FR3109108A1 - Method of removing an area of a layer, turbine blade, turbomachine, aircraft and device - Google Patents
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Abstract
Procédé d’élimination d’une zone d’une couche comprenant un premier matériau, la couche recouvrant une pièce aéronautique telle qu’une aube de turbine, la pièce aéronautique comprenant un deuxième matériau, l’élimination étant réalisée par cycles d’élimination successifs de la couche, le procédé comprenant une étape, réalisée par un dispositif d’élimination comportant un laser configuré pour l’émission d’un faisceau laser, de balayage par le faisceau du laser de la zone afin de réaliser au moins un cycle d’élimination de la couche et une étape, réalisée par un dispositif optique, de détection dans un plasma généré par l’élimination de la couche, d’éléments du deuxième matériau. Les étapes de balayage et de détection sont réalisées jusqu’à ce que des éléments du deuxième matériau soit détectés. Figure pour l’abrégé : Fig. 8Method of removing a zone of a layer comprising a first material, the layer covering an aeronautical part such as a turbine blade, the aeronautical part comprising a second material, the elimination being carried out by successive elimination cycles of the layer, the method comprising a step, carried out by an elimination device comprising a laser configured for the emission of a laser beam, of scanning by the laser beam of the zone in order to carry out at least one cycle of elimination of the layer and a step, carried out by an optical device, of detection in a plasma generated by the elimination of the layer, of elements of the second material. The scanning and detection steps are performed until elements of the second material are detected. Figure for the abstract: Fig. 8
Description
Domaine technique général et art antérieurGeneral technical field and prior art
La présente divulgation concerne le domaine général de pièces, par exemple des pièces aéronautiques, comprenant une couche superficielle que l’on souhaite éliminer sur une zone. Plus particulièrement il concerne l’élimination d’une couche superficielle de matière sur une aube d’une turbomachine. On peut également parler de manière équivalente d’ablation ou d’usinage de cette couche superficielle.The present disclosure relates to the general field of parts, for example aeronautical parts, comprising a surface layer which it is desired to remove from an area. More specifically, it concerns the elimination of a surface layer of material on a blade of a turbomachine. We can also speak in an equivalent way of ablation or machining of this superficial layer.
La figure 1 représente une turbomachine utilisée en particulier dans un aéronef. Les turbomachines sont des machines qui permettent de transformer l'énergie cinétique d’un fluide en énergie mécanique (et inversement) par l’intermédiaire d’un ensemble rotatif 101 appelé rotor. La partie statique 102 de la turbomachine est appelé le stator.FIG. 1 represents a turbomachine used in particular in an aircraft. Turbomachines are machines that transform the kinetic energy of a fluid into mechanical energy (and vice versa) via a rotating assembly 101 called a rotor. The static part 102 of the turbomachine is called the stator.
Le rotor 101 et le stator 102 des turbomachines comprennent généralement une pluralité d’aubes 103. Une aube 103 est une pièce mécanique d’une turbomachine qui sert à canaliser un écoulement d’un fluide dans la turbomachine ou pour créer l’écoulement du fluide. La figure 2 représente une telle aube 103, qui comporte une première partie 103-a située à une extrémité et permettant de fixer l’aube au stator ou au rotor et une deuxième partie 103-b, s’entendant depuis la partie de fixation, permettant de canaliser ou créer l’écoulement du fluide. Cette deuxième partie 103-b est également connue sous le nom de pale. L’aube 103 de la figure 2 représente une aube mobile, le pied permet en effet de lier la pièce au disque. Dans le cas d’une aube mobile fixée sur un stator la structure de la pièce serait différente, il n’y a pas de pied. On retrouve une pale positionnée entre plateforme (ou virole) intérieure et extérieure. Sur la figure 103 la zone obligatoire correspond à la zone sur laquelle la couche de protection thermique est déposée.The rotor 101 and the stator 102 of the turbomachines generally comprise a plurality of vanes 103. A vane 103 is a mechanical part of a turbomachine which serves to channel a flow of a fluid in the turbomachine or to create the flow of the fluid . FIG. 2 shows such a blade 103, which comprises a first part 103-a located at one end and allowing the blade to be fixed to the stator or to the rotor and a second part 103-b, extending from the fixing part, allowing to channel or create the flow of the fluid. This second part 103-b is also known as the blade. The vane 103 in FIG. 2 represents a mobile vane, the foot in fact makes it possible to link the part to the disc. In the case of a mobile blade fixed on a stator, the structure of the part would be different, there is no foot. There is a blade positioned between the inner and outer platform (or shell). In FIG. 103, the obligatory zone corresponds to the zone on which the thermal protection layer is deposited.
