FR2950079A1 - Dispositif de chauffage pour traitement thermique local - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de chauffage (10) pour traitement thermique local d'une pièce, ledit dispositif comprenant une enceinte (11) de chauffage équipée de moyens de chauffage (20) caractérisé en ce que le dispositif (10) comprend, en outre, des moyens d'injection (50) d'un fluide sur la pièce chauffée.

Description

La présente invention concerne les dispositifs de chauffage utilisés lors de traitements thermiques locaux. De nombreuses pièces sont conçues pour être installées en zone chaude de nacelle de turboréacteur et, notamment, dans la partie aval par laquelle sont 5 expulsés les gaz d'échappement. De telles pièces sont souvent fabriquées à partir de métaux ou d'alliages relativement chers, développés pour résister aux environnements à hautes températures tout en maintenant des propriétés nécessaires de résistance. On peut citer comme exemple de matériau, le titane et ses alliages. 10 En conséquence, lorsqu'une de ces pièces est endommagée pendant son assemblage ou en raison d'états de service par la fatigue thermique, la corrosion, l'érosion ou encore par collision avec d'autres objets, il est souhaitable de la réparer pour éviter les dépenses d'une nouvelle pièce. Ces opérations d'assemblage ou de réparation telles que le soudage ou 15 le brasage affecte les propriétés métallurgiques de la pièce. Des traitements thermiques de type revenu, trempe, vieillissement par exemple, sont alors mis en oeuvre pour restaurer les propriétés du métal, en particulier en zone affectée par la chaleur et, ainsi, stabiliser la microstructure et relâcher les contraintes résiduelles générées, lors des opérations d'assemblage et de réparation, 20 dans la pièce. Ces traitements thermiques sont réalisés localement et in situ grâce à un dispositif de chauffage adapté lorsque la pièce ne peut être chauffée dans les fours d'un atelier de par sa taille ou son installation en usage. A l'heure actuelle, l'atmosphère qui règne lors de ces traitements 25 thermiques locaux par un tel dispositif n'est pas ou très peu contrôlée. Or, celle-ci a une incidence sur les propriétés de surface de la pièce traitée. Des défauts peuvent ainsi résulter d'atmosphères inadaptées comme la contamination de la pièce traitée lors de la chauffe c'est-à-dire, par exemple, 30 l'oxydation, la nitruration de ladite pièce ou encore la diffusion inter et intragranulaire d'élements interstitiels de type carbone, hydrogène, oxygène ou azote. D'autre part, le fait de travailler avec une atmosphère incontrôlée peut présenter des risques tels que l'asphyxie par manque d'oxygène. En raison de ce qui précède, il est souhaitable de maîtriser l'atmosphère 35 lors d'un traitement thermique local réalisé par un dispositif de chauffage adapté pour protéger le matériau formant la pièce .

Par ailleurs, on constate des infiltrations d'air dans le dispositif de chauffage lors des traitements thermiques locaux engendrant des effets négatifs sur l'efficacité de ces derniers comme l'oxydation et, par conséquent, sur la restauration des propriétés recherchées de la pièce.

