FR3062397A1 - METHOD AND INSTALLATION FOR MANUFACTURING A PIECE BY PLASMAFORMING - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication par plasmaformage d'une pièce (10), dans lequel on projette, à l'aide d'une torche de projection (20), un jet de plasma (P1) sur une première région (R1) de la pièce (10), et un jet de poudre métallique fondue (M) sur une deuxième région (R2) de la pièce (10) distincte de la première région (R1), le jet de poudre métallique fondue (M) étant fondu par le jet de plasma (P1), dans lequel, préalablement ou simultanément, on chauffe, à l'aide d'une source d'énergie ponctuelle (30), une partie de la pièce (10) incluant la deuxième région (R2) à une température de chauffage prédéterminée.A method of manufacturing by plasmaforming a workpiece (10), in which a plasma jet (P1) is sprayed onto a first region (R1) of the workpiece by means of a projection torch (20) ( 10), and a jet of molten metal powder (M) on a second region (R2) of the part (10) distinct from the first region (R1), the jet of molten metal powder (M) being melted by the jet of plasma (P1), in which, before or simultaneously, a part of the workpiece (10) including the second region (R2) at a heating temperature is heated with a point energy source (30). predetermined heating.
Description
© Titulaire(s) : SAFRAN AIRCRAFT ENGINES.© Holder (s): SAFRAN AIRCRAFT ENGINES.
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© Mandataire(s) : CABINET BEAU DE LOMENIE.© Agent (s): CABINET BEAU DE LOMENIE.
(54) PROCEDE ET INSTALLATION DE FABRICATION D'UNE PIECE PAR PLASMAFORMAGE.(54) METHOD AND INSTALLATION FOR MANUFACTURING A PART BY PLASMAFORMING.
FR 3 062 397 - A1 (57) Procédé de fabrication par plasmaformage d'une piece (10), dans lequel on projette, à l'aide d'une torche de projection (20), un jet de plasma (P1 ) sur une première région (R1) de la pièce (10), et un jet de poudre métallique fondue (M) sur une deuxième région (R2) de la pièce (10) distincte de la première région (R1 ), le jet de poudre métallique fondue (M) étant fondu par le jet de plasma (P 1 ), dans lequel, préalablement ou simultanément, on chauffe, à l'aide d'une source d'énergie ponctuelle (30), une partie de la pièce (10) incluant la deuxième région (R2) à une température de chauffage prédéterminée.FR 3 062 397 - A1 (57) Method for manufacturing by plasmaforming a part (10), in which a plasma jet (P1) is projected onto a surface using a projection torch (20) first region (R1) of the part (10), and a jet of molten metal powder (M) on a second region (R2) of the part (10) distinct from the first region (R1), the jet of molten metal powder (M) being melted by the plasma jet (P 1), in which, before or simultaneously, a part of the part (10) including, using a point energy source (30) is heated the second region (R2) at a predetermined heating temperature.
PROCEDE ET INSTALLATION DE FABRICATION D'UNE PIECE PAR PLASMAFORMAGEPROCESS AND INSTALLATION FOR MANUFACTURING A PART BY PLASMAFORMING
La présente invention concerne un procédé et une installation de fabrication d'une pièce par plasmaformage.The present invention relates to a method and an installation for manufacturing a part by plasma forming.
Arrière-plan de l’inventionBackground of the invention
Pour obtenir des pièces massives métalliques, telles que des tuyères convergentes-divergentes pour moteur-fusée, il est connu d'avoir recours à un procédé de fabrication par plasmaformage.To obtain massive metal parts, such as convergent-divergent nozzles for rocket engines, it is known to use a manufacturing process by plasma forming.
Un tel procédé consiste à construire couche par couche, dans une enceinte sous vide ou sous basse pression, la pièce à l'aide d'une torche de projection qui fusionne une poudre métallique à l'aide d'un jet de plasma, et qui projette la poudre métallique fondue sur la pièce.One such method consists in building layer by layer, in an enclosure under vacuum or under low pressure, the part using a projection torch which fuses a metallic powder using a plasma jet, and which projects the molten metal powder onto the part.
Dans le cadre de la fabrication par plasmaformage, un problème crucial est de maîtriser la température de surface de la région de la pièce où la poudre métallique fondue va se déposer. Si cette température n'est pas suffisamment élevée, la poudre métallique fondue risque de se solidifier sous la forme d'un dépôt insuffisamment lisse et peu dense ce qui conduit à une pièce ne présentant pas les propriétés mécaniques souhaitées.In the context of plasma forming manufacturing, a crucial problem is to control the surface temperature of the region of the part where the molten metal powder will deposit. If this temperature is not high enough, the molten metal powder risks solidifying in the form of an insufficiently smooth and not very dense deposit, which leads to a part not having the desired mechanical properties.
