FR3092267A1 - Procédé de désolidarisation d'une première pièce mécanique d'une deuxième pièce mécanique - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de désolidarisation d'une première pièce mécanique (12) d'une deuxième pièce mécanique (14), la deuxième pièce mécanique (14) étant collée à la première pièce mécanique (12) par un film de colle (16) selon une zone de liaison, la première pièce mécanique (12) étant d'une première conductivité thermique déterminée et la deuxième pièce mécanique (14) étant d'une deuxième conductivité thermique supérieure à la première conductivité thermique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de refroidissement au cours de laquelle on refroidit la deuxième pièce mécanique (14) à une température négative et au moins une étape de sollicitation au cours de laquelle on soumet la deuxième pièce mécanique (14) à une sollicitation mécanique pour provoquer la rupture du film de colle (16). Figure de l'abrégé : Figure 3.

Description

Procédé de désolidarisation d'une première pièce mécanique d'une deuxième pièce mécanique
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un procédé de désolidarisation d'une première pièce mécanique d'une deuxième pièce mécanique.
L'invention s'applique tout particulièrement à un procédé de désolidarisation d'un renfort métallique du bord d'attaque d'une aube de turbomachine en matériau composite.
Arrière-plan technique
Les turbomachines à double flux équipées de soufflante sont équipées d'aubes qui peuvent être réalisées principalement en matériau composite à matrice organique. Ces aubes sont généralement équipées de renforts métalliques en alliage de titane qui sont collés sur les aubes, par exemple sur le bord d'attaque des aubes.
En service, le renfort métallique d'une ou plusieurs aubes peut être endommagé par des impacts variés, par exemple lorsqu'un corps étranger tel qu'un oiseau ou tel qu'un débris est ingéré par la soufflante. Toutefois, dans ce cas, l'aube correspondante ne fait pas nécessairement l'objet de dégradations de sorte qu'il peut être intéressant de ne remplacer que le renfort métallique et de conserver l’aube en composite, car celle-ci, du fait de sa fabrication en matériau composite, présente une valeur économique élevée.
La problématique de l'invention réside donc dans la mise au point d’un procédé permettant de séparer le renfort métallique de l'aube en matériau composite sans endommager ladite aube.
Différentes techniques connues de l'état la technique ont été jusqu'à présent utilisées pour séparer le renfort métallique de l'aube:
Le document FR-2.970.197-A1 divulgue un procédé de désolidarisation par induction d'une première pièce mécanique d’une deuxième pièce mécanique magnétique collée à la première pièce par un film de colle. Dans ce procédé, on utilise les propriétés magnétiques de la deuxième pièce mécanique magnétique en produisant un champ magnétique dans la zone de collage de manière à générer par induction des courants de Foucault dans la deuxième pièce mécanique magnétique, ce qui a pour effet de la chauffer et de ramollir le film de colle liant les deux pièces afin de permettre la désolidarisation des pièces mécaniques.
L'inconvénient de cette méthode, appliquée à un renfort d'aube, est que l'épaisseur de celui-ci n'est pas uniforme. Notamment, le renfort est d'épaisseur élevée au niveau du bord d’attaque de l’aube et il est d'épaisseur réduite dans des zones d'extension qui s'étendent vers l'intérieur de l'aube à partir de ce bord d'attaque et qui sont collées à la surface de l'aube par le film de colle.
Le champ magnétique utilisé pour parvenir à une élévation de température suffisante du renfort au niveau de la zone d'épaisseur élevée du renfort risque de provoquer une surchauffe dans les zones d'épaisseur réduite du renfort. Cette surchauffe peut être transmise au matériau composite de l'aube, avec le risque de le dégrader.
Le document FR-3.056.605-A1 divulgue un procédé de désolidarisation par dissolution. Selon ce procédé, on plonge une partie d'une aube comportant un renfort d'un bord d'attaque réalisé en un alliage de titane dans une enceinte de traitement chimique alimentée par un circuit fermé dans lequel circule une composition de traitement chimique et un circuit fermé dans lequel circule une composition de rinçage. On fait circuler la composition de traitement chimique pour dissoudre l'alliage de titane, puis on rince l'aube.
