FR3100466A1 - Procédé de brasage d’un panneau pour ensemble propulsif à l’aide d’alliages d’apport différents - Google Patents

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Abstract

L’invention se rapporte à un procédé de brasage d’un panneau (30) pour ensemble propulsif d’aéronef. Une première feuille de brasure (41) en TiCuNiZr est interposée entre une première peau (31) et une structure alvéolaire (33). Une deuxième feuille de brasure (42) en TiCuNi est interposée entre une deuxième peau (32) et la structure alvéolaire (33). Lors du cycle thermique, le panneau (30) est placé sur un outillage par l’intermédiaire de la première peau (31). La température de fusion du TiCuNiZr étant inférieure à celle du TiCuNi, ce procédé permet de compenser le gradient thermique résultant de l’inertie thermique de l’outillage. De préférence, les peaux (31, 32) comprennent un alliage Ti-6242 et la structure alvéolaire (33) comprend un alliage Beta21s. Figure pour l’abrégé : Fig. 5

Description

Procédé de brasage d’un panneau pour ensemble propulsif à l’aide d’alliages d’apport différents
L’invention se rapporte au domaine de la fabrication par brasage d’un panneau structural et/ou acoustique pour ensemble propulsif d’aéronef.
État de la technique antérieure
Dans un ensemble propulsif d’aéronef, plusieurs composants telle une tuyère d’éjection sont équipés de panneaux structuraux communément appelés « panneaux sandwiches ». Un panneau sandwiche est principalement formé de deux peaux et d’une structure alvéolaire enserrée entre ces peaux. La structure alvéolaire est généralement constituée de cloisons transversales reliant les peaux et contribuant ainsi à la tenue structurale du panneau.
Un tel panneau peut en outre avoir une fonction acoustique afin d’atténuer le bruit généré par l’ensemble propulsif. La peau destinée à être orientée vers la source du bruit est à cet effet rendue perméable à l’air, typiquement à l’aide d’orifices traversant cette peau pour guider l’air au sein de la structure alvéolaire et absorber ainsi de l’énergie acoustique.
Le brasage est une technique conventionnelle pour fixer les uns aux autres les éléments constitutifs d’un tel panneau structural et/ou acoustique lors de sa fabrication. Cette technique consiste à chauffer à sa température de fusion un métal d’apport de brasage interposé entre les éléments à assembler. Le métal d’apport peut prendre la forme d’un feuillard, d’une poudre ou d’une pâte et est choisi de sorte que sa température de fusion soit inférieure à la température de fusion des éléments à assembler.
Dans un panneau de tuyère d’éjection, les peaux et la structure alvéolaire sont typiquement constituées d’un alliage de titane tel qu’un alliage Ti-6242. Le métal d’apport pour braser un tel panneau est typiquement un alliage à base de titane du type TiCuNi dont la température de fusion est d’environ 950°C.
Pour braser un tel panneau, le four est typiquement piloté à une température de consigne de 1020°C. Compte tenu de l’inertie thermique de l’outillage de brasage sur lequel est positionné le panneau, et de la précision d’un four conventionnel, la température de brasage effective se situe dans la plage de 985°C ±20°C.
D’une part, cette température est proche de la température de changement de phase (transus β) de l’alliage Ti-6242 qui est d’environ 995°C.
D’autre part, pendant le brasage, le panneau est positionné sur une contre-forme de l’outillage de brasage dont la masse génère une inertie thermique qui entraîne typiquement un gradient thermique d’environ 40°C entre les deux peaux du panneau.
Ainsi, l’alliage d’apport interposé entre la peau positionnée sur la contre-forme et la structure alvéolaire est chauffé à une température d’environ 965°C. Or une température de fusion trop basse limite la remontée capillaire de l’alliage d’apport, ce qui entraîne une réduction de la résistance mécanique de l’assemblage et le cas échéant une augmentation du pourcentage d’obstruction des orifices acoustiques.
Concernant l’alliage d’apport interposé entre la structure alvéolaire et l’autre peau, celui-ci est chauffé à une température d’environ 1005°C. Or une température de fusion trop élevée, en l’occurrence au-delà de la température du transus β, conduit à un grossissement de grain exagéré et plus généralement à un endommagement du titane.
Par conséquent, cette technique de brasage conventionnelle peut résulter en un panneau dont les deux peaux présentent l’une par rapport à l’autre des microstructures et des propriétés mécaniques différentes entraînant un comportement asymétrique du panneau pendant son utilisation.