Pour remédier à ce problème, on a proposé d'utiliser le jet de plasma de la torche de projection pour porter la surface de la pièce à une température suffisante. Cette solution n'est pas pleinement satisfaisante, car il n'est pas toujours possible de concilier cet objectif avec la nécessité d'obtenir une fusion homogène et maîtrisée de la poudre métallique à projeter. En particulier, si la poudre métallique est très fine, le jet de plasma ne peut pas être suffisamment intense pour porter la surface de la pièce à la température souhaitée, sous peine de disperser et de vaporiser la poudre métallique et donc de rendre impossible la fabrication.To remedy this problem, it has been proposed to use the plasma jet from the projection torch to bring the surface of the part to a sufficient temperature. This solution is not fully satisfactory, because it is not always possible to reconcile this objective with the need to obtain a homogeneous and controlled fusion of the metal powder to be sprayed. In particular, if the metal powder is very fine, the plasma jet cannot be intense enough to bring the surface of the part to the desired temperature, under penalty of dispersing and vaporizing the metal powder and therefore making production impossible. .
Dans une autre approche, on a également proposé de chauffer l'ensemble de la pièce, par exemple à l'aide de résistances électriques disposées au voisinage de la pièce. Cependant, il n'est pas toujours possible de porter l'ensemble de la pièce à la température souhaitée, notamment lorsque la pièce est de très grandes dimensions. De plus, l'inertie thermique de la pièce est souvent trop importante pour maîtriser de manière fiable la température de surface de la région de la pièce au moment précis où la poudre métallique fondue va se déposer.In another approach, it has also been proposed to heat the entire room, for example using electrical resistors arranged in the vicinity of the room. However, it is not always possible to bring the entire part to the desired temperature, especially when the part is very large. In addition, the thermal inertia of the part is often too great to reliably control the surface temperature of the region of the part at the precise moment when the molten metal powder will deposit.
Il existe donc un besoin d'un procédé de fabrication d'une pièce par plasmaformage qui permette d'obtenir une pièce présentant les propriétés mécaniques souhaitées, en maîtrisant de manière fiable la température de surface de la région de la pièce au moment précis où la poudre métallique va se déposer, et ce indépendamment des conditions de fusion de la poudre métallique.There is therefore a need for a method of manufacturing a part by plasma forming which makes it possible to obtain a part having the desired mechanical properties, while reliably controlling the surface temperature of the region of the part at the precise moment when the metallic powder will deposit, regardless of the melting conditions of the metallic powder.
Objet et résumé de l’inventionSubject and summary of the invention
Pour répondre à ce besoin, la présente invention propose un procédé de fabrication par plasmaformage d'une pièce, dans lequel on projette, à l'aide d'une torche de projection, un jet de plasma sur une première région de la pièce, et un jet de poudre métallique fondue sur une deuxième région de la pièce distincte de la première région, le jet de poudre métallique fondue étant fondu par le jet de plasma, et dans lequel, préalablement ou simultanément, on chauffe, à l'aide d'une source d'énergie ponctuelle, une partie de la pièce incluant la deuxième région à une température de chauffage prédéterminée.To meet this need, the present invention provides a plasma-forming manufacturing process for a part, in which a plasma jet is projected, using a projection torch, onto a first region of the part, and a jet of molten metal powder on a second region of the part distinct from the first region, the jet of molten metal powder being melted by the plasma jet, and in which, before or simultaneously, it is heated, using a point energy source, a part of the room including the second region at a predetermined heating temperature.
La source d'énergie ponctuelle apporte le surcroît d'énergie nécessaire pour que, juste avant l'impact du jet de poudre métallique fondue, la deuxième région soit portée à une température optimale, supérieure à la température de surface moyenne de la pièce, permettant ainsi d'obtenir un dépôt dense de poudre métallique. Ce surcroît d'énergie peut être facilement commandé en commandant les paramètres de fonctionnement de la source d'énergie ponctuelle. Ainsi, la pièce obtenue par le procédé présente des propriétés mécaniques améliorées. En outre, lorsque l'on change la nature de la poudre métallique pendant la fabrication, la source d'énergie ponctuelle permet de faire évoluer de façon quasi-instantanée et modulable la température de surface de la pièce et donc d'aboutir à une pièce métallique multi-matériaux présentant des propriétés mécaniques améliorées.The point energy source provides the additional energy necessary so that, just before the impact of the jet of molten metal powder, the second region is brought to an optimal temperature, higher than the average surface temperature of the part, allowing thus obtaining a dense deposit of metallic powder. This additional energy can be easily controlled by controlling the operating parameters of the point energy source. Thus, the part obtained by the process has improved mechanical properties. In addition, when the nature of the metal powder is changed during manufacture, the point energy source makes it possible to change the surface temperature of the part almost instantaneously and modulably and therefore to lead to a part. multi-material metal with improved mechanical properties.
Selon une possibilité, on déplace la pièce relativement à la torche de projection et à la source d'énergie ponctuelle de telle sorte que le jet de poudre métallique et l'énergie fournie par la source d'énergie ponctuelle atteignent la pièce en une région préalablement chauffée par le jet de plasma.According to one possibility, the part is moved relative to the projection torch and to the point energy source so that the jet of metallic powder and the energy supplied by the point energy source reach the part in a region beforehand heated by the plasma jet.
La région préalablement chauffée par le jet de plasma ayant déjà été portée à une température élevée, il est alors plus aisé et rapide de porter cette région, à l'aide de l'énergie apportée par la source d'énergie ponctuelle, à la température nécessaire pour obtenir un dépôt dense et recristallisé de poudre métallique. Ainsi, on obtient plus aisément une pièce présentant des propriétés mécaniques améliorées.The region previously heated by the plasma jet having already been brought to a high temperature, it is then easier and faster to bring this region, using the energy provided by the point energy source, to the temperature necessary to obtain a dense and recrystallized deposit of metallic powder. Thus, it is easier to obtain a part having improved mechanical properties.