Cette solution présente l'inconvénient de nécessiter des équipements relativement encombrants et complexes, et de présenter un temps de traitement élevé, lié à la dissolution du renfort en titane. De plus, le matériau de celui-ci étant dissous, il ne peut être recyclé.
L'invention remédie à cet inconvénient en proposant un procédé de désolidarisation d'une première pièce mécanique d'une deuxième pièce mécanique permettant de rompre la liaison entre le film de colle et la deuxième pièce mécanique dont la conductivité thermique est la plus élevée.
Plus particulièrement, l'invention propose un procédé permettant de rompre l’interface entre la colle et le matériau de la deuxième pièce mécanique, en appliquant, d'une part, une sollicitation thermique à la deuxième pièce mécanique et d'autre part, une sollicitation mécanique à cette deuxième pièce.
Cette deuxième pièce, dont la conductivité thermique est plus élevée que celle de la première pièce, est ainsi à même de transmettre rapidement la sollicitation thermique du fait de sa conductivité thermique élevée, laquelle sollicitation thermique, combinée à la sollicitation mécanique, permet de rompre le film de colle.
Dans ce but, l'invention propose un procédé de désolidarisation d'une première pièce mécanique d'une deuxième pièce mécanique, la deuxième pièce mécanique étant collée à la première pièce mécanique par un film de colle selon une zone de liaison, la première pièce mécanique étant d'une première conductivité thermique déterminée et la deuxième pièce mécanique étant d'une deuxième conductivité thermique supérieure à la première conductivité thermique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de refroidissement au cours de laquelle on refroidit la deuxième pièce mécanique à une température négative et au moins une étape de sollicitation au cours de laquelle on soumet la deuxième pièce mécanique à une sollicitation mécanique pour provoquer la rupture du film de colle.
Selon d'autres caractéristiques du procédé :
- les étapes de refroidissement et de sollicitation sont simultanées,
- au cours de l'étape de sollicitation, on soumet la deuxième pièce à une sollicitation de compression selon une direction sensiblement perpendiculaire à une surface du film de colle,
- la sollicitation de compression est réalisée par un moyen de mise en vibration ou par un moyen de projection de projectiles,
- le moyen de mise en vibration est un moyen de martelage par ultrasons et le moyen de projection de projectiles est un moyen de grenaillage,
- l'étape de refroidissement, est réalisée par projection d'azote liquide sur la deuxième pièce.
- la première pièce est une aube en matériau composite, la deuxième pièce est un renfort métallique collé sur un bord d'attaque de ladite aube et le procédé comporte deux étapes simultanées comportant une étape de refroidissement du renfort métallique par projection d'azote liquide et une étape de sollicitation au cours de laquelle on soumet le renfort à une sollicitation mécanique par martelage par ultrasons selon une direction sensiblement perpendiculaire à une surface du film de colle,
- le procédé est mis en œuvre au moyen d'un outillage permettant de réaliser simultanément les deux étapes de refroidissement et de sollicitation dans une zone de couverture du bord d'attaque de l'aube par l'outillage de longueur inférieure à une longueur du bord d'attaque de l'aube, et ledit outillage est déplacé suivant toute la longueur du bord d'attaque de l'aube,
- l'azote liquide est projeté à une température de sensiblement -200°C et le martelage par ultrasons est effectué à une fréquence comprise entre 10kHz et 40 kHz.
