FR3101560A1 - Procede de rechargement d’une piece metallique de turbomachine - Google Patents

Procede de rechargement d’une piece metallique de turbomachine Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un procédé de rechargement d’une pièce (1) métallique de turbomachine, ce procédé comportant une première étape d’apport d’un matériau métallique sur une zone (3) à recharger de la pièce (1) et une deuxième étape de fusion du matériau d’apport en vue de son dépôt sur ladite zone (3). Selon l’invention, la pièce (1) et le matériau sont réalisés dans le même alliage métallique, et en ce que la première étape du procédé prévoit l’apport d’un fil (2) de cet alliage de diamètre inférieur à égal à 1mm, et la deuxième étape du procédé prévoit la fusion du fil (2) grâce à l’énergie apportée par un laser pulsé (12). Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

PROCEDE DE RECHARGEMENT D’UNE PIECE METALLIQUE DE TURBOMACHINE
Domaine technique de l'invention
L'invention se rapporte au domaine de l’aéronautique et en particulier à un procédé de rechargement de pièce métallique de turbomachine.
Arrière-plan technique
Lors du fonctionnement d’une turbomachine d’aéronef, de fortes contraintes peuvent être exercées sur les différentes pièces métalliques constituantes de la turbomachine, notamment des contraintes provenant de frottements vibratoires, ou tout autre type de frottement, entre les différentes pièces. Ces contraintes peuvent avoir pour conséquence de créer des usures de contact (freetingen anglais) sur les pièces métalliques de la turbomachine.
Or, les différentes pièces de la turbomachine doivent respecter des normes contraignantes de résistance mécanique, comme par exemple la nécessité de tenue à la perte d’aube de la turbomachine, et les usures de contact que subit une pièce peuvent disqualifier cette dernière vis-à-vis de ces normes.
Il devient alors obligatoire de changer ou de réparer la pièce défectueuse.
Il est connu de réparer certaine pièces métalliques défectueuses par un procédé comprenant une projection plasma. Cependant, ce type de procédé de réparation ne permet pas de redonner une tenue mécanique suffisante pour respecter lesdites normes et ce type de procédé est donc à exclure pour réparer les pièces de turbomachine.
D’autres types de procédé de réparation sont connus, comme par exemple les procédés de soudage dans lesquels la recharge des pièces métalliques défectueuses se fait par fusion du matériau de base et d’un matériau d’apport grâce à un arc électrique (notamment le soudage TIG). Or, cette technique d’apport de matériau crée un échauffement local important de la pièce métallique défectueuse ce qui crée des contraintes et des déformations importantes de la pièce. En outre, ce type de procédé engendre un abattement de matériau trop important pour permettre de valider les calculs.
La demande de brevet FR-A1-2 921 856 décrit un autre type de procédé de réparation qui concerne la réparation de brasures défectueuses par l’intermédiaire d’un laser pulsé. L’apport de matière se fait ici grâce à un fil d’apport de type brasure déposé sur une brasure défectueuse qui correspond à une zone non chargée de la turbomachine.
La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes précités.
L’invention propose à cet effet un procédé de rechargement d’une pièce métallique de turbomachine, comportant une première étape d’apport d’un matériau métallique sur une zone à recharger de la pièce et une deuxième étape de fusion du matériau d’apport en vue de son dépôt sur ladite zone.
Selon l’invention, la pièce et le matériau sont réalisés dans le même alliage métallique, et la première étape du procédé prévoit l’apport d’un fil de cet alliage de diamètre inférieur ou égal à 1mm, et la deuxième étape du procédé prévoit la fusion du fil grâce à l’énergie apportée par un laser pulsé.
L’invention prévoit ainsi de réaliser la fusion du matériau d’apport par un faisceau laser pulsé qui peut être très localisé et réalisé à basse puissance, ce qui permet d’avoir des zones de fusion très peu élargies et donc une très petite zone affectée thermiquement, réduisant ainsi les contraintes et les déformations subies par la pièce métallique défectueuse durant le procédé de réparation par rechargement. L’effet pulsé est ici très important puisqu’il permet de limiter au maximum l’apport de chaleur nécessaire à la fusion.