Ces infiltrations d'air fragilisent mécaniquement les pièces traitées thermiquement. Un but de la présente invention est de pallier les problèmes définis ci-dessus. Plus précisément, un but de la présente invention est de proposer un 10 dispositif de chauffage pour traitement thermique local dans lequel l'atmosphère dans laquelle se déroule le traitement thermique est maîtrisée. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de chauffage pour traitement thermique local dans lequel la protection contre la contamination des pièces traitées est optimale. 15 Un but de la présente invention est également de proposer un dispositif de chauffage pour traitement thermique local dans lequel les infiltrations d'air sont supprimées. Il est ainsi désirable d'offrir un dispositif de chauffage pour traitement thermique local présentant une grande efficacité de traitement résultant dans une 20 optimisation de l'état des pièces traitées thermiquement. Enfin, un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de chauffage pour traitement thermique local simple à mettre en oeuvre. A cet effet, l'invention propose un dispositif de chauffage pour un traitement thermique local d'une pièce, ledit dispositif comprenant une enceinte de 25 chauffage équipée de moyens de chauffage caractérisé en ce que le dispositif comprend, en outre, des moyens d'injection de fluide sur la pièce chauffée. Grace à la présente invention, l'atmosphère dans laquelle a lieu le traitement thermique est contrôlée et tous les problèmes liés à la contamination des pièces traitées thermiquement peuvent être résolus. 30 Selon des modes particuliers de réalisation de l'invention, le dispositif peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison techniquement possibles : - les moyens d'injection de fluide sont placés au sein de l'enceinte de 35 chauffage ou dans une enceinte de confinement distincte de l'enceinte de chauffage ; le fluide est un fluide de protection de la pièce traitée contre la contamination lors du chauffage ; le fluide est un gaz ou un mélange de gaz inertes ; - les moyens d'injection comprennent un diffuseur destiné à répandre 5 au travers de l'enceinte le fluide ; - le diffuseur est équipé d'une structure choisie dans un groupe comprenant des mousses, des feutres ou des structures perforées ; - le diffuseur est réalisé à partir d'un matériau choisi dans un groupe comprenant les matériaux métalliques ou céramiques ; 10 - le diffuseur est conçu pour résister à des températures allant jusqu'à 1000 °C ; - le dispositif comprend, en outre, des moyens d'étanchéité à la périphérie de l'enceinte afin de réaliser une surpression dans l'enceinte ; - les moyens d'étanchéité comprennent un joint haute température 15 et/ou une série de feuillards souples et/ou un ou plusieurs peignes rigides répartis sur la périphérie de l'enceinte ou du scotch haute température ; - l'enceinte est souple de sorte qu'elle se conforme à la forme de la pièce traitée thermiquement ; - le dispositif comprend des moyens de guidage aptes à coopérer 20 avec des moyens complémentaires montés sur la pièce à traiter pour le déplacer.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, selon des modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, et faite en référence aux dessins 25 annexés sur lesquels : - La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de chauffage pour traitement thermique local selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; Les figures 2.a et 2.b sont des vues en perspective, respectivement 30 de la face interne et de la face externe du dispositif de chauffage de la figure 1, installé sur une pièce d'échappement moteur à traiter thermiquement ; - La figure 3 est une vue de dessus du dispositif de chauffage pour traitement thermique local de la figure 1 ; - La figure 4 est une représentation schématique d'un dispositif de 35 chauffage pour traitement thermique local selon un second mode de réalisation de la présente invention.

En référence à la figure 1, on observe un dispositif de chauffage 10 destiné à être utilisé pour réaliser des traitements thermiques locaux sur des zones de pièces affectées thermiquement suite à une opération d'assemblage ou de réparation de type soudage ou brasage, par exemple. Ces traitements thermiques locaux sont destinés à réduire, notamment, les contraintes résiduelles et restaurer la microstructure et les propriétés du joint et du matériau dans ces zones. Un tel dispositif de chauffage 10 permet d'intervenir localement et in situ. 10 Par conséquent, il permet de limiter les déformations de la pièce traitée ou de ne pas devoir démonter les éléments constituant la structure de la pièce. Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif 10 comprend une enceinte 11 destinée à concentrer la chaleur du dispositif 10 sur une partie de la surface de la pièce A destinée à subir le traitement thermique pour l'amener à la 15 température du traitement thermique prévue tout en évitant le chauffage des parties adjacentes. Cette enceinte 11, de forme rectangulaire, est souple et, ainsi, apte à s'adapter au moins en partie à la surface de la pièce A traitée. De préférence, cette enceinte 11 est formée de feuillards ou tôles fines 20 souples susceptibles de résister à des températures de traitement thermique de l'ordre de 600 à 1000°C. Le matériau formant l'enceinte 11 est, de préférence, un matériau métallique. On peut citer, comme exemples non limitatifs, les aciers inoxydables ou les alliages à base nickel. 25 Cette enceinte 11 est équipée de moyens de chauffage 20 pouvant être formés, par exemple, d'une pluralité d'éléments chauffants 20 de type résistances chauffantes commandées électriquement. Ces élements chauffants 20 sont répartis de façon à garantir une homogénéité de température durant les différentes phases du cycle du traitement 30 thermique. De plus, leur nombre et leur positionnement sont déterminés de sorte que le gradient thermique est limité dans la zone de la pièce A traitée thermiquement. Par ailleurs, il est nécessaire de piloter et contrôler la température à laquelle est soumise la pièce A durant le traitement thermique. 35 Pour cela, des moyens 30 contrôlant la température de traitement peuvent être placés dans l'enceinte 11.