L'invention concerne aussi un outillage pour la désolidarisation d'une première pièce mécanique d'une deuxième pièce mécanique selon le procédé décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble mobile en translation le long d'une surface libre de la deuxième pièce mécanique, ledit ensemble comportant :
- un groupe de sollicitation comportant successivement :
• un générateur, convertissant une source d'énergie électrique d'alimentation dudit générateur en un signal électrique sinusoïdal,
• un convertisseur, convertissant le signal électrique sinusoïdal en ondes vibratoires sinusoïdales,
• un amplificateur, amplifiant les ondes vibratoires,
• un sonotrode, apte à transmettre les ondes vibratoires,
• au moins un doigt de transmission, agencé au contact de la deuxième pièce, et apte à recevoir les ondes vibratoires du sonotrode et à les transmettre mécaniquement à la deuxième pièce,
- un groupe de refroidissement comportant, successivement :
• un réservoir de stockage d'azote sous pression,
• un détendeur apte à recevoir l'azote issu du réservoir et à le délivrer sous une pression déterminée,
• un conduit, alimenté en azote sous pression par le détendeur, et s'étendant à proximité de la deuxième pièce,
• une buse, agencée à l'extrémité du conduit, configurée pour pulvériser l'azote liquide à la surface de la deuxième pièce.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
la est une vue schématique en coupe d'une aube de turbomachine;
la est une vue schématique en perspective de l'aube de la ;
la est une vue de dessus d'un outillage selon l'invention au cours de la mise en œuvre du procédé selon l'invention;
la est une autre dessus d'un outillage selon l'invention au cours de la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
Description détaillée de l'invention
On a représenté à la un ensemble d'aube 10 de turbomachine. De manière connue, l'ensemble d'aube 10 est constitué de deux pièces 12 et 14 collées par un film de colle 16 dont l'épaisseur a été exagérée pour les besoins de la compréhension de la . Le film de colle 16 définit ainsi une zone de liaison 18 entre les deux pièces.
La première pièce mécanique 12 est d'une conductivité thermique déterminée et la deuxième pièce 14 est d'une conductivité thermique 14 supérieure à celle de la première pièce 12.
S'agissant d'un ensemble d'aube 10 de turbomachine, la première pièce est une aube 12 réalisée en matériau composite, par exemple un matériau composite à matrice organique, et la deuxième pièce est un renfort métallique 14 en alliage de titane collé sur un bord d'attaque 20 de l'aube 12.
Comme l'illustre la , le renfort 14 s'étend suivant une longueur L le long du bord d'attaque 20 de l'aube 12.
Conventionnellement, les procédés de désolidarisation connus de l'état de la technique consistent soit à ramollir le film de colle 16 en chauffant par induction le renfort 14, soit à réaliser une opération de dissolution chimique du renfort 14.
Comme on le voit sur la , l'épaisseur du renfort 14 n'est pas uniforme. Le renfort 14 coiffe l'aube 12 et il est d'une épaisseur E qui est maximale au niveau du bord d'attaque 20 et qui décroit jusqu'à des valeurs minimales dans des zones 26 et 28 où le renfort rejoint des zones d'extrados 22 et d’intrados 24 de l'aube 12.
Par conséquent, un chauffage du renfort 14 par induction visant à provoquer un ramollissement suffisant du film de colle 16 au niveau du bord d'attaque présente l'inconvénient de provoquer un échauffement excessif des zones 26 et 28, avec pour conséquence un risque de dégradation du matériau composite de l'aube 12 à proximité de ces zones. Cette solution technique est donc inappropriée.
Une opération de dissolution chimique du renfort 14 ne risque pas quant à elle, d'endommager l'aube 12, mais présente toutefois l'inconvénient d'être une opération longue et coûteuse en moyens.
L'invention remédie à ces inconvénients en proposant un procédé comportant au moins une étape de refroidissement au cours de laquelle on refroidit le renfort 14 à une température négative et au moins une étape de sollicitation au cours de laquelle on soumet le renfort 14 à une sollicitation mécanique pour provoquer la rupture du film de colle 16.
Le refroidissement du renfort métallique 14, dont la conductivité thermique est élevée, permet de refroidir le film de colle 16 en contact avec le métal du renfort métallique 14 afin de modifier son comportement mécanique ductile en un comportement mécanique fragile, qui provoque une baisse de sa ténacité. Ceci permet de diminuer l’apport d’énergie mécanique nécessaire à la rupture du film de colle 16, ce qui permet de réduire considérablement le risque de dégradation de l’aube 12 lorsque, au cours de l'étape de sollicitation, le renfort 14 est soumis à une sollicitation mécanique.
