un appareil qui produise un ordon bien défini et aussi qui soit commardable pour suivre la forme nrmé- rique requise. Un appareil de soudage laser a été dévelcopé pour répcndre à ces exigences et sera décrit en détail plus loin. La présente inventicn n'ernlobe toutefois pas l'appareil lui-même

mais conrne un procèdé d'utilisation.

Plus spécifiquement, un premier cordon 24 est déposé le loig de la forme A, sur la jante 16 formant un substrat. Une chaleur suffisante est transférée dans la jante 16 pour provoquer une fusion en surface du matériau constituant le substrat, et le matériau constituant le cordon 24 est fondu de façon préamnnante lorsqu'il atteint le substrat. Les matériaux fondus se mélangent et se solidifient rapidement. Le prunier cordon 24 est, de ce fait, fandu dans la jante 16 pour former une, liaison moncbloc a vec celle-ci. Aucune ligne de liaison ou aucun défaut de texture n'est visible ou déte table de façrt macroscopique. Après usinage et finition, à toutes fins utiles, le prenier cordon 24 est rendu xplètement monobloc avec la jante 16. Si les compositions du matériau de la jante 16 et du premier cordon 24 sont différentes, il se produira un certain mélange des omptositions dans la zone fondue. Après acbement de la passe formant le premier cordon 24, l'appareil de dépôt effectue une secorde passe pour déposer un second cordon 26. Dans la sende passe, l'appareil suit la forme de la section suivante à partir de la section A, présentera gnraleent une forme (courbure), une position et une lorgueur leèrrent différentes, et sera peut être décalé latéralement, en fonction de paramètres déterminés et mMr/sriss é réalableSent. La distance entre chaque section utilisée dans la atioe de la configuration de l'aube 12 est' définie habituelleent CoeM étant à peu près égale à la hauteur H du oerdon qui est déposé par l'appareil de dépôt, cette hauteur étant dépendante du type d'appareil, du matériau déposé, de la vitesse d' avance, ainsi que d'autres facteurs, mais pour un soudage laser étant typiquement d'envircn 0,38 mm. Le premier cordon 24 est partiellxement et localement fondu lorsque le second cordon 26 est déposé par dessus. Le seomd cordon 26 fusionne donc avec le premier cordon 24 sous-jacent de la même manière que oelle décrite prrcédement pour la fusion du premier cordon 24 avec le substrat, constituant

encore une structure pleinement monobloc.

Cette procédure consistant à déposer un cordon au-

dessus d'un autre est répétée jusqu'à ce qu'on ait constitué la hauteur complète de l'aube 12. En déposant les cordons en suivant les formes détermines préalablement, l'aube est reproduite de façon précise. Toute rugosité de la surface de l'aube résultant du repérage irparfait des aubes successives peut être supprimée par meulage et polissage, achevant ainsi la fabrication de l'aube monobloc. La présente technique offre des avantages venant s'ajouter aux avantages indiqués préede:ennt concernant les

possibilités multiples d'utilisation et la fabrication monobloc.

La composition du matériau alimentant l'appareil de dépôt peut varier dans la longueur de chacun des cordons, ou entre des ordons sucaessifs, pour faire varier la composition de l'article entre différentes régions de celui-ci. Du fait que la composition du matériau déposé, ainsi que la configuration, peuvent être comandes numériquement, il est possible de constituer des zones de composition particulière pour atteindre un certain but particulier. Par exemple, les parties situées à proximité de la

base de l'aube 12 (c'est-à-dire la section A) peuvent être résis-

tantes et ductiles, alors que les parties situées à proximité de la tête de l'aube 12 (c'est-à-dire la section D) peuvent être dures, résistant à l'usure ou abrasives. Les parties les plus exposées au chauffage aérotherme peuvent être réalisées dans une composition particulière. D'ailleurs, la mi de l'aube est différente de celle d'une aube produite par tout autre