Par ailleurs, on peut commander la torche de projection de sorte que le jet de plasma conduise à une fusion optimale de la poudre métallique, et la source d'énergie ponctuelle de manière à obtenir la température de surface de la pièce nécessaire pour obtenir un dépôt satisfaisant de poudre métallique. Le bilan énergétique du procédé est donc amélioré.Furthermore, the projection torch can be controlled so that the plasma jet leads to an optimal melting of the metal powder, and the point energy source so as to obtain the surface temperature of the part necessary for obtaining a deposit. satisfactory metallic powder. The energy balance of the process is therefore improved.
Selon une possibilité, on déplace la pièce relativement à la torche de projection et à la source d'énergie ponctuelle de telle sorte que la première région et la deuxième région se déplacent à vitesse constante sur la pièce.According to one possibility, the part is moved relative to the projection torch and to the point energy source so that the first region and the second region move at constant speed over the part.
Selon une possibilité, la pièce est disposée sur un outillage, et à la température de chauffage prédéterminée, les coefficients isobares de dilatation thermique du matériau de l'outillage et de la poudre métallique sont sensiblement égaux. Les contraintes résiduelles au niveau de l'interface entre l'outillage et la pièce sont donc diminuées. Ainsi, la surface de la pièce présente de bonnes propriétés mécaniques, et l'outillage peut être réutilisé.According to one possibility, the part is placed on a tool, and at the predetermined heating temperature, the isobaric coefficients of thermal expansion of the tool material and of the metal powder are substantially equal. Residual stresses at the interface between the tool and the part are therefore reduced. Thus, the surface of the part has good mechanical properties, and the tool can be reused.
Selon une possibilité, l'outillage et la poudre métallique sont constitués d'un même alliage.According to one possibility, the tool and the metal powder consist of the same alloy.
Les coefficients isobares de dilatation thermique à la température de chauffage prédéterminée de l'outillage et de la pièce étant alors égaux, les contraintes résiduelles au niveau de l'interface entre l'outillage et la pièce sont minimales, et les propriétés mécaniques de la surface de la pièce sont optimisées.The isobaric coefficients of thermal expansion at the predetermined heating temperature of the tool and the part then being equal, the residual stresses at the interface between the tool and the part are minimal, and the mechanical properties of the surface of the room are optimized.
Selon une possibilité, on chauffe en outre la pièce à l'aide d'une résistance électrique.According to one possibility, the part is further heated using an electrical resistance.
L'ensemble de la pièce est alors maintenu à une température plus élevée que si la pièce n'était chauffée que par la torche de projection et la source d'énergie ponctuelle. Ainsi, lors des passages successifs du premier et du deuxième jet de plasma sur la pièce, les cycles thermiques au sein de la pièce présentent une amplitude moins élevée. Les contraintes résiduelles au sein de la pièce sont donc diminuées, ce qui améliore les propriétés mécaniques de la pièce.The entire room is then kept at a higher temperature than if the room was only heated by the projection torch and the point energy source. Thus, during the successive passages of the first and the second plasma jet on the part, the thermal cycles within the part have a lower amplitude. Residual stresses within the part are therefore reduced, which improves the mechanical properties of the part.
Selon une possibilité, la source d'énergie ponctuelle est une torche plasma ou une source laser.According to one possibility, the point energy source is a plasma torch or a laser source.
Le procédé qui vient d'être décrit peut être notamment appliqué à la fabrication d'une tuyère convergente-divergente pour moteur-fusée.The process which has just been described can in particular be applied to the manufacture of a convergent-divergent nozzle for a rocket engine.
La présente invention propose également une installation de fabrication par plasmaformage d'une pièce, comprenant une torche de projection configurée pour projeter un jet de plasma sur une première région de la pièce, et un jet de poudre métallique fondue sur une deuxième région de la pièce distincte de la première région, le jet de poudre métallique fondue étant fondu par le jet de plasma, l'installation comprenant en outre une source d'énergie ponctuelle configurée pour chauffer, préalablement ou simultanément, une partie de la pièce incluant la deuxième région à une température de chauffage prédéterminée.The present invention also provides an installation for manufacturing by plasma forming a part, comprising a projection torch configured to project a plasma jet on a first region of the part, and a jet of molten metal powder on a second region of the part. distinct from the first region, the jet of molten metal powder being melted by the plasma jet, the installation further comprising a point energy source configured to heat, before or simultaneously, a part of the part including the second region to a predetermined heating temperature.
Selon une possibilité, l'installation comprend en outre un dispositif d'entraînement configuré pour déplacer la pièce relativement à la première torche de projection et à la deuxième torche de projection de telle sorte que le jet de poudre métallique et le deuxième jet de plasma atteignent la pièce en une région préalablement chauffée par le premier jet de plasma.According to one possibility, the installation further comprises a drive device configured to move the part relative to the first projection torch and to the second projection torch so that the jet of metallic powder and the second jet of plasma reach the part in a region previously heated by the first plasma jet.
