FR2995037A1

FR2995037A1 - Collage d'un element intermediaire de fixation rapporte sur une piece de turbomachine

Info

Publication number: FR2995037A1
Application number: FR1258144A
Authority: FR
Inventors: Emilie Lesizza; Bras Luc Le; Dominique Magnaudeix
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-07
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: FR2995037B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication (100) d'une pièce de turbomachine, notamment d'une aube de soufflante d'une turbomachine, l'aube (1) comprenant une partie sur laquelle est rapporté au moins un élément intermédiaire de fabrication (20), le procédé (100) étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - appliquer (110) de la colle entre l'élément intermédiaire de fabrication (20) et la partie, - positionner (120) l'élément intermédiaire de fabrication (20) sur la partie, et - effectuer localement un traitement thermique (130) de la colle à une température et une pression données de manière à polymériser la colle et fixer l'élément intermédiaire de fabrication (20) sur la partie.

Description

L'invention concerne de manière générale le domaine des turbomachines, et plus particulièrement celui de la fabrication de pièces de la turbomachine nécessitant le collage d'un élément intermédiaire de fabrication rapporté.

La pièce de la turbomachine peut notamment être une aube de soufflante, en matériau composite ou métallique, les éléments intermédiaires de fabrication étant alors par exemple un renfort structurel de bord d'attaque, un film de protection de la paroi d'intrados, ou encore un film anti-usure.