procédé, du fait qu'elle présente une structure refondue stucces-

sivemenrit. La réparation de l'aube 12, après avoir subi un dommage lors de son utilisation, est également facilitée par l',emploi de la présente technique. Si, par exemple, la tête de l'aube 12 s'est cassée le long d'une ligne en dentelure, indiquée par la référenoe 28 dans la figure 3, on effectue la réparation en meulant l'aube 12 jusqu'à atteindre une section cnrsidérée comme ne présentant pas de dommage. Une telle section peut être la section C. Le dépôt d'une nouvelle tête d'aube en rexouvrant la section C sera alors accoupli exactement de la même manière que si l'aube était réalisée pour la première fois, en utilisant ce mêime procédé. La caractérisation numérique de l'aube ayant été adoptée en vue d'une telle possibilité, la rnuvelle tête d'aube peut être déposée de façon identique à la tête originale enim-

magee. Toute amélioration dans les caractéristiques, telles qu'une nouvelle configuration de pale ou une composition différente du matériau, pourra être irnx>porée, si une telle modification n'altère pas la performance du disque à aubage 14 du fait que les autres aubes n'étaient pas obtenues en utilisant cette xmodification. Dans tous les cas, du fait de la fusion et du

mélange des cordons successifs, l'aube réparée restera complè-

tsment monobloc sur toute sa longueur et ne présentera pas de

plan présentant une fragilité significative.

On connait un grarnd rmnbre de techniques pour déposer des cordons de métal et d'autres substances. Certaines techniques produisent un brouillard, et de telles techniques ne sont en général pas utilisables pour mettrle en pratique la présente invention. On a trouvé qu'un appareil de soudage laser est un appareil particulièrement satisfaisant pour mettLe en pratique la présente invention, dans lequel un faisceau laser fond une zone sur la surface sur laquelle il est dirigé, et un matériau d'apport firnmt divisé est ameré dans la région fondue pour rajouter un nouveau dépôt de matériau, appelé un "cordon". En déplaçant l'appareil le long d'un chemin déterminé, on forme un

cordon parfaitement défini et configuré.

Un appareil 38 pour exécuter le dépôt contrôlé de cordons par soudage laser, utile pour mettre en oeuvre la présente invention, est illustré dans la figure 6. Cet appareil

est décrit plus en détail dans le brevet US 4 730 093, l'inven-

tion n'est oependant pas limitée à l'utilisaticn de oet appareil

en particulier.

L'appareil 38 comprend un réservoir à poudre fermé 40, chauffé par des enroulements chauffants 42 afin de maintenir l'humidité dans la poudre à un bas niveau. Le réservoir comporte également un orifice d'entrée de gaz 44 par lequel un gaz inerte de préférence sec, tel que de l'argon, représenté par la flèche 46, est introduit pour maintenir la poudre 48 dans le réservoir sous pression et pour assister le tr t de la poudre. Un mécanisme d'alimentation volumétrique de poudre tel qu'une roue

d'alimentation en poudre 50 d'un type disponible dans le com-

meroe, est associé au réservoir à poudre. Par exemple, le type

utilisé dans une forme de réalisation de l'appareil de la pré-

sente invention a été une roue de type "L" modifiée pour l'ali-

mentation en poudre Mtco.

En aval de la roue 50, on trouve un vibreur tel qu'un vibreur actionné pneumatiquement 52 associé à un onduit 54 pour empêcer les particules de poudre se déplaçant dans le conduit 54 d'adhérer entre elles ou contre la paroi du conduit 54. Le conduit 54 aboutit dans une tuyère de projection de poudre 56 refroidie par eau, qui dirige la poudre, sous l'action du gaz

inerte sous pression, selonc un écoulement consistant, en direc-

tion d'un substrat ou d'un cordon préalablement déposé sur une aube 12. On a remarqué qu'une réflexion du faisceau laser peut

provoquer un e prgaxt de la poudre passant dans la tuyère 56.