La modification du comportement mécanique du film de colle 16 dépend de la colle utilisée. Conventionnellement, les aubes 12 et renforts 14 sont assemblés au moyen de colles époxy qui deviennent fragiles dès que l’on atteint des températures très négatives car la mobilité des chaînes macromoléculaires du film de colle 16 est alors réduite. L'étape de refroidissement du procédé de l'invention permet de fragiliser conséquemment le film de colle.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les étapes de refroidissement et de sollicitation sont simultanées. Cette configuration n'est pas limitative de l'invention, et l'opération de sollicitation pourrait être menée après refroidissement du renfort 14, tant que celui-ci ne remonte pas suffisamment en température pour que le film de colle 16 retrouve son comportement ductile.
Un outillage 30 permettant de mettre en œuvre ces étapes est représenté aux figures 3 et 4.
L'outillage 30 comporte un ensemble 32 mobile en translation suivant une longueur L le long d'une surface libre 32 du renfort 14. L'ensemble 32 peut être déplacé manuellement. Toutefois, dans le cadre d'une industrialisation du procédé, l'ensemble 32 est monté sur un chariot 36 mobile en translation.
L'ensemble 32 comporte de préférence, d'amont en aval selon le sens du déplacement de l'ensemble 30, indiqué par la flèche de la , un groupe de refroidissement 38 destiné à mener l'étape de refroidissement et un groupe de sollicitation 40 destiné à mener l'étape de sollicitation.
Ainsi toute zone du renfort 14 refroidie par le groupe de refroidissement 38 est immédiatement soumise à la sollicitation du groupe de sollicitation 40 lors du déplacement de l'ensemble 30.
Le groupe de refroidissement 38 comporte un réservoir 42 de fluide de refroidissement sous pression et un détendeur 44 apte à recevoir le fluide issu du réservoir 42 et à le délivrer sous une pression déterminée. Ce détendeur est relié à un conduit 46, alimenté en fluide de refroidissement sous pression, qui s'étend à proximité du renfort 14. L'extrémité du conduit 46 comporte une buse 48 qui est configurée pour pulvériser le fluide de refroidissement à la surface du renfort 14.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'étape de refroidissement est réalisée par projection d'un fluide de refroidissement à base d'azote liquide sur le renfort 14.
La buse 48 est donc configurée pour asperger la surface du renfort 14 selon un brouillard d'azote liquide.
L'azote liquide est projeté à une température de -200°C. Le refroidissement du film de colle 16 se fait par conduction thermique au travers du renfort 14. Le temps d’application de l’azote dépend donc de l’épaisseur et de la nature du renfort métallique 14, ainsi que de la température voulue dans le film de colle 16 pour provoquer sa rupture.
Un avantage majeur de ce procédé réside dans les différences de conductivité thermiques du renfort 14 et du film de colle 16.
D'une part, le renfort 14 conduit rapidement la chaleur et permet de refroidir rapidement le film de colle 16. Or la colle en matériau polymère employée dans le film de colle 16 conduit peu la chaleur, ce qui isole thermiquement l’aube 12. A titre d'exemple, quelques secondes d’application d'azote suffisent pour traiter des épaisseurs E de renfort métallique inférieures à 1mm.
Plusieurs types de sollicitation mécanique peuvent être envisagés au cours de l'étape de sollicitation, par exemple des sollicitations exercées perpendiculairement à une corde de l'aube. Toutefois, de préférence, comme l'illustrent les figures 3 et 4, on soumet la deuxième pièce, c’est-à-dire le renfort 14 à une sollicitation de compression selon une direction D sensiblement perpendiculaire à une surface du film de colle 16.