L’aube comporte généralement des cavités internes s’étendent sur la hauteur de l’aube, et comprennent, d’amont en aval dans le sens de l’écoulement des gaz de la chambre de combustion, une cavité de bord d’attaque et une cavité de bord de fuite, adjacentes au bord d’attaque et au bord de fuite de l’aube respectivement, et au moins une cavité centrale, s’étendant entre la cavité de bord d’attaque et la cavité de bord de fuite. Ces cavités sont alimentées en gaz de refroidissement par des canalisations les reliant au pied de l’aube et permettent ainsi le refroidissement de l’aube.The blade generally comprises internal cavities extending over the height of the blade, and include, from upstream to downstream in the direction of the flow of the gases from the combustion chamber, a leading edge cavity and a trailing edge cavity, adjacent to the leading edge and the trailing edge of the blade respectively, and at least one central cavity, extending between the leading edge cavity and the trailing edge cavity. These cavities are supplied with cooling gas by pipes connecting them to the root of the blade and thus allow the cooling of the blade.
La figure 3 représente de manière schématique les étapes nécessaires à la réalisation d’une telle aube. La fabrication de ces aubes comprend généralement une étape 301 de moulage d’une pièce métallique par une technique de cire perdue.Figure 3 schematically represents the steps required to produce such a blade. The manufacture of these blades generally includes a step 301 of molding a metal part using a lost wax technique.
Cette technique consiste schématiquement à réaliser une ébauche d’aube en cire dans laquelle sont noyés des noyaux en céramique qui reproduisent les cavités à venir. L’aube en cire est ensuite noyée dans une carapace, par exemple en matériau réfractaire, puis les noyaux sont éliminés par voie chimique, laissant à leur place les cavités internes et de baignoire recherchées. Des mises en œuvre de cette méthode sont en particulier décrites dans les documents FR 2 875 425, FR 2 874 186, ou encore FR 2 957 828 au nom de la demanderesse.This technique consists schematically in making a wax dawn outline in which are embedded ceramic cores which reproduce the cavities to come. The wax vane is then embedded in a shell, for example made of refractory material, then the cores are chemically removed, leaving the desired internal and bathtub cavities in their place. Implementations of this method are in particular described in documents FR 2 875 425, FR 2 874 186, or even FR 2 957 828 in the name of the applicant.
La pièce métallique ainsi moulée est ensuite fraisée durant une étape 302. Ensuite le procédé comporte le dépôt d’une pluralité de couches et le perçage de trous servant de passage au gaz de refroidissement dans les cavités. Ce dépôt de couches puis ces perçages peuvent être réalisés de deux manières différentes.The metal part thus molded is then milled during a step 302. Then the method comprises the deposition of a plurality of layers and the drilling of holes serving as a passage for the cooling gas in the cavities. This deposition of layers and then these holes can be made in two different ways.
- D’une première manière en réalisant d’abord une étape 303 de perçage, puis en réalisant une étape 304 de dépôt d’une couche d’un revêtement métallique anti oxydant et enfin en réalisant une étape 305 de dépôt d’une couche d’un revêtement céramique isolant thermique.- In a first way by first performing a step 303 of drilling, then by performing a step 304 of depositing a layer of an antioxidant metal coating and finally by performing a step 305 of depositing a layer of thermal insulating ceramic coating.
- D’une deuxième manière en réalisant d’abord l’étape 304 de dépôt d’une couche d’un revêtement métallique anti oxydant ensuite l’étape 303 de perçage et enfin l’étape 305 de dépôt d’une couche d’un un revêtement céramique isolant thermique.- In a second way by first performing step 304 of depositing a layer of an antioxidant metal coating, then step 303 of drilling and finally step 305 of depositing a layer of a a thermally insulating ceramic coating.