L’utilisation d’un laser pulsé permet également de gagner en accessibilité, notamment par rapport à une solution de rechargement standard, type TIG. Le procédé de l’invention peut ainsi être réalisé sur de nombreuses pièces de la turbomachine, directement sur la turbomachine ou sous l’aile de l’aéronef sans nécessairement démonter la pièce défectueuse de la turbomachine. Grâce à l’invention il est donc possible de réparer de nouvelles zones des turbomachines jusque-là impossibles à réparer et réduire ainsi le nombre de rebuts.
L’utilisation du même alliage pour le matériau d’apport que celui de la pièce défectueuse, permet de réparer des zones de la pièce sollicitées mécaniquement.
L’invention propose ainsi un procédé de réparation de mise en œuvre rapide et très simple.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
  • une étape préliminaire de détermination d’une aire maximale de la zone à recharger, qui est affectée thermiquement lors de la fusion du fil, la deuxième étape comportant un paramétrage d’un générateur laser en vue de la génération d’un faisceau laser pulsé et en tenant compte de cette aire pour ne pas la dépasser.
  • le générateur est paramétré par réglage de paramètres choisis parmi l’énergie de chacune des impulsions, la géométrie des impulsions (caractéristique puissance/temps) le nombre d’impulsions par seconde, la taille de la tâche laser au point de focalisation, et le taux de recouvrement entre des impulsions.
  • le fil a un diamètre inférieur ou égal à 0,6mm.
  • l’alliage métallique est à base de nickel.
  • l’alliage métallique est du Waspaloy®.
  • la zone à recharger est une zone usée par frottement, et
  • la pièce est un carter annulaire et la zone à recharger est située sur une surface annulaire externe de ce carter.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé dans lequel :
la figure 1 est une vue schématique de dessus illustrant une zone rechargée par un dispositif laser selon l’invention.
Description détaillée de l'invention
En référence à la figure 1, une turbomachine d’un aéronef comprend une pièce 1, ici un carter 1, en particulier le carter de turbine basse pression de la turbomachine, notamment destiné à loger un ou plusieurs éléments de la turbomachine.
Cette pièce 1 est soumise à de nombreuses contraintes lors du fonctionnement de la turbomachine, notamment des frottements vibratoires exercés par d’autres pièces métalliques de la turbomachine, en contact avec la pièce 1.
Ces contraintes peuvent abimer la pièce, notamment en créant des usures, qui peuvent prendre différentes formes, et qui peuvent mesurer environ quelques centièmes de millimètre de profondeur pour une surface d’environ quelques centimètres carrés.
La pièce 1 doit résister à de fortes contraintes mécaniques, et doit respecter des normes comprenant des points de certification, comme par exemple la tenue à la perte d’aube dans le cas où la pièce 1 est un carter de turbine basse pression.
Or, la présence d’usure de contact réduit la résistance mécanique de la pièce 1 qui risque de ne plus remplir les conditions définies par les normes et autres points de certification. Il est donc nécessaire de réparer la pièce 1.
L’invention prévoit pour cela un procédé de rechargement de la pièce 1 métallique de turbomachine, ici le carter 1, qui comprend une première étape d’apport d’un matériau métallique sur une zone 3 à recharger de la pièce 1 et une deuxième étape de fusion du matériau d’apport en vue de son dépôt sur la zone 3 à recharger.
La zone 3 à recharger est ici une zone 3 usée par frottement et est par exemple située sur une surface annulaire externe de la pièce 1. Elle peut également être située sur une surface annulaire interne de la pièce 1.
La pièce 1 et le matériau d’apport sont par exemple réalisés dans le même alliage métallique, notamment à base de nickel et en particulier du Waspaloy®.
La première étape du procédé prévoit l’apport d’un fil 2 de cet alliage de diamètre inférieur ou égal à 1mm et en particulier inférieur ou égal à 0,6mm.