Cette sollicitation de compression est une sollicitation mécanique correspondant à un choc exercé en surface du renfort métallique 14. Cette onde de compression présente l'avantage de se transformer en onde de traction à l’interface entre le renfort 14 et le film de colle 16 du fait de la différence d’impédance mécanique entre le renfort 14 et le film de colle 16. En effet, il est connu que le changement de rigidité mécanique à l’interface entre deux matériaux induit la réflexion d’une partie de l’onde incidente de compression en une onde de traction.
D'une manière générale, la sollicitation de compression peut être réalisée par un moyen de mise en vibration ou par un moyen de projection de projectiles. Un tel moyen de vibration, est par exemple, un moyen de martelage par ultrasons. Un moyen de projection de projectiles est par exemple, un moyen de grenaillage.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le moyen de mise en vibration est un moyen de martelage par ultrasons. A cet effet, le groupe de sollicitation 40 comporte une chaine de composants visant à produire le martelage par ultrasons.
Ces composants comportent un générateur 50, convertissant une source d'énergie électrique d'alimentation du générateur en un signal électrique sinusoïdal. Ce signal alimente un convertisseur 52, qui convertit le signal électrique sinusoïdal en ondes vibratoires sinusoïdales. Ces ondes vibratoires sont transmises à un amplificateur 54, qui les amplifie.
L'amplificateur 54 amplifie les ondes vibratoires à destination d'un sonotrode 56 qui est apte à transmettre mécaniquement les ondes vibratoires. A une extrémité du sonotrode 56 se trouve au moins un doigt de transmission 58, aussi appelé "indenteur", qui reçoit les ondes vibratoires du sonotrode 56, qui est agencé au contact du renfort 14 de la deuxième pièce, et qui est apte à les transmettre mécaniquement au renfort 14.
En fonction de la puissance de la chaine de composants, il est possible, comme c'est le cas sur les figures 3 et 4 de disposer de plusieurs doigts de transmission 58. Ces doigts 58 permettent par exemple non seulement de marteler par ultrasons le bord d'attaque du renfort 14, mais aussi par exemple les zones 26 et 28 où le renfort rejoint des zones d'extrados 22 et 24 de l'aube 12, afin de permettre un décollement uniforme du film de colle 16.
Le ou les doigts de transmission 58 du sonotrode 58 exercent la sollicitation mécanique par martelage par ultrasons, comme on l'a vu, sensiblement selon la direction D sensiblement perpendiculaire à une surface du film de colle 16..
Le martelage par ultrasons est par exemple effectué à une fréquence comprise entre 10kHz et 40 kHz.
Comme on l'a vu, et comme l'illustrent les figures 3 et 4, l'ensemble 32 de l'outillage 30 permet de réaliser simultanément les deux étapes de refroidissement et de sollicitation. Ces deux opérations sont réalisées dans une zone de couverture C du bord d'attaque 20 de l'aube 12 par l'outillage 30, et plus particulièrement par les doigts 58 du sonotrode 56 immédiatement après passage de la buse 48. La zone C est d'une longueur l inférieure à la longueur L du bord d'attaque 14 de l'aube 12. L'outillage 40 est donc déplacé suivant toute la longueur L du bord d'attaque 14 de l'aube 12, comme l'illustrent les figures 3 et 4. Au cours du déplacement, la zone de couverture C subit d’abord le refroidissement par la buse 48 puis immédiatement après la sollicitation mécanique par les doigts de transmission 58. La proximité immédiate des doigts 58 avec la buse 48 évite que le bord d'attaque 20 ne se réchauffe et que le refroidissement ne perde de son efficacité.
Le décollement d'un renfort d'aube 14 de l'aube 12 peut donc être réalisé très simplement par un balayage de celle-ci à l'aide de l'outillage 30.
L'invention simplifie et fiabilise de telles opérations de décollement.