Il est également possible que le revêtement céramique isolant thermique soit déposée directement sur la pièce métallique moulée et fraisée.It is also possible for the heat-insulating ceramic coating to be deposited directly on the molded and milled metal part.
Des exemples de mises en œuvre du dépôt d’une couche sont décrits dans le document FR 2 941 966 au nom de la demanderesse.Examples of implementations of the deposition of a layer are described in document FR 2 941 966 in the name of the applicant.
La figure 4 représente d’une autre manière les étapes de fabrication d’une aube.Figure 4 shows the manufacturing steps of a blade in another way.
La figure 5 représente de manière agrandie une pièce PE recouverte de deux couches (CI et CS).Figure 5 shows an enlarged PE part covered with two layers (CI and CS).
Les contraintes de tolérance sur les différentes dimensions des aubes sont généralement définies sur la pièce finale, c’est-à-dire comprenant la surépaisseur provoquée par les différentes couches. En particulier l’aube peut comporter une pluralité de trous utilisés pour son refroidissement et dont la taille après fabrication doit respecter des contraintes précises. Il est alors nécessaire dans certains cas de faire une élimination d’une ou plusieurs couches superficielles de la pièce afin de respecter ces contraintes de taille. Cette élimination doit être cependant suffisamment précise afin de ne pas impacter une couche sous-jacente à cette couche superficielle.The tolerance constraints on the different dimensions of the blades are generally defined on the final part, i.e. including the extra thickness caused by the different layers. In particular, the blade may comprise a plurality of holes used for its cooling and the size of which after manufacture must comply with precise constraints. It is then necessary in some cases to eliminate one or more surface layers of the part in order to respect these size constraints. This elimination must however be sufficiently precise so as not to impact a layer underlying this superficial layer.
En particulier il peut être nécessaire dans le cas d’une pièce recouverte d’une première couche de matériau anti oxydation puis d’une deuxième couche de matériau céramique, d’éliminer cette deuxième couche sur une zone tout en n’affectant pas thermiquement la sous couche anti oxydation, afin de ne pas limiter le potentiel de durée de vie de la zone sur la deuxième couche a été éliminée. Il est donc nécessaire d’enlever la totalité de céramique sans impacter la sous couche. Cette contrainte s’applique particulièrement pour les zones du bord de fuite, car elles sont très chaudes en fonctionnement (>1050°C) et donc sujettes à une oxydation forte si le revêtement est dégradé.In particular, it may be necessary in the case of a part covered with a first layer of anti-oxidation material then with a second layer of ceramic material, to eliminate this second layer on one zone while not thermally affecting the under anti-oxidation layer, so as not to limit the potential life of the area on the second layer has been eliminated. It is therefore necessary to remove all of the ceramic without impacting the undercoat. This constraint applies particularly to the trailing edge areas, as they are very hot in operation (>1050°C) and therefore subject to strong oxidation if the coating is degraded.
Il est connu d’utiliser pour cette élimination un laser, par exemple un laser de type nanoseconde ou de type femtoseconde. Laser est un acronyme issu de l'anglais signifiant « light amplification by stimulated emission of radiation » qui signifie en français « amplification de la lumière par émission stimulée de radiation ») est un système photonique. Il s'agit d'un appareil qui produit un rayonnement lumineux spatialement et temporellement cohérent basé sur l'effet laser.It is known to use a laser for this elimination, for example a laser of the nanosecond type or of the femtosecond type. Laser is an acronym from the English meaning "light amplification by stimulated emission of radiation" which means in French "amplification of light by stimulated emission of radiation") is a photonic system. It is a device that produces spatially and temporally coherent light radiation based on the laser effect.