De plus, l’inertie thermique précitée nécessite d’allonger la durée du cycle thermique et implique de ce fait un surcoût de fabrication.
L’invention vise à procurer un procédé de fabrication par brasage d’un panneau, notamment pour tuyère d’éjection d’ensemble propulsif, capable de remédier à tout ou partie des inconvénients précités.
Un but particulier de l’invention est de fournir un procédé pouvant être mis en œuvre à l’aide d’un four et d’un outillage de brasage conventionnels.
Un autre but de l’invention est de réduire le coût de fabrication d’un tel panneau.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’un panneau structural et/ou acoustique pour ensemble propulsif d’aéronef, ce procédé comprenant :
– une étape de préparation et d’installation du panneau et d’un outillage de brasage dans une enceinte d’un four, le panneau comprenant une première peau, une deuxième peau et une structure alvéolaire, cette étape incluant :
* une disposition de la première peau sur une contre-forme de l’outillage de brasage,
* une disposition d’un premier alliage d’apport de brasage entre la première peau et la structure alvéolaire,
* une disposition d’un deuxième alliage d’apport de brasage entre la structure alvéolaire et la deuxième peau,
– une étape de brasage dans laquelle l’enceinte est chauffée de manière à fusionner le premier et le deuxième alliage d’apport de brasage.
Selon l’invention, le premier alliage d’apport de brasage a une température de fusion inférieure à la température de fusion du deuxième alliage d’apport de brasage.
La température de fusion différentielle du premier et du deuxième alliage d’apport de brasage permet de compenser le gradient thermique lié à l’outillage de brasage, cela sans modification structurelle du four ou de l’outillage de brasage.
Cela permet notamment de braser le panneau dans un four conventionnel, en utilisant un outillage de brasage conventionnel.
L’invention permet aussi de réduire la température de chauffage maximale atteinte lors du cycle thermique, c’est-à-dire lors de l’étape de brasage, et de réduire ainsi la durée de ce cycle et la durée de vie de l’outillage de brasage en termes de tenue au fluage.
En effet, notamment dans le cas où le deuxième alliage d’apport est un alliage TiCuNi conventionnel, le premier alliage d’apport se liquéfie de manière à braser la première peau et la structure alvéolaire à une température inférieure à celle qu’il serait nécessaire d’atteindre avec un procédé conventionnel dans lequel le premier et le deuxième alliage d’apport sont identiques.
L’abaissement de la température de chauffage maximale permet d’éviter de porter le deuxième alliage d’apport à une température trop élevée, et le cas échéant de maintenir sa température en-dessous de la température du transus β de l’alliage constituant la peau brasée avec ce deuxième alliage d’apport.
Plus généralement, le procédé de l’invention permet d’obtenir un panneau dont les deux peaux présentent des microstructures et des propriétés mécaniques sensiblement identiques, et par conséquent un panneau ayant un comportement sensiblement symétrique lors de son utilisation.
De préférence, le premier et le deuxième alliage d’apport de brasage peuvent chacun être à base de titane.
Dans un mode de réalisation, le premier alliage d’apport de brasage peut comprendre un alliage TiCuNiZr et le deuxième alliage d’apport de brasage peut comprendre un alliage TiCuNi.
Des propriétés de brasage satisfaisantes peuvent typiquement être obtenues en chauffant un alliage TiCuNiZr à une température comprise entre 890°C et 925°C et un alliage TiCuNi à une température comprise entre 965°C et 1005°C.
Une température d’environ 965°C permet par conséquent de fusionner le premier et le deuxième alliage d’apport de manière à procurer des résultats satisfaisants en termes de propriétés mécaniques du panneau ainsi fabriqué, cette température étant notamment inférieure à la température du transus β de l’alliage Ti-6242.
Notamment pour tenir compte de l’inertie thermique de l’outillage, il est préféré que l’étape de brasage soit mise en œuvre de sorte que l’enceinte atteigne une température de chauffage maximale comprise entre 975°C et 985°C, de préférence environ égale à 980°C.
Dans un mode de réalisation, le premier et le deuxième alliage d’apport de brasage peuvent chacun être sous forme de feuillard.
De préférence, la première peau, la deuxième peau et la structure alvéolaire peuvent chacun comprendre un alliage de titane.
Dans un mode de réalisation, la première peau et la deuxième peau peuvent comprendre un alliage Ti-6242 et la structure alvéolaire peut comprendre un alliage Beta21s.