Selon une possibilité, l'installation comprend en outre une résistance électrique configurée pour chauffer la pièce.According to one possibility, the installation further comprises an electrical resistance configured to heat the room.
Selon une possibilité, la source d'énergie ponctuelle est une torche plasma ou une source laser.According to one possibility, the point energy source is a plasma torch or a laser source.
L'installation selon l'invention présente les mêmes avantages que le procédé qui vient d'être décrit. Ces avantages ne sont donc pas décrits à nouveau en détail.The installation according to the invention has the same advantages as the method which has just been described. These advantages are therefore not described again in detail.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit de plusieurs modes de réalisations, représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :The invention will be clearly understood and its advantages will appear better on reading the detailed description which follows of several embodiments, shown by way of nonlimiting examples. The description refers to the accompanying drawings in which:
- la figure 1 est une vue schématique globale de l'installation de fabrication par plasmaformage selon l'invention ;- Figure 1 is an overall schematic view of the plasma forming manufacturing installation according to the invention;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe de la première torche de projection utilisée pour projeter le jet de poudre métallique fondue et le premier jet de plasma sur la pièce ;- Figure 2 is a schematic sectional view of the first projection torch used to project the jet of molten metal powder and the first plasma jet on the workpiece;
- la figure 3A est une vue en perspective et partiellement arrachée de la pièce en cours d'élaboration, des premier et deuxième jets de plasma, du jet de poudre métallique fondue et des premières et deuxième torches de projection à un premier instant ti ;- Figure 3A is a perspective view and partially cut away of the part being produced, the first and second plasma jets, the jet of molten metal powder and the first and second projection torches at a first instant ti;
- la figure 3B est une vue en perspective analogue à la figure 3A à un deuxième instant t2 postérieur au premier instant ti.- Figure 3B is a perspective view similar to Figure 3A at a second time t 2 after the first time ti.
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
La figure 1 représente schématiquement une installation de fabrication par plasmaformage 1 (ci-après appelée « l'installation 1 » par commodité) selon l'invention.FIG. 1 schematically represents a manufacturing facility by plasma forming 1 (hereinafter called "facility 1" for convenience) according to the invention.
L'installation 1 est configurée pour fabriquer par plasmaformage une pièce 10, qui est une pièce massive métallique, éventuellement creuse. Par exemple, la pièce 10 est une tuyère divergente-convergente pour moteur-fusée.The installation 1 is configured to manufacture by plasma forming a part 10, which is a solid metal part, possibly hollow. For example, the part 10 is a diverging-converging nozzle for a rocket engine.
De manière générale, la pièce 10 est disposée dans une enceinte étanche 2, dans laquelle on a fait le vide ou on a établi une atmosphère protectrice sous pression réduite, comme cela est bien connu dans le domaine du plasmaformage.In general, the part 10 is arranged in a sealed enclosure 2, in which a vacuum has been created or a protective atmosphere has been established under reduced pressure, as is well known in the field of plasma forming.
Pendant la fabrication, la pièce 10 est disposée sur un support 3, qui peut comprendre un dispositif d'entraînement 4 qui sera décrit plus loin.During manufacture, the part 10 is placed on a support 3, which may include a drive device 4 which will be described later.
Un outillage 5 peut également être prévu pour maintenir en place la pièce 10 pendant sa fabrication. L'outillage 5 peut servir de support aux premières couches de dépôt métallique constituant la pièce 10, commençant ainsi à donner à la pièce 10 sa forme finale souhaitée, en particulier lorsque la pièce 10 est creuse.A tool 5 can also be provided to hold the part 10 in place during its manufacture. The tool 5 can serve as a support for the first layers of metallic deposit constituting the part 10, thus starting to give the part 10 its desired final shape, in particular when the part 10 is hollow.
L'installation 1 comprend également une torche de projection 20 et une source d'énergie ponctuelle 30, qui sont disposées dans l'enceinte étanche 2.The installation 1 also includes a projection torch 20 and a point energy source 30, which are arranged in the sealed enclosure 2.
La torche de projection 20 est illustrée schématiquement en coupe sur la figure 2. La torche de projection 20 comprend un générateur de plasma 25, et une buse 21 comprenant un conduit central 23, un orifice d'éjection 24, et un conduit d'injection 22 sensiblement perpendiculaire au conduit central 23.The projection torch 20 is shown diagrammatically in section in FIG. 2. The projection torch 20 comprises a plasma generator 25, and a nozzle 21 comprising a central duct 23, an ejection orifice 24, and an injection duct 22 substantially perpendicular to the central duct 23.
Le générateur de plasma 25 est bien connu dans le domaine du plasmaformage et n'est donc pas décrit en détail. On indique seulement ici que le générateur de plasma 25 est configuré pour produire un jet de plasma circulant à travers le conduit central 23 en direction de l'orifice d'éjection 24.The plasma generator 25 is well known in the field of plasma forming and is therefore not described in detail. It is only indicated here that the plasma generator 25 is configured to produce a plasma jet flowing through the central duct 23 in the direction of the ejection orifice 24.