Ces lasers permettent l’élimination d’une épaisseur comprise entre 10 et 20 µm par cycle de balayage par le faisceau laser de la zone à éliminer, dans le cas d’un matériau céramique. Dans le cas d’une couche de céramique de 150µm il faut donc en moyenne 10 cycles. Cependant du fait de la variation de la profondeur d’élimination, et de l’épaisseur de la couche à éliminer, il n’est pas possible de figer le nombre de cycles à effectuer pour éliminer la totalité de l’épaisseur d’une couche sans impacter la couche sous-jacente.These lasers allow the elimination of a thickness of between 10 and 20 µm per scan cycle by the laser beam of the area to be eliminated, in the case of a ceramic material. In the case of a ceramic layer of 150µm, an average of 10 cycles is therefore required. However, due to the variation in the depth of elimination, and the thickness of the layer to be eliminated, it is not possible to set the number of cycles to be carried out to eliminate the entire thickness of a layer. without impacting the underlying layer.
Les figures 6-a à 6-d illustre l’influence du nombre de passes d'usinage par laser sur la structure de la partie sous-jacente à la couche que l’on souhaite éliminer. Sur la figure 6-a 10 passes ont été réalisées, ce qui permet l’élimination complète de la couche sans attaquer la partie sous-jacente à la couche. Sur la figure 6-b 20 passes ont été réalisées ce qui a pour effet d’attaquer la partie sous-jacente à la couche. La figure 6-c illustre de manière schématisé l’influence du nombre de passes. La figure 6-d illustre l’élimination de la couche via des cycles en marche d’escalier avec une hauteur d’élimination par cycle de 20µm.Figures 6-a to 6-d illustrate the influence of the number of laser machining passes on the structure of the part underlying the layer to be eliminated. In figure 6-a 10 passes have been made, which allows the complete elimination of the layer without attacking the part underlying the layer. In figure 6-b 20 passes have been made which has the effect of attacking the part underlying the layer. Figure 6-c schematically illustrates the influence of the number of passes. Figure 6-d illustrates the removal of the layer via step cycles with a removal height per cycle of 20 µm.
Il est aussi connu de déterminer l’épaisseur de la couche à éliminer par l’utilisation d’un stylet palpeur. Cependant cette solution présente le désavantage, de ne pas connaitre précisément l’épaisseur de la couche à éliminer, en effet les tolérances sur la pièce sous-jacente et/ou les couches localisées sous la couche à éliminer font qu’il n’est pas possible de connaitre précisément localisation du plan situé sous la couche à éliminer. La figure 7 représente la partie superficielle d’une pièce PE (ici une aube), sur laquelle une couche CS est appliquée. Cette pièce présente une tolérance de fabrication Tl représentée par des hachures. Cette tolérance va impacter la localisation de la limite entre la pièce PE et la couche CS. Donc l’épaisseur déterminée en utilisant un stylet palpeur va avoir une marge d’erreur provoquée par ces tolérances de fabrication.It is also known to determine the thickness of the layer to be eliminated by using a feeler stylus. However, this solution has the disadvantage of not knowing precisely the thickness of the layer to be eliminated, in fact the tolerances on the underlying part and/or the layers located under the layer to be eliminated mean that it is not possible to know precisely the location of the plane located under the layer to be eliminated. Figure 7 shows the surface part of a PE part (here a blade), on which a CS layer is applied. This part has a manufacturing tolerance T1 represented by hatching. This tolerance will impact the location of the boundary between the PE part and the CS layer. Therefore the thickness determined using a stylus will have a margin of error caused by these manufacturing tolerances.
Les solutions actuelles ne fournissent pas de moyen pour éditer le nombre de cycles à effectuer en fonction de l’épaisseur de la couche objet de l’élimination il y a donc un besoin pour un système d’élimination permettant d’effectuer l’élimination précise d’une couche en minimisant l’impact sur les couches sous-jacentes.The current solutions do not provide a means to edit the number of cycles to be performed according to the thickness of the layer object of the elimination so there is a need for an elimination system making it possible to carry out the precise elimination. of a layer by minimizing the impact on the underlying layers.
Présentation générale de l’inventionGeneral presentation of the invention
Dans ce cadre, la présente divulgation se propose de résoudre le problème de l’élimination d’une couche de matière tout en minimisant l’impact sur des couches sous-jacentes.In this context, the present disclosure proposes to solve the problem of the elimination of a layer of material while minimizing the impact on the underlying layers.