Claims (10)

  1. Procédé de désolidarisation d'une première pièce mécanique (12) d'une deuxième pièce mécanique (14), la deuxième pièce mécanique (14) étant collée à la première pièce mécanique (12) par un film de colle (16) selon une zone de liaison (18), la première pièce mécanique (12) étant d'une première conductivité thermique déterminée et la deuxième pièce mécanique (14) étant d'une deuxième conductivité thermique supérieure à la première conductivité thermique,
    caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de refroidissement au cours de laquelle on refroidit seulement la deuxième pièce mécanique (14) à une température négative et au moins une étape de sollicitation au cours de laquelle on soumet la deuxième pièce mécanique (14) à une sollicitation mécanique pour provoquer la rupture du film de colle (16).
  2. Procédé de désolidarisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les étapes de refroidissement et de sollicitation sont simultanées.
  3. Procédé de désolidarisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au cours de l'étape de sollicitation, on soumet la deuxième pièce (14) à une sollicitation de compression selon une direction (D) sensiblement perpendiculaire à une surface du film de colle (16).
  4. Procédé de désolidarisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la sollicitation de compression est réalisée par un moyen de mise en vibration ou par un moyen de projection de projectiles.
  5. Procédé de désolidarisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen de mise en vibration est un moyen de martelage par ultrasons et en ce que le moyen de projection de projectiles est un moyen de grenaillage.
  6. Procédé de désolidarisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de refroidissement est réalisée par projection d'azote liquide sur la deuxième pièce (14).
  7. Procédé de désolidarisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première pièce (12) est une aube en matériau composite, en ce que la deuxième pièce (14) est un renfort métallique collé sur un bord d'attaque (20) de ladite aube (12) et en ce qu'il comporte deux étapes simultanées comportant une étape de refroidissement du renfort métallique (14) par projection d'azote liquide et une étape de sollicitation au cours de laquelle on soumet le renfort (14) à une sollicitation mécanique par martelage par ultrasons sensiblement selon une direction (D) sensiblement perpendiculaire à une surface du film de colle (16).
  8. Procédé de désolidarisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre au moyen d'un outillage (30) permettant de réaliser simultanément les deux étapes de refroidissement et de sollicitation dans une zone de couverture (C) du bord d'attaque (20) de l'aube (12) par l'outillage de longueur (l) inférieure à une longueur (L) du bord d'attaque (20) de l'aube (12), et en ce que ledit outillage (30) est déplacé suivant toute la longueur (L) du bord d'attaque (20) de l'aube (12).
  9. Procédé de désolidarisation selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'azote liquide est projeté à une température de sensiblement -200°C et en ce que le martelage par ultrasons est effectué à une fréquence comprise entre 10kHz et 40 kHz.
  10. Outillage (30) pour la désolidarisation d'une première pièce mécanique d'une deuxième pièce mécanique selon un procédé selon les revendications 1 à 6 prises en combinaison, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble (32) mobile en translation le long d'une surface libre (34) de la deuxième pièce mécanique (14), ledit ensemble (32) comportant :
    - Un groupe de sollicitation (40) comportant successivement :
    - un générateur (50), convertissant une source d'énergie électrique d'alimentation dudit générateur (50) en un signal électrique sinusoïdal,
    - un convertisseur (52), convertissant le signal électrique sinusoïdal en ondes vibratoires sinusoïdales,
    - un amplificateur (54), amplifiant les ondes vibratoires,
    - un sonotrode (56), apte à transmettre les ondes vibratoires,
    - au moins un doigt de transmission (58), agencé au contact de la deuxième pièce (14), et apte à recevoir les ondes vibratoires du sonotrode (56) et à les transmettre mécaniquement à la deuxième pièce(14),
    - Un groupe de refroidissement (38) comportant, successivement :
    - un réservoir (42) de stockage d'azote sous pression,
    - un détendeur (44) apte à recevoir l'azote issu du réservoir (42) et à le délivrer sous une pression déterminée,
    - un conduit (46), alimenté en azote sous pression par le détendeur (44), et s'étendant à proximité de la deuxième pièce (14),
    - une buse (48), agencée à l'extrémité du conduit (46), configurée pour pulvériser l'azote liquide à la surface de la deuxième pièce (14).
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