Une aube de soufflante (ou fan en anglais) d'une turbomachine comporte une surface aérodynamique (ou pale) présentant une direction principale s'étendant selon un axe longitudinal entre un pied d'aube et une tête d'aube. La pale présente un bord d'attaque disposé en regard de l'écoulement des gaz chauds issus d'une chambre de combustion de la turbomachine, ainsi qu'un bord de fuite opposé au bord d'attaque et des parois latérales d'intrados et d'extrados qui relient le bord d'attaque au bord de fuite. Une aube 1 conforme à l'art antérieur est illustrée en figure 1. Le bord d'attaque 12 d'une aube 1 correspond à la partie antérieure d'un profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement d'air d'intrados et en un écoulement d'air extrados. Le bord de fuite 14 quant à lui correspond à la partie postérieure d'un profil aérodynamique où se rejoignent les écoulements intrados et extrados. Les aubes de turbomachine, et notamment les aubes de soufflante, subissent d'importantes contraintes mécaniques thermiques, liées notamment à leur vitesse de rotation, et doivent satisfaire à des conditions strictes de poids et d'encombrement. Il a donc été proposé d'utiliser des aubes en matériaux composites, qui sont plus légères et qui ont une meilleure tenue à la chaleur. Il est connu d'équiper les aubes de soufflante d'une turbomachine, réalisées en matériaux composites, d'éléments ou pièces intermédiaires de fabrication adaptées pour protéger l'aube lors du fonctionnement de la soufflante. Ainsi, par exemple, l'aube peut être équipée d'un renfort structurel métallique 20 s'étendant sur toute la hauteur de la pale 10 de l'aube 1 et au-5 delà de son bord d'attaque 12, comme mentionné dans le document EP 1 908 919. Un tel renfort structurel 20 permet en effet de protéger l'aubage composite lors d'un impact d'un corps étranger sur la soufflante, tel que par exemple un oiseau, de la grêle ou encore des cailloux. En particulier, le renfort structurel 20 métallique protège le bord d'attaque 12 de l'aube 10 composite en évitant des risques de délaminage, de rupture de fibre ou encore d'endommagement par décohésion fibre/matrice. Le renfort structurel 20 épouse alors la forme du bord d'attaque 12 de la pale de l'aube et s'étend en direction du bord de fuite 14 de manière à épouser le profil des parois d'intrados 16 et d'extrados 18 de l'aube, entre le 15 pied et le sommet de l'aube. De façon connue, le renfort structurel 20 peut être une pièce métallique, notamment en titane, et est généralement réalisée par formage. Par ailleurs, afin de protéger la paroi latérale d'intrados contre l'érosion due au flux d'air entrant dans la soufflante, l'aube peut également 20 être équipée d'un film de protection, généralement en matériau synthétique (tel que du polyuréthane) s'étendant sur toute la surface de la paroi d'intrados, jusqu'au renforcement structurel du bord d'attaque. Enfin, d'autres éléments intermédiaires de fabrication peuvent être des films anti-usure fixés au niveau de l'interface entre l'aube avec notamment la 25 plateforme inter-aube correspondante ou encore le disque. Ces éléments intermédiaires et la pale 10 de l'aube 1 peuvent être réalisés séparément. Les éléments intermédiaires sont alors rapportés sur l'aube et maintenus en position sur celle-ci à l'aide notamment de rubans adhésifs, avant d'être fixés par collage. Pour cela, on place l'ensemble formé 30 de l'aube et des éléments intermédiaires sur un support 34 tel que présenté par exemple dans le document FR1254479, puis on introduit l'ensemble dans une bâche à vide en forme de sac fermé, qui est mis sous vide à une pression comprise entre 0.1 et 0.9 bars et placé dans un autoclave. Le cycle de collage est alors réalisé dans l'autoclave, par exemple à une pression isostatique de 3 à 5 bars et à une température de l'ordre de 150°C pendant environ 2h. Le cycle de collage choisi permet de polymériser l'ensemble des adhésifs utilisés en une étape, sécurisant ainsi les différents éléments intermédiaires de fabrication à l'aube de manière rapide et efficace. Néanmoins, lorsque l'aube est en matériau composite, la qualité de la résine peut être dégradée par ce traitement thermique de polymérisation et l'aube peut se déformer, car la température nécessaire pour la polymérisation est proche de la température de transition vitreuse de la résine du matériau composite. D'autre part, les différents éléments intermédiaires de fabrication étant 15 réalisés dans des matériaux différents et soumis à des contraintes différentes, des colles distinctes pour chaque élément sont aujourd'hui utilisées. Or ces colles ont des températures de polymérisation différentes, et la température choisie pour le cycle dans l'autoclave correspond à la température la plus élevée. Étant donné le volume interne important de 20 l'autoclave, le temps à la montée en température et en pression de l'autoclave est d'environ cinquante minutes, ce qui génère un coût énergétique important et une perte de temps non négligeables dans le cadre d'une fabrication à grande échelle et va à l'encontre des économies d'énergies qui sont de nos jours souhaitables. Par ailleurs, au cours du 25 collage, il est possible que l'un des éléments intermédiaires ne soit pas collé convenablement, ce qui entraine le rebut de l'aube dans son intégralité. Un objectif de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'une pièce, notamment d'une aube de soufflante d'une 30 turbomachine pouvant être en matériau composite, permettant d'obtenir une pièce de bonne qualité sur laquelle des éléments de fabrication intermédiaire Un objectif de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'une pièce au cours duquel on rapport au moins un élément intermédiaire de fabrication, de coût et de durée limités en comparaison avec les procédés conventionnels, et qui permette en outre de réduire les déformations de la pièce et de minimiser la dégradation du matériau constitutif de la pièce. La pièce peut notamment être une aube de soufflante d'une turbomachine pouvant être en matériau composite, sur laquelle sont rapportés des éléments intermédiaires de fabrication. Pour cela, l'invention propose un procédé de fabrication d'une pièce de turbomachine, notamment d'une aube de soufflante d'une turbomachine, la pièce comprenant une partie sur laquelle est rapporté au moins un 15 élément intermédiaire de fabrication, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - appliquer de la colle entre l'élément intermédiaire de fabrication et la partie, - positionner l'élément intermédiaire de fabrication sur la partie, et 20 - effectuer localement un traitement thermique de la colle à une température et une pression données de manière à polymériser la colle et fixer l'élément intermédiaire de fabrication sur la partie. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention 25 apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : La figure 1 illustre un exemple d'aube pour soufflante, La figure 2 est un exemple d'élément chauffant pouvant être utilisé 30 pour le collage d'un bord d'attaque sur une aube de soufflante, La figure 3 est un organigramme représentant les différentes étapes d'un exemple de réalisation du procédé de fabrication d'une pièce conforme à l'invention.