La deuxième étape du procédé prévoit la fusion du fil 2 grâce à l’énergie apportée par un laser pulsé 12.
Pour combler le manque de matière, le rechargement est donc réalisé avec l’apport d’un matériau métallique, se présentant sous la forme d’un fil 2 qui est amené sur l’usure, c’est-à-dire la zone 3 à recharger, pour être fondu lors du passage du laser pulsé 12.
Le laser pulsé 12 permet ainsi de fusionner le matériau d’apport avec le matériau de base.
Une fois, sur la pièce 1, le matériau métallique fondu recouvre ainsi la zone 3 et devient un matériau métallique apporté 2’.
L’invention permet donc de recharger localement la pièce 1 par apport de matière d’addition en fil de faible diamètre fondu par un laser pulsé de faible énergie et très localisé, n’engendrant donc qu’une très petite zone affectée thermiquement sur le matériau de base de la pièce 1.
Le laser pulsé 12 est généré par un dispositif laser 10, comprenant un générateur laser 13 et une tête de laser 11.
La tête de laser 11 transmet le faisceau laser pulsé 12 et est facilement ajustable pour transmettre le laser pulsé 12 à l’endroit souhaité, y compris dans des zones de la turbomachine difficiles d’accès.
Le générateur laser 13 peut être paramétré en vue de la génération du faisceau laser pulsé nécessaire à la réparation. Il est par exemple paramétré par réglage de paramètres choisis parmi l’énergie de chacune des impulsions, la géométrie des impulsions (caractéristique puissance/temps), le nombre d’impulsions par seconde, la taille de la tâche laser au point de focalisation, et le taux de recouvrement entre des impulsions.
Le procédé de l’invention peut comprendre en outre une étape préliminaire de détermination d’une aire maximale de la zone 3 à recharger, qui est affectée thermiquement lors de la fusion du fil. La deuxième étape comporte alors un paramétrage du générateur laser en tenant compte de cette aire pour ne pas la dépasser. Les paramètres générateurs, en particuliers les paramètres cités précédemment, sont déterminés afin d’avoir la zone affectée thermiquement la plus faible possible.
Le procédé peut en outre comprendre une étape suivante de retouche par usinage de la zone rechargée.
L’invention permet ainsi de limiter au maximum l’aire affectée thermiquement par la réparation de sorte que la pièce 1 subit le moins de contrainte et de déformation possible.

Claims (8)

  1. Procédé de rechargement d’une pièce (1) métallique de turbomachine, ce procédé comportant une première étape d’apport d’un matériau métallique sur une zone (3) à recharger de la pièce (1) et une deuxième étape de fusion du matériau d’apport en vue de son dépôt sur ladite zone (3), caractérisé en ce que la pièce (1) et le matériau (2) sont réalisés dans le même alliage métallique, et en ce que la première étape du procédé prévoit l’apport d’un fil (2) de cet alliage de diamètre inférieur ou égal à 1mm, et la deuxième étape du procédé prévoit la fusion du fil (2) grâce à l’énergie apportée par un laser pulsé (12).
  2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel il comprend une étape préliminaire de détermination d’une aire maximale de la zone (3) à recharger, qui est affectée thermiquement lors de la fusion du fil (2), la deuxième étape comportant un paramétrage d’un générateur (13) laser en vue de la génération d’un faisceau laser pulsé (12) et en tenant compte de cette aire pour ne pas la dépasser.
  3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le générateur (13) est paramétré par réglage de paramètres choisis parmi l’énergie de chacune des impulsions, la géométrie des impulsions , le nombre d’impulsions par seconde, la taille de la tâche laser au point de focalisation, et le taux de recouvrement entre des impulsions.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le fil (2) a un diamètre inférieur ou égal à 0,6mm.
  5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’alliage métallique est à base de nickel.
  6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’alliage métallique est du Waspaloy®.
  7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la zone (3) à recharger est une zone usée par frottement.
  8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce (1) est un carter annulaire et la zone (3) à recharger est située sur une surface annulaire externe de ce carter.
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