Pendant la fabrication de la pièce 10, on injecte une poudre métallique D dans le conduit central 23 via le conduit d'injection 22. La poudre métallique D est portée à haute température par le plasma et fondue dans le conduit central 23. Ainsi, en sortie de l'orifice d'éjection 24, la torche de projection 20 projette un premier jet de plasma PI et un jet de poudre métallique fondue M en direction de la pièce 10 comme cela sera décrit en détail plus loin.During the production of the part 10, a metallic powder D is injected into the central conduit 23 via the injection conduit 22. The metallic powder D is brought to high temperature by the plasma and melted in the central conduit 23. Thus, in output from the ejection orifice 24, the projection torch 20 projects a first plasma jet PI and a jet of molten metal powder M in the direction of the part 10 as will be described in detail below.
La source d'énergie ponctuelle 30 est configurée pour chauffer ponctuellement la pièce 10 pendant sa fabrication, comme cela sera décrit plus loin. Par « ponctuellement », on entend que la source d'énergie ponctuelle 30 apporte de l'énergie et chauffe une partie de la pièce 10 qui est de petites dimensions, par exemple d'un diamètre maximal inférieur ou égal à 50 mm.The point energy source 30 is configured to punctually heat the part 10 during its manufacture, as will be described later. By "punctually" is meant that the point energy source 30 provides energy and heats a part of the part 10 which is small, for example with a maximum diameter less than or equal to 50 mm.
La source d'énergie ponctuelle 30 est, par exemple, une torche plasma ou une source laser. Dans la suite, on décrira le cas où la source d'énergie ponctuelle 30 est une torche plasma projetant un deuxième jet de plasma P2, étant entendu que ce qui suit peut être transposé aisément au cas où la source d'énergie ponctuelle 30 est une source laser projetant un rayon laser.The point energy source 30 is, for example, a plasma torch or a laser source. In the following, the case where the point energy source 30 is a plasma torch projecting a second plasma jet P2 will be described, it being understood that the following can be easily transposed to the case where the point energy source 30 is a laser source projecting a laser beam.
La torche plasma 30 est analogue à la première torche de projection 20 mais ne comprend pas de conduit d'injection pour injecter de la poudre métallique. La torche plasma 30 projette donc un deuxième jet de plasma P2 en direction de la pièce 10.The plasma torch 30 is similar to the first projection torch 20 but does not include an injection conduit for injecting metal powder. The plasma torch 30 therefore projects a second plasma jet P2 in the direction of the part 10.
La figure 3A montre plus en détail les régions de la pièce 10 où le premier jet de plasma PI, le deuxième jet de plasma P2 et le jet de poudre métallique fondue M atteignent la pièce 10.FIG. 3A shows in more detail the regions of the part 10 where the first plasma jet PI, the second plasma jet P2 and the jet of molten metal powder M reach the part 10.
Le premier jet de plasma PI atteint une première région RI de la surface de la pièce 10. Dans un exemple, la première région RI présente un diamètre maximal inférieur ou égal à 50 mm.The first plasma jet PI reaches a first region RI of the surface of the part 10. In one example, the first region RI has a maximum diameter less than or equal to 50 mm.
Puisque la poudre métallique D est injectée dans le conduit d'injection 22 sensiblement perpendiculairement au conduit central 23, le jet de poudre métallique fondue M est projeté dans une direction légèrement différente de la direction du premier jet de plasma PI. Ainsi, le jet de poudre métallique fondue M atteint une deuxième région R2 de la surface de la pièce 10 distincte de la première région RI. Dans un exemple, la deuxième région R2 a un diamètre maximal inférieur ou égal à 50 mm. La torche plasma 30 projette préalablement ou simultanément le deuxième jet de plasma P2 sur une partie de la pièce 10 incluant la deuxième région R2. Ainsi, la torche plasma 30 chauffe préalablement ou simultanément la partie de la pièce 10 incluant la deuxième région R2 à une température de chauffage prédéterminée. Au sens du présent exposé, « simultanément » signifie que le deuxième jet de plasma P2 atteint la partie de la pièce 10 incluant la deuxième région R2 en même temps que le jet de poudre métallique fondue M, et « préalablement » signifie que le deuxième jet de plasma P2 atteint la partie de la pièce 10 incluant la deuxième région R2 avant le jet de poudre métallique fondue M, l'écart de temps entre ces deux impacts étant suffisamment court pour que la région R2 soit à une température suffisamment élevée lorsque le jet de poudre métallique fondue M atteint cette région.Since the metal powder D is injected into the injection pipe 22 substantially perpendicular to the central pipe 23, the jet of molten metal powder M is projected in a direction slightly different from the direction of the first plasma jet PI. Thus, the jet of molten metal powder M reaches a second region R2 of the surface of the part 10 distinct from the first region RI. In one example, the second region R2 has a maximum diameter less than or equal to 50 mm. The plasma torch 30 projects before or simultaneously the second plasma jet P2 onto a part of the part 10 including the second region R2. Thus, the plasma torch 30 preheats or simultaneously the part of the part 10 including the second region R2 to a predetermined heating temperature. In the sense of the present description, “simultaneously” means that the second plasma jet P2 reaches the part of the part 10 including the second region R2 at the same time as the jet of molten metal powder M, and “beforehand” means that the second jet of plasma P2 reaches the part of the part 10 including the second region R2 before the jet of molten metal powder M, the time difference between these two impacts being short enough for the region R2 to be at a sufficiently high temperature when the jet of molten metal powder M reaches this region.