Une aube 1 pouvant faire l'objet du procédé de fabrication selon l'invention est illustrée sur la figure 1. Il s'agit ici d'une aube mobile de soufflante d'une turbomachine. L'aube de soufflante comporte une surface aérodynamique (ou pale) 10 présentant une direction principale X s'étendant selon un axe longitudinal entre un pied d'aube 2 et une tête d'aube 3. La pale 10 présente un bord d'attaque 12 disposé en regard de l'écoulement des gaz chauds issus d'une chambre de combustion de la turbomachine, ainsi qu'un bord de fuite 14 opposé au bord d'attaque, et des parois latérales intrados 16 et extrados 17 qui relient le bord d'attaque 12 au bord de fuite 14. Seule la face d'extrados est représentée sur la figure 1. L'aube 1 peut être une aube composite, obtenue par exemple par mise en forme d'une texture fibreuse tissée. À titre d'exemple, le matériau composite utilisé peut être composé par un assemblage de fibres de carbone tissées et d'une matrice résineuse, l'ensemble étant formé par moulage au zo moyen d'un procédé d'injection sous vide de résine du type RTM (pour Resin Transfer Moulding), ou encore VARRTM (pour Vacuum Resin Transfer Molding). L'aube 1 comporte un ou plusieurs éléments intermédiaires de fabrication, adaptés pour protéger l'aube au cours de son utilisation dans la 25 soufflante. Ainsi, l'aube comprend notamment un renfort structurel 22, un film de protection 24 de sa paroi latérale d'intrados 16, des films de protection 26 contre le frottement (connus également sous le nom de « wear-strips » en anglais, ou films anti-usure). 30 Le renfort structurel 22 peut être collé au niveau du bord d'attaque 12 qui s'étend sur toute la hauteur de la pale 10 de l'aube et au-delà de son bord d'attaque 12. Il épouse la forme du bord d'attaque 12 de la pale de l'aube qu'il prolonge pour former un nouveau bord d'attaque, dit bord d'attaque du renfort. Pour cela, le renfort structurel 22 peut être une pièce monobloc comprenant une section sensiblement en forme de V, présentant une base formant le bord d'attaque et prolongée par deux ailettes latérales épousant respectivement les parois d'intrados 16 et d'extrados 18 de la pale 10 de l'aube. Le renfort structurel 22 de l'aube est métallique, et réalisé par exemple en titane. Le film de protection 24 de la paroi latérale d'intrados 16 est réalisé généralement dans un matériau synthétique du type polyuréthane, et permet de protéger la paroi latérale d'intrados de l'érosion provoquée par le flux d'air traversant la soufflante. Le film de protection 24 est collé sur la surface de la paroi d'intrados 16 et s'étend jusque sous le renfort structurel 22, afin de limiter les risques de délaminage du film 24. 15 Les films anti-usure 26 quant à eux sont généralement au nombre de trois, l'un étant disposé au niveau de l'interface entre le film de protection 24 de la paroi latérale 16 et la plateforme inter-aubes correspondante (non illustrée sur les figures), et les deux autres (non illustrés sur les figures) étant fixés sur les portées du pied d'aube 2, à l'interface avec le disque 20 correspondant. Les films anti-usure 26 sont généralement réalisés en tissu pré-imprégné de fibres comprenant du téflon. Le collage des différents éléments de fabrication intermédiaire 20 est réalisé séparément, au moyen d'éléments chauffants 30 adaptés pour coller 25 individuellement chaque élément intermédiaire 20 sur l'aube 1 dont on représente un exemple de réalisation sur la figure 2. Ces éléments chauffants 30 peuvent donc être adaptés spécifiquement à l'élément intermédiaire 20 24 26 qu'ils collent sur l'aube 1, en particulier à sa géométrie, la température de polymérisation du film de 30 colle utilisé ainsi que la pression et la durée requises pour le collage de l'élément.