Il est ainsi proposé, selon un premier aspect de cette divulgation, un procédé d’élimination d’une zone d’une couche comprenant un premier matériau, la couche recouvrant une pièce aéronautique telle qu’une aube de turbine, la pièce aéronautique comprenant un deuxième matériau, l’élimination étant réalisée par cycles d’élimination successifs de la couche, le procédé comprenant une étape, réalisée par un dispositif d’élimination comportant un laser configuré pour l’émission d’un faisceau laser, de balayage par le faisceau du laser de la zone afin de réaliser au moins un cycle d’élimination de la couche et une étape, réalisée par un dispositif optique, de détection dans un plasma généré par l’élimination de la couche, d’éléments du deuxième matériau. Les étapes de balayage et de détection sont réalisées jusqu’à ce que des éléments du deuxième matériau soit détectés.There is thus proposed, according to a first aspect of this disclosure, a method for eliminating an area of a layer comprising a first material, the layer covering an aeronautical part such as a turbine blade, the aeronautical part comprising a second material, the elimination being carried out by successive cycles of elimination of the layer, the method comprising a step, carried out by an elimination device comprising a laser configured for the emission of a laser beam, of scanning by the beam of the laser of the zone in order to carry out at least one cycle of elimination of the layer and a step, carried out by an optical device, of detection in a plasma generated by the elimination of the layer, of elements of the second material. The scanning and detection steps are carried out until elements of the second material are detected.
Le procédé d’élimination peut être mis en œuvre de la manière suivante.The elimination process can be implemented as follows.
Dans un mode de réalisation, l’étape de détection est réalisée par un spectromètre apte à la détection dans un plasma généré par l’élimination de la couche, d’éléments du deuxième matériau, par exemple des atomes du deuxième matériau.In one embodiment, the detection step is carried out by a spectrometer capable of detecting, in a plasma generated by the elimination of the layer, elements of the second material, for example atoms of the second material.
Dans un mode de réalisation, le dispositif d’élimination comprend en outre au moins deux miroirs aptes à orienter le faisceau laser vers un point de la zone et l’étape de balayage comprenant la modification de l’orientation des miroirs pour réaliser le balayage de la zone par le faisceau du laser.In one embodiment, the elimination device further comprises at least two mirrors capable of directing the laser beam towards a point in the zone and the scanning step comprising modifying the orientation of the mirrors to carry out the scanning of the area by the laser beam.
Dans un mode de réalisation, au moins un cycle d’élimination a une durée d’une seconde.In one embodiment, at least one elimination cycle has a duration of one second.
Dans un mode de réalisation, la zone est un carré de 3mm de côté.In one embodiment, the zone is a square with a side of 3 mm.
Dans un mode de réalisation, les étapes de balayage et de détection sont réalisées en parallèle.In one embodiment, the scanning and detection steps are performed in parallel.
Dans un mode de réalisation, les étapes de balayage et de détection sont réalisées de manière séquentielle.In one embodiment, the scanning and detecting steps are performed sequentially.
Il est ainsi proposé selon un autre aspect de cette divulgation, un procédé de fabrication d’une pièce aéronautique, telle qu’une aube de turbine, le procédé comprenant une étape de moulage de la pièce par moulage à cire perdue, éventuellement une étape de dépôt d’une première couche sur la pièce moulée sur la pièce moulée et une étape de dépôt d’au moins une seconde couche sur la pièce moulée ou éventuellement sur la première couche et une étape d’élimination de la seconde couche sur une zone de la pièce moulée.There is thus proposed according to another aspect of this disclosure, a method for manufacturing an aeronautical part, such as a turbine blade, the method comprising a step of molding the part by lost-wax casting, optionally a step of depositing a first layer on the molded part on the molded part and a step of depositing at least a second layer on the molded part or optionally on the first layer and a step of eliminating the second layer on an area of the molded part.
Il est ainsi proposé selon un autre aspect de cette divulgation une aube de turbine réalisée selon le procédé de la section précédente.There is thus proposed according to another aspect of this disclosure a turbine blade made according to the method of the previous section.
Il est ainsi proposé selon un autre aspect de cette divulgation une turbomachine comprenant au moins une aube de turbine telle que décrite dans la section précédente.There is thus proposed according to another aspect of this disclosure a turbomachine comprising at least one turbine blade as described in the previous section.