Par c"rôéquent, une telle tuyère ayant de préférence au moins une partie inclinre réalisée dans un matériau tel que du cuivre ou de l'aluminium qui est très réfléchissant pour la lcngueur d'rnde du laser utilisé, est refroidi par un fluide tel que de l'eau, pour éviter un tel problIme et permettre un écoulement stable de la poudre. Un tel éoulement stable de la poudre résulte de la camiinaison de l'utilisaticn d'une poudre maintenue à un faible niveau d'humidité, sous la pression d'un gaz irerte, entrainée par un necanisxe d'alimentaticn volumétrique de poudre dans le prolcmeaent d'un vibreur de poudre, et d'une tuyère refroidie au travers de laquelle passe la poudre en direction de la surfaoe de

l'article au niveau du spot du faisoeau laser.

On peut prévoir des cxrduits ac:plémentaires 54 de oenfiguration similaire, disposés autour du point de sortie de la poudre, si on le souhaite. Les courants de poudre délivrés par les différents coduits 54 seront disposes pour qu'ils convergent

au niveau de la surface de la pièce à traiter.

L'appareil 38 comporte un laser 58 émettant un faisceau définissant un axe de faisceau 62. Le laser 58 a une puissance de sortie suffisante pour assurer sa fonction de fusion. Dans un mode de réalisation de l'invention, on a utilisé un laser au diocyde de carbxxe de 5 kilowatts (kW) pour fabriquer des aubes

de compresseur, mais des lasers plus grands ou plus petits peu-

vent être utilisés selon les rZcessités. Le faisoeau 60 présente un plan focal 64 sous la surface 66 sur laquelle le cordon doit être déposé, pour fournir à la surfa&e un spot de faisceau 68 d'une taille typiquement comprise entre 0,12 mm et 5 mm quoique dimensioes soient dnnées à titre indicatif et ne soient pas restrictives. L'énergie du laser est appliquée ord /rexent avec une puissance par unité de surface comprise entre environ 103 et 106 watts par centi/atre carré pour fondre une zone du matériau

coirnidant avec le spot du faisceau 68.

te cordon de matériau est déposé en alimentant en poudre à travers le conduit 54, la zone fordue au niveau du spot du faisoeau 68. La poudre est amanée depuis ladite tuyère 56 selon un angle nxrmalement compris entre environ 35 et 60 degrés par rapport à la surface de l'article, et de préférence oempris entre environ 40 et 55 degrés. Un anrle supérieur à environ 60 degrés rend difficile pour la tuyère et la poudre d'éviter une

interaction prénaturée avec le faisceau laser, et un angle infé-

rieur à environ 35 rend difficile de délivrer la poudre simulta-

nément avec le faisceau laser au niveau du spot souhaité sur la surface de l'article. Du fait qu'un mouvement latéral relatif est prevu entre le spot du faisceau laser et l'article portant sa poudre superposée, il se produit une fusion progressive, un refroidissement et une solidification de la zone d' interaction

fondue, produisant ainsi un cordon.

Le disque à aubage 14, dans lequel l'aube 12 et la jante 16 font partie intégrante, est porté par un support mobile qui déplace l'aube 12 dans deux directions, la direction x 70 (et la direction -x) et la direction y 71 (dirigée en avant du plan du dessin de la figure 6, et la direction -y dirigée en arrière du plan du dessin de la figure 6, comme représentée par

la flèche référencée 71). En commandant en combinaiscn le mouve-

ment du support 80 dans les directions x et y, pendant que l'on maintient le conduit 54 et le laser 58 à une hauteur constante, un cordon bien défini est déposé.selcn la forme requise pour la

section particulière de l'aube 12.