De la sorte, seules les parties de l'aube sur lesquelles un élément intermédiaire 20 doit être collé sont chauffées, limitant ainsi les zones de l'aube 1 susceptibles d'être affectées thermiquement par le traitement de polymérisation. Par ailleurs, la mise en oeuvre d'éléments chauffants 30 individuels localisés permet d'appliquer localement des températures différentes aux différents éléments intermédiaires 20, et d'adapter par conséquent la température appliquée au type de colle utilisée, ce qui, en plus de réduire les coûts énergétiques nécessaires pour polymériser la colle, améliore la qualité du collage de chaque élément intermédiaire 20 et permet de réduire la température appliquée par chaque élément chauffant 30 lorsque cela est possible en comparaison avec l'unique température de consigne utilisée dans l'art antérieur avec un autoclave. Par ailleurs, les éléments chauffants 30 ayant un volume interne adapté à celui de l'élément intermédiaire 20 à coller et donc réduit par 15 rapport à celui de l'autoclave nécessaire dans l'art antérieur, la durée de la montée en température et en pression de chaque élément chauffant 30 est plus courte, réduisant également le coût global du procédé de fabrication de l'aube. De plus, le collage séparé des différents éléments permet limiter le 20 nombre de rebuts. En effet, le collage est mieux maîtrisé au niveau de chaque élément intermédiaire 20 dans la mesure où la température, la durée et la pression sont adaptée à l'élément 20 et à la colle utilisée. Par ailleurs, plutôt que de rebuter toute l'aube 1 en cas de problème de collage de l'un des éléments 20, si l'aube n'est pas endommagée, il est possible de décoller 25 l'élément pour lequel le collage n'est pas optimal puis de le recoller en utilisant son élément chauffant (en particulier dans le cas des films antiusure 26), le reste de l'aube 1 restant intact. Il n'est en effet plus nécessaire de remettre l'intégralité de l'aube 1 dans un autoclave pour refaire l'un seulement des collages. 30 Le procédé de fabrication de l'aube 1 peut alors être réalisé conformément aux étapes de fabrication suivantes représentées sur la figure 3: - appliquer 110 de la colle sur l'élément intermédiaire 20 et/ou la partie de l'aube 1 sur laquelle l'élément doit être collé. La colle est par exemple une colle époxy ou une colle phénolique. Elle peut être fluide, en pâte ou sous forme d'un film supporté ou non supporté. Le collage peut par exemple être réalisé à une température de 150°C pendant une durée de 3 heures, à une température de 120°C pendant une durée de 90 minutes ou à une température de 65°C pendant une durée de 1 heure, - positionner 120 l'élément intermédiaire 20 sur l'aube 1, puis (étape 124) un élément chauffant adapté sur l'élément intermédiaire 20, - fixer 126 l'élément chauffant sur l'élément intermédiaire, de manière à le maintenir en position sur l'aube 1 lors de l'étape de polymérisation de la colle, - polymériser 130 la colle, en appliquant un traitement thermique localement sur l'aube de manière à limiter l'étendue de la zone affectée thermiquement de l'aube. Le traitement thermique 130 est de préférence spécifique (en température, pression et durée) au type de colle et d'élément intermédiaire qui est fixé sur l'aube, et n'est appliqué qu'à la zone de l'aube 1 sur laquelle l'élément intermédiaire doit être fixé, - à la fin du traitement de polymérisation, retirer 160 l'élément chauffant. Les éléments chauffants 30 peuvent être indépendants les uns des autres, et placés séparément avec l'élément 20 et la colle correspondantes sur l'aube 1 afin de polymériser 130 la colle dans les conditions adaptées à la colle en question. Les éléments intermédiaires 20 peuvent alors être collés simultanément, dans la mesure où ils sont séparés et que leur collage par leurs éléments chauffants respectifs n'interfère pas, ou de manière alternative successivement, les uns après les autres.