Une telle combinaison d’alliages permet de réduire le coût de fabrication du panneau.
L’invention a aussi pour objet un panneau structural et/ou acoustique pour ensemble propulsif d’aéronef, ce panneau comprenant une première peau, une deuxième peau et une structure alvéolaire enserrée entre la première et la deuxième peau, ce panneau étant caractérisé en ce que la première et la deuxième peau comprennent un alliage Ti-6242 et en ce que la structure alvéolaire comprend un alliage Beta21s, la première peau et la deuxième peau étant chacune brasée avec la structure alvéolaire.
Ce panneau peut être fabriqué à l’aide du procédé décrit ci-dessus, qui est particulièrement adapté à cette combinaison d’alliages. Bien entendu, il peut aussi être fabriqué à l’aide de tout autre procédé tel qu’un procédé de fabrication par soudage diffusion.
De manière non limitative, l’invention a aussi pour objets :
– une tuyère d’éjection pour ensemble propulsif d’aéronef, cette tuyère d’éjection comprenant au moins un panneau tel que décrit ci-dessus,
– un ensemble propulsif pour aéronef, cet ensemble propulsif comprenant une telle tuyère d’éjection et/ou au moins un panneau tel que décrit ci-dessus,
– un aéronef comprenant au moins un tel ensemble propulsif.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit.
La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels :
est une vue schématique en coupe axiale d’un ensemble propulsif d’aéronef ;
est une vue schématique en perspective d’une nacelle d’ensemble propulsif d’aéronef ;
est une vue schématique en perspective et en coupe axiale d’une tuyère d’éjection pour ensemble propulsif d’aéronef ;
est une vue schématique en perspective d’une partie d’un panneau conforme à l’invention ;
est une vue schématique en perspective et en éclaté d’un panneau conforme à l’invention, avant assemblage du panneau, cette figure montrant des feuilles de brasure interposées entre des éléments de ce panneau ;
est une vue en perspective et en coupe d’une installation de brasage ;
est une vue en coupe d’une partie de l’installation de la figure 6.
Description détaillée de modes de réalisation
Il est représenté à la figure 1 un ensemble propulsif 1 d’aéronef comprenant une turbomachine 2 carénée par une nacelle 3. Dans cet exemple, la turbomachine 2 est un turboréacteur à double corps et à double flux.
Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à un sens D1 d’écoulement des gaz à travers l’ensemble propulsif 1 lorsque celui-ci est propulsé.
Le turboréacteur 2 présente un axe central longitudinal A1 autour duquel s’étendent ses différents composants, en l’occurrence, de l’amont vers l’aval du turboréacteur 2, une soufflante 4, un compresseur basse pression 5, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 7, une turbine haute pression 8 et une turbine basse pression 9. Les compresseurs 5 et 6, la chambre de combustion 7 et les turbines 8 et 9 forment un générateur de gaz.
De manière conventionnelle, lors du fonctionnement d’un tel turboréacteur 2, un écoulement d’air 10 pénètre dans l’ensemble propulsif 1 par une entrée d’air 11 en amont de la nacelle 3, traverse la soufflante 4 puis se divise en un flux primaire 10A central et un flux secondaire 10B. Le flux primaire 10A s’écoule dans une veine primaire 12A de circulation des gaz traversant le générateur de gaz. Le flux secondaire 10B s’écoule quant à lui dans une veine secondaire 11B entourant le générateur de gaz et délimitée radialement vers l’extérieur par la nacelle 3.
En référence aux figures 2 et 3, la nacelle 3 comprend une tuyère d’éjection 15 permettant de diriger vers l’aval de l’ensemble propulsif 1 le flux primaire 10A sortant de la veine primaire 12A du turboréacteur 2 de manière à générer une poussée.
De manière connue en soi, la tuyère d’éjection 15 comprend un cône d’éjection 16 (« plug » en anglais) et une buse d’éjection 17 (« nozzle » en anglais) formant tous deux des pièces de révolution concentriques d’axe A1.
De manière connue en soi, la tuyère d’éjection 15 ainsi que d’autres composants de la nacelle 3 comprennent des panneaux structuraux et/ou acoustiques, ces derniers faisant l’objet de la présente invention.
La figure 4 montre une partie d’un panneau 30 conforme à l’invention. Ce panneau 30 comprend une peau interne 31, une peau externe 32 et une structure alvéolaire 33 enserrée entre les peaux interne 31 et externe 32.