De préférence, et afin de limiter l'énergie consommée par la torche plasma 30, le deuxième jet de plasma P2 atteint uniquement la deuxième région R2. Au sens du présent exposé, « uniquement » signifie que le deuxième jet de plasma P2 n'atteint pas d'autres zones de la surface de la pièce 10 que la deuxième région R2.Preferably, and in order to limit the energy consumed by the plasma torch 30, the second plasma jet P2 reaches only the second region R2. For the purposes of the present description, "only" means that the second plasma jet P2 does not reach other areas of the surface of the part 10 than the second region R2.
Grâce au surcroît d'énergie fourni par le deuxième jet de plasma P2, la surface de la pièce 10 est portée localement (au niveau de la partie incluant la deuxième région R2) à une température de chauffage prédéterminée suffisante pour obtenir un dépôt très dense E de poudre métallique qui conduit, après refroidissement de la pièce 10, à une couche métallique très dense et recristallisée et présentant donc les propriétés mécaniques voulues.Thanks to the additional energy supplied by the second plasma jet P2, the surface of the part 10 is brought locally (at the level of the part including the second region R2) to a predetermined heating temperature sufficient to obtain a very dense deposit E of metallic powder which leads, after cooling of the part 10, to a very dense and recrystallized metallic layer and therefore having the desired mechanical properties.
Bien entendu, la puissance fournie par le deuxième jet de plasma P2 peut être ajustée convenablement pour obtenir, au niveau de la deuxième région R2, la température nécessaire pour obtenir un dépôt optimal de poudre métallique.Of course, the power supplied by the second plasma jet P2 can be suitably adjusted to obtain, at the second region R2, the temperature necessary to obtain an optimal deposit of metallic powder.
On comprend que, pendant la fabrication, on déplace la pièce 10 (et éventuellement l'outillage 5) relativement à la première torche de projection 20 et à la torche plasma 30, de sorte que de la poudre métallique fondue M se dépose en couches successives sur toute la circonférence de la pièce 10 en cours d'élaboration, créant ainsi progressivement le dépôt E sur l'ensemble la pièce 10. Par ailleurs, comme cela sera décrit plus loin, le premier jet de plasma PI préchauffe une partie H de la pièce 10 sur laquelle la poudre métallique fondue M viendra se déposer ultérieurement.It is understood that, during manufacture, the part 10 (and possibly the tool 5) is displaced relative to the first projection torch 20 and to the plasma torch 30, so that molten metal powder M is deposited in successive layers over the entire circumference of the part 10 being produced, thus gradually creating the deposit E on the whole of the part 10. Furthermore, as will be described below, the first plasma jet PI preheats part H of the part 10 on which the molten metal powder M will be deposited later.
Le déplacement de la pièce 10 relativement à la torche de projection 20 et à la torche plasma 30 peut être obtenu de diverses manières. Dans un exemple, on maintient fixes la torche de projection 20 et la torche plasma 30 et on entraîne la pièce 10 en rotation et/ou en translation. Dans un autre exemple, on entraîne la pièce 10 en rotation et on déplace en même temps la torche de projection 20 et la torche plasma 30 en translation verticale.The displacement of the part 10 relative to the projection torch 20 and to the plasma torch 30 can be obtained in various ways. In one example, the projection torch 20 and the plasma torch 30 are fixed and the part 10 is driven in rotation and / or in translation. In another example, the part 10 is driven in rotation and the projection torch 20 and the plasma torch 30 are moved in vertical translation at the same time.
Afin d'obtenir le déplacement souhaité de la pièce 10 relativement à la torche de projection 20 et à la torche plasma 30, l'installation 1 peut comprendre un système de manutention 8 (comprenant par exemple un ou plusieurs bras robotisés) installé dans l'enceinte étanche 2 et apte à déplacer convenablement la torche de projection 20 et la torche plasma 30, et le dispositif d'entraînement 4 déjà mentionné ci-dessus peut entraîner la pièce 10 (et l'outillage 5, si celui-ci est présent) en rotation et/ou en translation. Le système de manutention 8 et le dispositif d'entraînement 4 sont commandés par un opérateur ou un dispositif de commande extérieur 9 convenablement programmé.In order to obtain the desired displacement of the part 10 relative to the projection torch 20 and to the plasma torch 30, the installation 1 may comprise a handling system 8 (comprising for example one or more robotic arms) installed in the sealed enclosure 2 and able to suitably move the projection torch 20 and the plasma torch 30, and the drive device 4 already mentioned above can drive the part 10 (and the tool 5, if the latter is present) in rotation and / or in translation. The handling system 8 and the drive device 4 are controlled by an operator or an external control device 9 suitably programmed.
Dans un exemple particulier, on déplace la pièce 10 relativement à la torche de projection 20 et à la torche plasma 30 de telle sorte que la première région RI et la deuxième région R2 se déplacent à vitesse constante sur la pièce 10. Le mouvement de la première région RI et de la deuxième région R2 peut être, par exemple, une translation, un mouvement circulaire, ou un mouvement hélicoïdal.In a particular example, the part 10 is displaced relative to the projection torch 20 and to the plasma torch 30 so that the first region R1 and the second region R2 move at constant speed over the part 10. The movement of the first region RI and the second region R2 can be, for example, a translation, a circular movement, or a helical movement.