Dans un mode de réalisation de la présente invention, ces moyens comprennent des thermocouples 31 reposant en surface de la pièce A traitée, en plusieurs endroits. Le dispositif 10 comprend, par ailleurs, un élément calorifuge 40 situé sur 5 l'enceinte 11 du coté opposé aux éléments de chauffage 20. Cet élément calorifuge 40 peut se présenter sous la forme d'une cloison qui permet d'isoler l'enceinte de chauffe protectrice de l'extérieur, limitant ainsi les pertes calorifuges du dispositif 10. Elle permet également que l'opérateur ne se brûle pas sur la paroi 10 extérieure de l'enceinte 11. Cette cloison peut être constituée, par exemple, de fibres minérales. Le fait qu'elle soit isolée des éléments de chauffage 20 offre la possibilité d'utiliser des éléments calorifuges 40 poreux, susceptibles de contenir de l'air en leur sein. 15 En effet, cet air qui serait défavorable à la qualité du traitement thermique qui doit se faire sous atmosphère protectrice ne l'est plus lorsque les éléments de chauffage 20 et la cloison calorifuge sont isolés les uns des autres. On peut citer, comme exemples non limitatifs de matériaux pour réaliser cette cloison, l' inox ou les alliages à base Nickel. 20 Concernant la contamination gazeuse évoquée, tout traitement thermique réalisé avec ce dispositif 10 s'effectue sous atmosphère inerte afin de garantir une protection contre la contamination de la pièce A lors du traitement. Ainsi, selon l'invention, dans un premier mode de réalisation de la présente invention, le dispositif 10 intègre, dans l'enceinte 11, des moyens d'injection 25 50 de fluide. Ces moyens 50 comprennent une extrémité d'alimentation 51 disposée à l'extérieur de l'enceinte 11 et une extrémité de distribution 52 de fluide logée à l'intérieur de l'enceinte 11. De préférence, le fluide est un gaz de protection de la pièce traitée contre 30 la contamination lors du chauffage. Il peut être de type Argon, Hélium ou un mélange des deux. Ceci offre l'avantage de contrôler l'atmosphère dans laquelle a lieu le traitement thermique et d'éviter efficacement toute contamination sur l'ensemble de la surface de la pièce traitée thermiquement, de type oxydation, nitruration ou diffusion 35 inter et intra granulaire d'éléments interstitiels, par exemple.

Par ailleurs, le débit de gaz entrant dans l'enceinte 11 par les moyens d'injection 50 doit être contrôlé et optimisé de sorte qu'une légère surpression soit garantie dans l'enceinte 11 tout en évitant une aspiration d'air froid causée par les turbulences d'un fort écoulement de gaz dans l'enceinte 11.