En variante, les éléments chauffants 30 peuvent être solidaires et former un dispositif de collage unique comprenant un support d'aube 34 formant un contre-moule de ladite aube 1, sur lequel l'aube 1 est disposée, une contre-forme supérieure munie des éléments chauffants individuels 30 adaptée pour être positionnée sur l'aube 1 et des moyens d'accrochage de la contre-forme sur le support d'aube 34. Chaque élément chauffant 30 peut être piloté indépendamment des autres par une unique centrale d'acquisition. Les cycles de polymérisation peuvent alors être appliqués localement à chaque élément intermédiaire 20 sur l'aube 1 à des températures et pressions et pendant la durée adaptées au type de colle utilisée pour chaque élément 20. Ainsi, lorsque le cycle de collage de l'un des éléments 20 est 10 plus court que celui des autres éléments 20, l'élément chauffant 30 se dégage dudit élément dès la fin de son cycle de collage et avant la fin du cycle de collage des autre éléments 20, la contre-forme n'étant décrochée du support 34 que lorsque l'ensemble des cycles de collage sont achevés. Chaque élément chauffant 30 peut être de forme et de dimensions 15 adaptées à l'élément 20 qu'il est susceptible de fixer sur l'aube 1, et comprend des moyens d'accrochage sur l'élément 20, l'aube 1 et/ou le support d'aube 34 permettant de maintenir l'élément 20 en position sur l'aube 1 au cours du cycle de polymérisation. Par exemple, l'élément chauffant 30 adapté pour coller le renfort structurel 22 du bord d'attaque, 20 l'élément chauffant 30 peut comprendre deux parois latérales adaptées pour venir en regard des ailettes 26, 28 du renfort structurel 22 formant des mâchoires. Ces mâchoires permettent en outre d'appliquer au renfort structurel 22 la pression adéquate pour son collage sur l'aube 1. Afin de polymériser la colle, les éléments chauffants 30 comprennent 25 des moyens chauffants 32, qui peuvent être des inducteurs pour chauffer l'élément intermédiaire par induction et faire fondre la colle, une résistance chauffante, ou encore une nappe en silicone munie d'un circuit électrique. Le choix des moyens chauffants dépend du type de colle utilisé, de sa vitesse de polymérisation et du matériau de l'élément intermédiaire 20 qui est collé.

La présente description a été réalisée vis-à-vis d'une application particulière pour la réalisation d'une aube 1. On comprend bien que le procédé décrit s'applique plus généralement à une pièce comprenant une partie sur laquelle est rapporté au moins un élément intermédiaire, le procédé permettant de réaliser la fixation de l'élément intermédiaire sur la pièce. Dans l'exemple décrit, la pièce est l'aube 1, et la partie sur laquelle est rapporté au moins un élément intermédiaire est la pale 10. Ce procédé trouve une application particulière pour la réalisation de différents composants de turbomachines, notamment les aubes, les plateformes, les cales, les carter et les ailettes de redressement de flux d'air.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication (100) d'une pièce de turbomachine comprenant une partie (10) sur laquelle est rapporté au moins un élément intermédiaire de fabrication (20), le procédé (100) étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - appliquer (110) de la colle (40) entre l'élément intermédiaire de fabrication (20) et la partie (10), - positionner (120) l'élément intermédiaire de fabrication (20) sur la partie (10), et - effectuer localement un traitement thermique (130) de la colle (40) à une température et une pression données de manière à polymériser la colle (40) et fixer l'élément intermédiaire de fabrication (20) sur la partie (10).
2. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 1, dans lequel le traitement thermique local (124) est réalisé au moyen d'un élément chauffant appliqué localement (124) sur l'élément intermédiaire de fabrication (20) et la partie (10).
3. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 2, dans lequel l'élément chauffant (30) est de forme et de dimensions correspondantes à celles de l'élément intermédiaire de fabrication (20) à coller.
4. Procédé de fabrication (100) selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel l'élément chauffant (30) comprend des mâchoires d'accrochage à l'élément intermédiaire de fabrication (20) et/ou à la partie (10).
5. Procédé de fabrication (100) selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel l'élément chauffant (30) maintient l'élément intermédiaire de fabrication (20, 24 26) en position sur la partie (10) au cours de l'étape (130) de polymérisation de la colle.
6. Procédé de fabrication (100) selon l'une des revendications 2 à 5, 5 dans lequel on colle au moins deux éléments intermédiaires de fabrication (20) sur la partie (10), en effectuant localement un traitement thermique (130) de la colle au niveau de chaque élément intermédiaire de fabrication (20) à une température et une pression adaptées au type de colle utilisé.
7. Procédé de fabrication (100) selon la revendication 6, dans lequel les deux éléments intermédiaires de fabrication (20) sont fixés simultanément.
8. Procédé de fabrication (100) selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel les éléments chauffants (30) sont montés sur un support commun.
9. Procédé de fabrication (100) selon l'une des revendications 1 à 8, 20 dans lequel la température et la pression données sont appliquées pendant une durée fonction du type de colle utilisé et de l'élément intermédiaire de fabrication (20).
10. Procédé de fabrication (100) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'élément intermédiaire de fabrication (20) est un renfort structurel (22), un film de protection (24) ou un film anti-usure (26).