Dans cet exemple, la peau interne 31 et la peau externe 32 comprennent chacun un alliage Ti-6242, tandis que la structure alvéolaire 33 comprend un alliage Beta21s.
La structure alvéolaire 33 comprend des cloisons transversales 34 délimitant entre elles des alvéoles 35 formant une structure de type nid d’abeilles ou d’un autre type.
Dans cet exemple, la peau interne 31 comprend des orifices 36 destinés à guider de l’air dans les alvéoles 35 afin d’absorber de l’énergie acoustique, tandis que la peau externe 32 est une peau pleine, structurante.
L’invention concerne plus particulièrement la fabrication d’un tel panneau 30.
Dans la description qui suit, il est considéré que le panneau 30 est une pièce de révolution destinée à former une partie de la buse d’éjection 17 représentée à la figure 3. Cette application n’est toutefois pas limitative, l’invention pouvant être mise en œuvre pour fabriquer un panneau 30 ayant toute autre forme et/ou permettant de former un autre composant de l’ensemble propulsif 1.
La fabrication du panneau 30 est réalisée par brasage des peaux 31 et 32 et de la structure alvéolaire 33.
Le matériau d’apport de brasage comprend dans cet exemple des feuilles de brasure, ou feuillards. Au moins un feuillard 41 est interposé entre la peau interne 31 et la structure alvéolaire 33, et au moins un autre feuillard 42 est interposé entre la peau externe 32 et la structure alvéolaire 33, selon le principe général illustré à la figure 5.
Le feuillard 41 comprend un premier alliage qui est dans cet exemple un alliage TiCuNiZr.
Le feuillard 42 comprend un deuxième alliage qui est dans cet exemple un alliage TiCuNi.
Dans ce qui suit, l’expression « panneau » désigne à la fois la peau interne 31, la peau externe 32, la structure alvéolaire 33 et les feuillards 41 et 42.
Les figures 6 et 7 montrent une installation 50 conventionnelle permettant de braser le panneau 30.
Cette installation 50 comprend essentiellement un four, un outillage de brasage 60 et une cloche 70 de protection thermique.
Le four comprend une enceinte 51 sensiblement cylindrique configurée pour recevoir la cloche 70, l’outillage de brasage 60, ainsi que le panneau 30 à braser.
Le four est en outre équipé d’un moyen de chauffage 52 comprenant dans cet exemple plusieurs réseaux de résistances chauffantes 52A, 52B et 52C montées sur des parois internes de l’enceinte 51. Un premier réseau de résistances chauffantes 52A s’étend sur une paroi verticale de l’enceinte 51, c’est-à-dire radialement autour du panneau 30, de l’outillage 60 et de la cloche 70. Un deuxième réseau de résistances chauffantes 52B s’étend sur une paroi horizontale inférieure de l’enceinte 51, c’est-à-dire verticalement en-dessous du panneau 30, de l’outillage 60 et de la cloche 70. Un troisième réseau de résistances chauffantes 52C s’étend sur une paroi horizontale supérieure de l’enceinte 51, c’est-à-dire verticalement au-dessus du panneau 30, de l’outillage 60 et de la cloche 70.
Dans cette installation 50, le four est un four sous vide permettant d’éviter l’oxydation du panneau 30 pendant le cycle thermique.
Dans un mode de réalisation non représenté, le brasage est réalisé selon une technique conventionnelle de mise en pression partielle du panneau 30, c’est-à-dire avec une très faible pression d’un gaz tel l’argon.
L’outillage de brasage 60 comprend une contre-forme 61 qui présente une forme sensiblement similaire à celle du panneau 30.
Le panneau 30 est dans cet exemple une pièce de révolution ayant une dimension radiale variable le long de son axe de révolution. Ainsi, afin de pouvoir placer le panneau 30 sur la contre-forme 61 et retirer cette dernière après brasage du panneau 30, la contre-forme 61 est réalisée en plusieurs parties.
En référence à la figure 7, le panneau 30, après avoir été préformé, est positionné sur l’outillage 60 de sorte que la peau interne 31 soit disposée sur la contre-forme 61.
Lors de cette étape de préparation, le panneau 30 est dans cet exemple maintenu en position sur l’outillage 60 grâce à un actionneur (non représenté) tel qu’un vérin. Le maintien en position est ici amélioré compte tenu de la forme de la contre-forme 61 et du panneau 30 qui présentent chacun une partie concave ou convexe.