Cette surpression est notamment nécessaire pour évacuer les gaz présents lors du chauffage hors de l'enceinte 11 comme on le verra, plus précisément, plus loin. Ainsi, selon l'invention, les moyens d'injection 50 comprennent, à leur extrémité de distribution 52, un diffuseur 53 c'est-à-dire un élément destiné à disperser et répandre au travers de l'enceinte 11 le flux unidirectionnel de gaz entrant. Tel qu'illustré sur la figure 3 dans un exemple non limitatif de la présente invention, ce diffuseur 53 est placé sur la périphérie interne de l'enceinte 11, le long d'un ou plusieurs bors de cette dernière. Une structure tubulaire d'alimentation 52' relie l'extrémité de distribution 15 52 au diffuseur 53. Le diffuseur 53 présente une forme et des dimensions adaptées pour répartir, de façon homogène, sur une large surface d'échange le flux de gaz entrant dans l'enceinte 11 avec un faible débit. Dans un exemple non limitatif de la présente invention, il présente une 20 forme et des dimensions adaptées pour être logé au plus juste dans la concavité de l'enceinte 11. Le flux unidirectionnel de gaz entrant étant brisé par un tel diffuseur 53, aucune turbulence liée à l'introduction du gaz dans l'enceinte 11 n'est créée, ce qui permet d'éviter une aspiration d'air par effet venturi lors d'un traitement thermique 25 avec le dispositif 10. Ce diffuseur 53 peut se présenter sous forme de mousse, de feutre ou d'une ou plusieurs structures tubulaires perforées. Il peut être réalisé à partir d'un matériau choisi dans un groupe comprenant les matériaux métalliques ou céramiques disponibles sur le marché. 30 On prévoit notamment qu'il soit formé dans un matériau pouvant résister à des températures de traitement thermique jusqu'à 1000°C et, le plus souvent, entre 600 et 850°C. Un matériau particulièrement adapté pourrait être un acier inoxydable ou un alliage à base nickel.

Par ailleurs, des moyens d'étanchéité 60 sont disposés sur la circonférence de l'enceinte 11, ceci afin de garantir une certaine herméticité de l'enceinte 11 malgré la forme de la pièce A sur laquelle elle repose en opération. Ainsi, les moyens d'étanchéité 60 sont, de préférence, souples pour absorber les évolutions de profils de la pièce A. De préférence, ce sont des joints d'étanchéité formés de produits disponibles sur le marché de type Packing AutoclaviteTM ou des feuillards positionnés de façon à limiter les fuites entre le joint formé et la pièce A. On peut également utiliser un scotch haute température de type 10 Permacel, par exemple, pour améliorer localement l'étanchéité. Concernant les feuillards, plusieurs agencements peuvent être prévus. Ainsi, une variante de réalisation peut prévoir des feuillards souples adoptant le profil exact de la pièce A et/ou des doigts plus rigides formant un ou plusieurs peignes en quinconce. 15 Les moyens d'étanchéité 60 sont adaptés pour résister à hautes températures. Le matériau formant ces moyens d'étanchéité 60 peut être tout type de matériau résistant à haute température. De façon non limitative, le matériau peut être choisi parmi les aciers 20 inoxydables, les alliages à base nickel ou de titane. Dans tous les cas, une étanchéité parfaite n'est pas assurée. En effet, la légère fuite au niveau des moyens d'étanchéité 60 permet d'évacuer le gaz de protection qui alimente l'enceinte 11 grâce aux moyens d'injection 50. 25 Il est à noter qu'une variante de réalisation peut prévoir de contrôler la localisation de cette fuite en créant des ouvertures dans des zones préférentielles des moyens d'étanchéité 60. Cette circulation légère dans la zone de contact entre les moyens d'étanchéité 60 et la pièce A impose une circulation de l'intérieur vers l'extérieur de 30 l'enceinte 11. Cette surpression participe à supprimer les infiltrations d'air au niveau des moyens d'étanchéité 60 du dispositif 10. Une variante de réalisation de la présente invention propose des moyens complémentaires de protection contre la contamination de la pièce A traitée. Ces moyens comprennent une barrière contre la contamination destinée 35 à être déposée à la surface de la pièce traitée avant le cycle de traitement thermique par des moyens appropriés.