Il est ainsi proposé selon un autre aspect de cette divulgation un aéronef comprenant au moins une turbomachine telle que décrite dans la section précédente.There is thus proposed according to another aspect of this disclosure an aircraft comprising at least one turbine engine as described in the previous section.
Il est ainsi proposé selon un autre aspect de cette divulgation un dispositif d’élimination d’une zone d’une couche comprenant un premier matériau, la couche recouvrant une pièce aéronautique telle qu’une aube de turbine, la pièce aéronautique comprenant un deuxième matériau, l’élimination étant réalisée par cycles d’élimination successifs de la couche, le dispositif comprenant un dispositif d’élimination, comportant un laser configuré pour l’émission d’un faisceau laser, le dispositif étant commandable pour réaliser au moins un cycle d’élimination de la couche, par un balayage du faisceau laser sur la zone et un dispositif optique apte à la détection dans un plasma généré par l’élimination de la couche, d’éléments du deuxième matériau et une unité de traitement comprenant une entrée pour recevoir des informations représentatives de la détection d’éléments du deuxième matériau dans le plasma et une sortie pour commander le dispositif d’élimination. L’unité de traitement est configurée pour commander des cycles d’élimination au dispositif d’élimination tant que des éléments du deuxième matériau ne sont pas détectés.There is thus proposed according to another aspect of this disclosure a device for eliminating a zone of a layer comprising a first material, the layer covering an aeronautical part such as a turbine blade, the aeronautical part comprising a second material , the elimination being carried out by successive cycles of elimination of the layer, the device comprising an elimination device, comprising a laser configured for the emission of a laser beam, the device being controllable to carry out at least one cycle of elimination of the layer, by scanning the laser beam over the area and an optical device capable of detecting in a plasma generated by the elimination of the layer, elements of the second material and a processing unit comprising an input for receiving information representative of the detection of elements of the second material in the plasma and an output for controlling the elimination device. The processing unit is configured to command elimination cycles to the elimination device as long as elements of the second material are not detected.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description, which is purely illustrative and not limiting, and must be read in conjunction with the appended figures:
- La figure 1 représente de manière schématique turbomachine.FIG. 1 schematically represents the turbomachine.
- La figure 2 représente de manière schématique une aube de turbomachine.FIG. 2 schematically represents a turbine engine blade.
- La figure 3 représente un procédé de fabrication d’une aube.Figure 3 shows a blade manufacturing process.
- La figure 4 représente d’une autre manière un procédé de fabrication d’une aube.FIG. 4 shows another way of manufacturing a blade.
- La figure 5 représente de manière schématique une pièce recouvert de deux couches.FIG. 5 schematically represents a part covered with two layers.
- Les figures 6-a à 6-d illustrent influence du nombre de passes.Figures 6-a to 6-d illustrate the influence of the number of passes.
- La figure 7 représente de manière schématique un mécanisme utilisant un stylet palpeur.Figure 7 schematically shows a mechanism using a feeler stylus.
- La figure 8 représente de manière schématique un dispositif d’élimination d’une couche.Figure 8 schematically shows a layer removal device.
- La figure 9 représente de manière schématique un dispositif d’élimination d’une couche.Figure 9 schematically shows a layer removal device.
- La figure 10 représente le procédé d’élimination d’une couche.Figure 10 shows the layer removal process.
- La figure 11 représente la fabrication d’une aube en utilisant le procédé de la figure 9 et le dispositif de la figure 7 et 8.Figure 11 shows the manufacture of a blade using the process of Figure 9 and the device of Figures 7 and 8.
- La figure 12 représente de manière schématique un dispositif d’élimination d’une couche selon un autre mode de mise en œuvre.FIG. 12 schematically represents a device for removing a layer according to another mode of implementation.