Afin de mieux contrôler réchauffement local des régions RI et R2, le déplacement peut être commandé de telle sorte que la distance entre la torche de projections 20 et la torche plasma 30 d'une part et la pièce 10 d'autre part reste constante pendant la fabrication.In order to better control the local heating of the regions RI and R2, the displacement can be controlled so that the distance between the projection torch 20 and the plasma torch 30 on the one hand and the part 10 on the other hand remains constant during the manufacturing.
On comprend également que, pendant la fabrication de la pièce 10, on peut projeter successivement plusieurs poudres métalliques D de compositions différentes. Le procédé selon l'invention est alors particulièrement avantageux, car, lorsque l'on change la nature de la poudre métallique pendant la fabrication, la torche plasma 30 permet de faire évoluer de façon quasi-instantanée et modulable la température de surface de la pièce 10. En particulier, lorsque l'on passe d'une première poudre métallique à une deuxième poudre métallique dont le point de fusion est plus élevé, le deuxième jet de plasma P2 permet de porter localement la pièce 10 à la température requise pour la deuxième poudre métallique bien plus rapidement que lorsque l'on chauffe l'ensemble de la pièce 10. La pièce 10 présente alors des propriétés mécaniques encore améliorées par rapport à celles obtenues par les procédés de plasmaformage connus.It is also understood that, during the manufacture of the part 10, it is possible to spray successively several metal powders D of different compositions. The method according to the invention is then particularly advantageous because, when the nature of the metal powder is changed during manufacture, the plasma torch 30 allows the surface temperature of the part to be changed almost instantaneously and modulably. 10. In particular, when going from a first metal powder to a second metal powder whose melting point is higher, the second plasma jet P2 makes it possible to locally bring the part 10 to the temperature required for the second metal powder much more quickly than when the whole of the part 10 is heated. The part 10 then has mechanical properties which are further improved compared to those obtained by known plasma forming processes.
On va maintenant décrire un exemple particulier de déplacement de la pièce relativement à la torche de projection 20 et à la torche plasma 30 à l'aide des figures 3A et 3B. Dans l'exemple représenté sur ces figures, les régions RI et R2 décrivent, sur la pièce 10, un mouvement hélicoïdal à vitesse constante représenté en trait mixte. On comprend toutefois que d'autres mouvements des régions RI et R2 sont également envisageables selon la forme et les propriétés souhaitées de la pièce 10.We will now describe a particular example of movement of the part relative to the projection torch 20 and the plasma torch 30 using FIGS. 3A and 3B. In the example shown in these figures, the regions RI and R2 describe, on the part 10, a helical movement at constant speed represented in phantom. It is understood, however, that other movements of the regions RI and R2 are also possible depending on the shape and the desired properties of the part 10.
Les positions des régions RI et R2, des jets Pl, P2 et M et des torches 20 et 30 à un instant t = ti sont représentées sur la figure 3A ; les positions des régions RI et R2, des jets Pl, P2 et M et des torches 20 et 30 à un instant à un instant t = t2 postérieur à l'instant tx sont représentées sur la figure 3B.The positions of the regions R1 and R2, of the jets P1, P2 and M and of the torches 20 and 30 at an instant t = ti are shown in FIG. 3A; the positions of the regions R1 and R2, of the jets Pl, P2 and M and of the torches 20 and 30 at an instant at an instant t = t 2 posterior to the instant t x are represented in FIG. 3B.
Grâce au déplacement de la pièce 10 relativement aux torches 20 et 30 entre les instants tx et t2, à l'instant t2, le premier jet de plasma Pl atteint la pièce 10 en une région RI' distincte de la région RI, et le deuxième jet de plasma P2 et le jet de poudre métallique fondue M atteignent la pièce 10 en une région R2' incluant la région RI et de préférence sensiblement confondue avec la région RI. En d'autres termes, le déplacement de la pièce 10 relativement aux torches 20 et 30 est tel que, à l'instant t2, le deuxième jet de plasma P2 et le jet de poudre métallique fondue M atteignent la pièce 10 en une région qui a été préalablement (à l'instant t = ti) chauffée par le premier jet de plasma Pl.Thanks to the displacement of the part 10 relative to the torches 20 and 30 between the instants t x and t 2 , at the instant t 2 , the first plasma jet Pl reaches the part 10 in a region RI 'distinct from the region RI, and the second plasma jet P2 and the jet of molten metal powder M reach the part 10 in a region R2 ′ including the region RI and preferably substantially coincident with the region RI. In other words, the displacement of the part 10 relative to the torches 20 and 30 is such that, at time t 2 , the second plasma jet P2 and the jet of molten metal powder M reach the part 10 in a region which has been previously (at time t = ti) heated by the first plasma jet Pl.