Le conduit 54 et le laser 58 sont portés rigidement sur un support d'appareil 82. Le support 82 peut se déplacer dans la direction z 84 (et la direction -z), pour lever ou baisser le conduit 54 et le laser 58. Par l'inter iaire des supports 80 et 82, le laser 58 et le conduit 54 peuvent se déplacer par rapport

à l'aube 12 dans les trois dimensions. En commandant en combi-

naison le déplacement du support 80 dans les directions x et y, tout en maintenant le conduit 54 et le laser 58 à une hauteur z constante, un cordon bien défini est déposé selon la forme requise pour la section particulière de l'aube 12. (De façon équivalente, la combinaiscon de mouvement relatif x, y et z peut être utilisée pour déplacer le support 82 dans les directions x

et y, et le support 80 dans la direction z, ou toute autre combi-

naison similaire de mouvemnts).

Lorsqu'un cordon est adcevé (par exemple, le prnemier cordon 24), l'appareil 38 est incrmenté vers le haut en relevant le conduit 54 et le laser 58 d'une distane choisie typiquement égale à la hauteur ou l'épaisseur du cordon H, de sorte qu'un autre cordon (par exemple le second cordon 26) puisse être déposé en recouvrant le premier cordon 24. La figure 6 illustre le procé de dépôt au stade au cours duquel le premier cordon 24 a été achevé, et le second cordon 26 est déposé en partie. Perndant que le second cordon 26 est déposé, la partie supérieure du

premier cordon 24 est refondue, assurant le mélange et la conti-

nuité de structure des deux cordons 24 et 26.

Les exemples suivants sont présentés pour illustrer des aspects de l'invention, et ne seront pas considérés comme pouvant

limiter l'inventicn.

Exemple 1

L'appareil décrit preedemnt était utilisé pour réa-

liser une aube de compresseur faisant partie intégrante d'un substrat. Le faisceau de 3 kW provenant d'un laser au dioxyde de

carbone était focalisé pour former un spot de 0,356 cn de dia-

mètre produisant de cette façon une densité de puissance de 30 kW par oentinmtre carré. Une aube de coupresseur doublement iacurvée ayant une configuration générale illustrée dans les figures 1 à 5 a été déposée. La longueur de l'aube était d'environ 76 mmn. La hauteur de chaque cordcn était d'environ 0,38 mm, un total de 200 passes a été rncessaire pour fabriquer l'aube, à une vitesse linéaire de déplacement relatif entre le substrat et le faisceau

laser de 1,27 m par minute pendant que la poudre était déposée.

L'alliage déposé était Ti-6A -4V, fourni dans le conduit sous

forme d'une poudre allant de plus de 425 à moins de 75 micro-

nmètres, alimentée à environ 10 grammes par minute, et le substrat

était du Ti-6Aú-4V. L'aube et la zone avoisinante étaient plon-

gees dans une atmosPhère. d'argcon perdant le dépôt.

Exemple 2

C'est la répétition de l'exemple 1, excepté que l'alliage déposé était un alliage Inonel 718, le substrat était dans un alliage Inconel 718, et la vitesse de déplacement était

de 2 métres par minute.

Exemple 3

C'est la répétition de l'exemple 2, excepté que le

substrat était un alliage Rene 95.

La présente invention fournit ainsi un outil d'applica-

tion multiple pour la fabrication et la réparation d'articles. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec les exemples et des modes de réalisation spécifiques, elle n'en est pas pour autant limitée et englobe toutes les modifications

envisageables par un homme du métier.

Claims (23)

REVENDICATIOb'

1. Proc M de fabrication d 'un article caractérisé en ce qu'il comprend les étapes sui-vantes: dépôt d'un premier oordon d'un matériau selon une forme et une largeur d' une première section transversale de l'article; dépôt d'un secod cordon d'un matériau recouvrant le prexiier cordon de matériau, selon une forme, une position et une largeur par rapport au premier cordon d'une secoude section transversale de l'article, la seconde section transversale étant prise en un lieu espacé de la première section transversale de l'épaisseur du premier cordon; et répétition de l'étape de dépôt d'un second cordon en ure pluralité d'étapes de dépôt, chaque cordon successif étant déposé selon une forme, une position et une largeur par rapport au cordon déposé pralabl nt, oerrespcrdant à la section tasersale suivante de l'article prise en un lieu espacé de la section transversale préédente de l'épaisseur du oordon déposé

préalablement, jusqu'à ce que l'article soit entièrement réalisé.