Cette barrière limite, avantageusement, l'exposition de la surface de la pièce A à l'environnement extérieur durant le traitement thermique et participe donc à limiter le débit en gaz dans l'enceinte 11 du dispositif 10.. En effet, la barrière permet de limiter la diffusion d'éléments contaminants 5 sur la pièce A. Ainsi, avec la présence d'une telle barrière, on peut travailler sous une atmosphère un peu mois protectrice donc avec moins de protection gazeuse tout en conservant une même qualité de traitement final. On peut citer comme exemples non limitatifs de barrière contre la 10 contamination dans le cas d'une pièce en titane ou alliage de titane par exemple, le dépôt par pinceau de poudre à base minérale ou des moyens de pulvérisation à l'aide d'un liant volatile intégrés ou non dans le dispositif 10. Dans le cas de la pièce en titane ou alliage de titane, la barrière doit résister à de hautes températures allant jusqu'à 850°C. 15 Un second mode de réalisation de la présente invention est illustré sur la figure 4. Dans ce mode de réalisation, le dispositif 10 est similaire à celui décrit par les figures 1 à 3 à la différence que les moyens d'injection de fluide 50 sont placés dans une enceinte 90 distincte de l'enceinte de chauffe 11. 20 Plus précisément, cette enceinte dite de confinement 90 comprend une tôle martyre 91 placée entre l'enceinte de chauffe 11 et la pièce A traitée, sur laquelle repose l'enceinte de chauffe 11 décrite précédemment. Un espace libre entre la pièce traitée A et la tôle martyre 91 crée l'enceinte de confinement 90 dans laquelle va être diffusée le fluide. 25 La tole martyre 91 repose sur sa périphérie sur des moyens adaptés placés sur la pièce traitée A. Avantageusement, l'enceinte de confinement 90 est rendue hermétique. Ainsi, des moyens d'étanchéité 100 sont disposés sur la circonférence de l'enceinte de confinement 90, ceci afin de garantir son herméticité malgré la forme de 30 la pièce A sur laquelle elle repose en opération. On peut citer ainsi l'utilisation de scotch haute température pour assurer l'étanchéité de l'enceinte 90. Une ouverture 92 à une extrémité périphérique de la tôle 91 est destinée à alimenter et diffuser, grâce à un diffuseur 94 placé en vis-à-vis de cette ouverture 35 92, le gaz de protection au travers de l'enceinte 90 de façon homogène tandis qu'une seconde ouverture 93 est prévue pour assurer l'évacuation du gaz de protection et des gaz contaminant lors du chauffage de la pièce A. Comme précédemment la diffusion de gaz de protection est réalisée sur la périphérie de l'enceinte de confinement 90 et, plus précisément, la circulation de de gaz de protection est assurée par surpression d'un bord périphérique de l'enceinte 90 vers le bord opposé de l'enceinte 90. Avantageusement, on diffuse sur une large surface d'échange le gaz de protection et on contrôle l'atmosphère dans laquelle a lieu le traitement thermique. Comme précédemment, on évite toute contamination sur l'ensemble de la surface de la pièce A traitée thermiquement. Par ailleurs, dans la mesure où le traitement thermique est local, le dispositif 10 est apte à se déplacer en diverses positions sur la pièce A traitée. Ainsi, comme illustré dans les figures 2a et 2b, le dispositif 10 comprend des moyens de guidage 70 destinés à coopérer avec des moyens complémentaires 80 fixés sur la pièce A pour assurer son déplacement. Tel qu'illustré sur la figure 2b, dans un exemple non limitatif, un ou plusieurs galets 71 portés par le dispositif 10 sont montés coulissants dans un ou plusieurs rails de guidage 81 portés par une structure 82 de forme complémentaire à la pièce A et fixée sur cette dernière.