Avant initiation du cycle thermique, l’outillage 60 et le panneau 30 ainsi positionné sont placés dans l’enceinte 51 et recouverts de la cloche 70 tel qu’illustré sur les figures 6 et 7.
Dans cette configuration, le panneau 30 est disposé entre la contre-forme 61 et le réseau de résistances chauffantes 52A.
Le brasage du panneau 30 est réalisé au cours d’un cycle thermique lors duquel le moyen de chauffage 52 entraîne une augmentation de la température au sein de l’enceinte 51, jusqu’à atteindre dans cet exemple une température maximale de 980°C.
L’énergie thermique générée par le moyen de chauffage 52 est transférée par rayonnement à la cloche 70 qui transfère par rayonnement cette énergie au panneau 30 et à l’outillage 60.
Le panneau 30 est également chauffé par conduction via l’outillage 60.
La contre-forme 61 est configurée de sorte que, à une température inférieure à la température de fusion de chacun des feuillards 41 et 42, cette contre-forme 61 se dilate et de sorte que, lorsque celle-ci atteint la température de fusion du feuillard 41, sa dilatation est maximale, de manière à exercer un effort de plaquage des éléments du panneau 30 les uns contre les autres.
L’inertie thermique de l’outillage 60, et en particulier de la contre-forme 61, est telle que la température au niveau du feuillard 41 est d’environ 925°C lorsque l’enceinte 51 est chauffée à ladite température maximale de 980°C.
Compte tenu de l’alliage respectif des feuillards 41 et 42, le chauffage de l’enceinte 51 à une température de 980°C permet de liquéfier à la fois le feuillard 41, dont la température de fusion est comprise entre 890°C et 925°C, et le feuillard 42, dont la température de fusion est comprise entre 965°C et 1005°C.
Le feuillard 41 étant chauffé aux alentours de 925°C, c’est-à-dire à une température située dans la partie haute de son domaine de brasabilité, cela permet notamment de réduire le pourcentage d’obstruction des orifices 36.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Par exemple, le premier et/ou le deuxième alliage d’apport de brasage peuvent être sous forme de pâte, c’est-à-dire comprenant une poudre en alliage à base de titane tel que décrit ci-dessus mélangée à un liant. Pour autre exemple, les peaux 31 et 32 ainsi que la structure alvéolaire 33 peuvent chacun comprendre un même alliage, par exemple un alliage Ti-6242.

Claims (7)

  1. Procédé de fabrication d’un panneau (30) structural et/ou acoustique pour ensemble propulsif d’aéronef, ce procédé comprenant :
    – une étape de préparation et d’installation du panneau (30) et d’un outillage de brasage (60) dans une enceinte (51) d’un four, le panneau (30) comprenant une première peau (31), une deuxième peau (32) et une structure alvéolaire (33), cette étape incluant :
    * une disposition de la première peau (31) sur une contre-forme (61) de l’outillage de brasage (60),
    * une disposition d’un premier alliage d’apport de brasage (41) entre la première peau (31) et la structure alvéolaire (33),
    * une disposition d’un deuxième alliage d’apport de brasage (42) entre la structure alvéolaire (33) et la deuxième peau (32),
    – une étape de brasage dans laquelle l’enceinte (51) est chauffée de manière à fusionner le premier (41) et le deuxième alliage d’apport de brasage (42),
    ce procédé étant caractérisé en ce que le premier alliage d’apport de brasage (41) a une température de fusion inférieure à la température de fusion du deuxième alliage d’apport de brasage (42).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier (41) et le deuxième alliage d’apport de brasage (42) sont chacun à base de titane.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le premier alliage d’apport de brasage (41) comprend un alliage TiCuNiZr et le deuxième alliage d’apport de brasage (42) comprend un alliage TiCuNi.
  4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’étape de brasage est mise en œuvre de sorte que l’enceinte (51) atteigne une température de chauffage maximale comprise entre 975°C et 985°C, de préférence environ égale à 980°C.
  5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier (41) et le deuxième alliage d’apport de brasage (42) sont chacun sous forme de feuillard.
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la première peau (31), la deuxième peau (32) et la structure alvéolaire (33) comprennent chacun un alliage de titane.
  7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la première peau (31) et la deuxième peau (32) comprennent un alliage Ti-6242 et la structure alvéolaire (33) comprend un alliage Beta21s.
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