2. Prcrédé selon la revendication 1, caractérisé en oe

que l'article est incurvé.

3. Procé selon la revendication 1, caractérisé en oe qu'au moins à un instant, des matériaux différents sont utilisés

pour des cordons successifs.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en oe

que l'article est une aube de oempresse.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie du cordon précédent est faodue au cours du dépôt du cordon suivant, afin de former une liaison souée- entre les deux cordons.

6. Procéd selon la revendication 1, caractérisé en oe

que l'étape de dépôt est accomplie par soudage laser.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en oe que l'angle de dépôt de chaque cordon sur le cordon precédent est constant.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en oe qu'un matériau utilisé pour les cordons est sélectionné à partir du groupe onstitue d'un alliage de titane, un alliage de nickel, un alliage de cobalt, un alliage de fer, une céramique ou une

matière plastique.

9. Article caractérisé en 'oe qu'il est préparé

cXXfornent au procédé selcn la revendication 1.

10. Proédé de fabrication d'un article caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: caractériser 1 'article par un ensemble de sections parallèles, chaque section ayant une forme et une position, et chaque section étant décalée par rapport aux sections adjacentes de l'épaisseur d'un cordon d'un matériau; et déposer une sucessicn de cordons du matériau se reouvrant l'un sur l'autre, chaque cordon ayant une forme et une position corresp ant à celle de la section orrespcante

déterminée dans l'étape de caractérisation.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de dépôt est aomanadée par un ordinateur, et en ce que la forme et la position de l'ensemble de sections parallèles déterminées au cours de l'étape de caractérisation sont

mnémorisées dans l'ordinateur.

12. Procédé selon la revendication 10, caractrise en

eos que l'article est doublement ix vé.

13. Proé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'au moins à un instant, des matériaux différents sont

utilisés pour des cordons suocessifs.

14. Proé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'article est une aube de compresseur reliée de façon

monobloc à un disque de compresseur.

15. Procdé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une partie du cordon pr'cdent est fondue au cours du dépôt du cordon suivant, pour former une liaison soudée entre les deux cordns.

16. Procédé selCon la revendication 10, caractérisé en

ce que l'étape de dépôt est obtenue par soudage laser.

17. Procdé selaon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un matériau utilisé dans les cordons est ' slectionnr parmi le groupe constitué d'un alliage de titane, un alliage de nickel,

un alliage de cobalt et un alliage de fer.

18. Article caractérisé en ce qu'il est préparé

oonformnment au procédé selon la revendication 10.

19. Procédé de fabrication d'une aube de compresseur qui fait partie intégrante d'un disque de compresseur, caractérisé en oe qu'il comprend les étapes suivantes: fournir un disque de compresseur présentant une surface de substrat à sa périphérie; déposer un premier cordon d'un matériau sur la surface de substrat, le cordcn ayant la forme et la position de la partie de l'aube de opresseur adjacente au disque de compresseur; et déposer une succession de cordons d'un matériau, chaque ordon rec uvrant le cordon déposé préalablement, et chaque ordon ayant la forme et la position de la partie orrespondante

de l'aube de compresseur.

20. Procédé selon la revendication 19, caractérise en ce qu'un matériau utilisé dans les aubes est sélectionnér parmi le groupe constitué d'un alliage de titane, un alliage de nickel, un

alliage de cobalt et un alliage de fer.

21. Procédé selon la revendication 19, caractérise en ce qu'une partie du cordon précédent est fondue au cours du dépôt du cordon suivant, pour former une liaison soudée entre les deux cardons.

22. Procédé selon la revendication 19, caractérise en

ce que l'étape de dépôt est acomnplie par soudage laser.

23. Article caractérisé en oe qu'il est préparé suivant

le prcédé selon la revendication 19.