Il est à noter que tout autre moyen de guidage complémentaire connu peut être utilisé. Le déplacement du dispositif mobile 10 peut être commandé manuellement ou via une chaine cinématique d'actionnement particulière, par un système électrique adapté et contrôlé par un calculateur ou par tout moyen connu de l'homme du métier.

Le mode de fonctionnement des avantages du dispositif 10 qui vient d'être décrit résulte directement des explications qui précèdent. En premier lieu, le dispositif 10 selon l'invention est fixée soit sur la pièce 30 A destinée à recevoir un traitement thermique local soit sur la structure de guidage associée 82. La concavité de l'enceinte 11 est dirigée en vis-à-vis de la zone de la pièce A à traiter et l'enceinte 11 s'adapte à la forme de la surface de la pièce. Lors d'un cycle thermique, une purge de gaz est d'abord effectuée avant 35 toute montée en température.

Pour ce faire, un flux de gaz unidirectionnel arrive dans l'enceinte 11 par l'extrémité d'alimentation 51 des moyens d'injection 50 de fluide et traverse le diffuseur 53 qui répartit le flux au travers de l'enceinte 11 de manière uniforme. Une légère surpression est maintenue dans l'enceinte 11 de sorte qu'aucune aspiration d'air n'a lieu lors du cycle de traitement thermique de la pièce A. Les éléments de chauffage 20 sont ensuite commandés et pilotés en fonction de la température lue sur la pièce A via le thermocouple. Le cycle de traitement thermique étant terminé sur une première zone de la pièce A, le déplacement du dispositif 10 est commandé dans une zone adjacente ou non de la pièce A afin de réaliser un nouveau cycle de traitement ou le dispositif 10 est retiré. L'homme de l'art appréciera, par rapport aux dispositifs de chauffage pour traitement thermique local connus, un dispositif à la fois simple et efficace, offrant la possibilité de prévenir tout défaut, tel que la contamination de la surface de la pièce, lié à des atmosphères de traitement thermique inadaptées. Bien évidemment, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation de ce dispositif décrites ci-dessus à titre d'exemples mais elle embrasse au contraire toutes les variantes possibles.20

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage (10) pour traitement thermique local d'une pièce, ledit dispositif comprenant une enceinte (11) de chauffage équipée de moyens de chauffage (20) caractérisé en ce que le dispositif (10) comprend, en outre, des moyens d'injection (50) d'un fluide sur la pièce chauffée.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les 10 moyens d'injection de fluide sont placés au sein de l'enceinte de chauffage (11) ou dans une enceinte de confinement (90) distincte de l'enceinte de chauffage (11).
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que le fluide est un fluide de protection de la pièce traitée contre la contamination lors 15 du chauffage.
4. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le fluide est un gaz ou un mélange de gaz inertes. 20
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les moyens d'injection (50) du fluide comprennent, à une extrémité, un diffuseur (53) destiné à répandre au travers de l'enceinte (11) le fluide.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le 25 diffuseur (53) comprend une structure choisie dans un groupe comprenant des mousses, des feutres ou des structures perforées.
7. 7. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le diffuseur (53) est réalisé à partir d'un matériau choisi dans un groupe comprenant les 30 matériaux métalliques ou céramiques.
8. 8. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le diffuseur (53) est conçu pour résister à des températures allant jusqu'à 1000 °C. 35
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des moyens d'étanchéité (60) à la périphérie de l'enceinte afin de réaliser une surpression dans l'enceinte (11). 510
10. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (60) comprennent un joint haute température et/ou une série de feuillards souples et/ou un ou plusieurs peignes rigides répartis sur la périphérie de l'enceinte (11) ou du scotch haute température
11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que l'enceinte (11) est souple de sorte qu'elle se conforme à la forme de la pièce traitée thermiquement.
12. 12. Dispositif selon l'une des revendications là 11 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de guidage (70) aptes à coopérer avec des moyens complémentaires (80) montés sur la pièce à traiter pour le déplacer. 15