On comprend que, puisque la région R2' a préalablement été chauffée par le premier jet de plasma Pl à l'instant t = ti, le deuxième jet de plasma P2 porte plus rapidement la région R2' à la température nécessaire pour obtenir un dépôt dense E de poudre métallique. Ainsi, on obtient plus aisément une pièce 10 présentant des propriétés mécaniques améliorées.It is understood that, since the region R2 'has previously been heated by the first plasma jet Pl at the instant t = ti, the second plasma jet P2 brings the region R2' more quickly to the temperature necessary to obtain a dense deposit E of metallic powder. Thus, it is more easily obtained a part 10 having improved mechanical properties.
Lorsque la pièce 10 est disposée sur un outillage 5, les coefficients isobares de dilatation thermique à la température de chauffage prédéterminée du matériau de l'outillage et de la poudre métallique sont de préférence sensiblement égaux. Par « sensiblement égaux », on entend que l'écart entre ces deux coefficients est inférieur ou égal à 10%. Ainsi, les contraintes résiduelles au niveau de l'interface entre l'outillage 5 et la pièce 10 en cours de refroidissement sont minimales, et les propriétés mécaniques de la surface de la pièce 10 sont optimisées.When the part 10 is placed on a tool 5, the isobaric coefficients of thermal expansion at the predetermined heating temperature of the tool material and of the metal powder are preferably substantially equal. By "substantially equal" is meant that the difference between these two coefficients is less than or equal to 10%. Thus, the residual stresses at the interface between the tool 5 and the part 10 during cooling are minimal, and the mechanical properties of the surface of the part 10 are optimized.
La température de chauffage prédéterminée est de préférence supérieure ou égale à 500°C, et plus préférablement encore supérieure ou égale à 800°C.The predetermined heating temperature is preferably greater than or equal to 500 ° C, and more preferably still greater than or equal to 800 ° C.
De préférence, l'outillage 5 et la poudre métallique D sont constitués d'un même alliage : les coefficients isobares de dilatation thermique à la température de chauffage prédéterminée de l'outillage 5 et de la pièce 10 étant alors égaux, les contraintes résiduelles au niveau de l'interface entre l'outillage 5 et la pièce 10 sont minimales, et les propriétés mécaniques de la surface de la pièce 10 sont optimisées.Preferably, the tool 5 and the metal powder D consist of the same alloy: the isobaric coefficients of thermal expansion at the predetermined heating temperature of the tool 5 and of the part 10 then being equal, the residual stresses at level of the interface between the tool 5 and the part 10 are minimal, and the mechanical properties of the surface of the part 10 are optimized.
Dans un exemple, la poudre métallique D est une poudre d'un alliage à base de nickel (Ni) ou de cuivre (Cu), de préférence une poudre d'un alliage à base de cuivre (Cu). L'alliage à base de cuivre est de préférence un alliage comprenant de l'argent (Ag), et/ou du zirconium (Zr), et/ou du chrome (Cr), et plus préférablement encore l'alliage connu sous le nom de « NARloy-Z » (alliage comprenant 96,5% de cuivre (Cu), 3% d'argent (Ag), 0,5% de zirconium (Zr), les pourcentages étant exprimés en masse).In one example, the metal powder D is a powder of an alloy based on nickel (Ni) or copper (Cu), preferably a powder of an alloy based on copper (Cu). The copper-based alloy is preferably an alloy comprising silver (Ag), and / or zirconium (Zr), and / or chromium (Cr), and more preferably still the alloy known under the name of "NARloy-Z" (alloy comprising 96.5% copper (Cu), 3% silver (Ag), 0.5% zirconium (Zr), the percentages being expressed by mass).
L'installation 1 peut comprendre en outre une résistance électrique 50 configurée pour chauffer la pièce 10 pendant sa fabrication. Dans l'exemple représenté sur la figure 3A, la résistance électrique 50 se présente sous la forme d'un bobinage noyé dans le matériau constituant l'outillage 5, et chauffe l'outillage 5 et donc la pièce 10 par conduction thermique entre l'outillage 5 et la pièce 10. La résistance électrique 50 maintient l'ensemble de la pièce 10 à une température plus élevée que si la pièce 10 n'était chauffée que par les torches 20 et 30. Ainsi, lors des passages successifs des jets de plasma Pl et P2 sur la pièce, les cycles thermiques au sein de la pièce 10 présentent une amplitude moins élevée. Les contraintes résiduelles au sein de la pièce 10 sont donc encore diminuées, ce qui améliore encore ses propriétés mécaniques.The installation 1 may further comprise an electrical resistance 50 configured to heat the part 10 during its manufacture. In the example shown in FIG. 3A, the electrical resistance 50 is in the form of a coil embedded in the material constituting the tool 5, and heats the tool 5 and therefore the part 10 by thermal conduction between the tool 5 and the part 10. The electrical resistance 50 keeps the whole of the part 10 at a higher temperature than if the part 10 was only heated by the torches 20 and 30. Thus, during the successive passages of the jets of plasma Pl and P2 on the part, the thermal cycles within the part 10 have a lower amplitude. The residual stresses within the part 10 are therefore further reduced, which further improves its mechanical properties.
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.Although the present invention has been described with reference to specific exemplary embodiments, it is obvious that modifications and changes can be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. In addition, individual features of the various embodiments discussed can be combined in additional embodiments. Therefore, the description and the drawings should be considered in an illustrative rather than restrictive sense.
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