- La figure 13 représente le procédé d’élimination d’une couche selon un autre mode de mise en œuvreFIG. 13 represents the process for removing a layer according to another mode of implementation
Description d’un ou plusieurs modes de réalisationDescription of one or more embodiments
La figure 8 représente de manière schématique un dispositif d’élimination d’une couche superficielle CS appliquée sur un support PE. Ce support est par exemple une pièce ou une autre couche de matière appliquée sur une pièce. La pièce peut être une pièce aéronautique, par exemple une aube de turbine montée dans une turbomachine. Dans le cas où la pièce est une aube de turbine, elle a pu être réalisée suivant le procédé décrit figure 3. Ainsi la pièce aéronautique sera en métal (aussi connu sous l’expression brut de fonderie) par exemple en superalliage à base de Ni sur lequel une couche de matière anti oxydante puis une couche de barrière thermique céramique auront été déposées. Il est aussi possible d’avoir une pièce aéronautique en métal (brut de fonderie) sur laquelle la couche de barrière thermique céramique est directement appliquée.Figure 8 schematically represents a device for removing a CS surface layer applied to a PE support. This support is for example a part or another layer of material applied to a part. The part can be an aeronautical part, for example a turbine blade mounted in a turbomachine. In the case where the part is a turbine blade, it could be produced according to the process described in figure 3. Thus the aeronautical part will be made of metal (also known as the expression as-cast), for example of Ni-based superalloy on which a layer of antioxidant material then a layer of ceramic thermal barrier will have been deposited. It is also possible to have an aeronautical metal part (as cast) on which the ceramic thermal barrier layer is directly applied.
La couche superficielle CS comprend un premier matériau et le support PE comprend un deuxième matériau. Le dispositif comprend :The surface layer CS comprises a first material and the support PE comprises a second material. The device includes:
- un dispositif d’élimination 801, comportant un laser configuré pour l’émission d’un faisceau laser, le dispositif étant commandable pour réaliser au moins un cycle d’élimination de la couche, par un balayage du faisceau laser sur la zone et- an elimination device 801, comprising a laser configured for the emission of a laser beam, the device being controllable to carry out at least one layer elimination cycle, by scanning the laser beam over the zone and
- un dispositif optique 802 apte à la détection dans un plasma généré par l’élimination de la couche, d’éléments du deuxième matériau.- an optical device 802 capable of detecting, in a plasma generated by the elimination of the layer, elements of the second material.
Le dispositif comprend aussi une unité de traitement 803 comprenant :The device also comprises a processing unit 803 comprising:
- une entrée 803-a pour recevoir des informations représentatives de la détection d’éléments du deuxième matériau dans le plasma;- an input 803-a to receive information representative of the detection of elements of the second material in the plasma;
- une sortie 803-b pour commander le dispositif d’élimination.- an 803-b output to control the elimination device.
L’unité de traitement 803 est configurée pour commander des cycles d’élimination au dispositif d’élimination 801 tant que des éléments du deuxième matériau ne sont pas détectés. Ces éléments du deuxième matériau sont détectés dans le plasma par le dispositif optique 802.The processing unit 803 is configured to command elimination cycles to the elimination device 801 as long as elements of the second material are not detected. These elements of the second material are detected in the plasma by the optical device 802.
Le dispositif décrit précédemment permet, durant le processus d’élimination de la couche CS, d’analyser la composition chimique du plasma généré par l’élimination laser de cette couche CS afin de détecter la présence d’éléments, par exemple des atomes de Ni, du support PE dans celui-ci. Dans le cas où la pièce aéronautique est en métal sur lequel une couche de matière anti oxydante puis une couche de barrière thermique céramique ont été déposées alors ce processus visera à la détection des atomes de la couche de matière anti oxydante dans le plasma et à arrêter l’ablation suite à la détection de ces atomes. Dans le cas où la pièce aéronautique est en métal sur lequel une couche de barrière thermique céramique a été déposée directement alors ce processus visera à la détection des atomes de métal dans le plasma et à arrêter l’ablation suite à la détection de ces atomes.The device described previously makes it possible, during the process of removing the CS layer, to analyze the chemical composition of the plasma generated by the laser removal of this CS layer in order to detect the presence of elements, for example Ni atoms , PE support therein. In the case where the aeronautical part is made of metal on which a layer of antioxidant material then a layer of ceramic thermal barrier have been deposited, then this process will aim to detect the atoms of the layer of antioxidant material in the plasma and to stop ablation following the detection of these atoms. In the case where the aeronautical part is made of metal on which a layer of ceramic thermal barrier has been deposited directly, then this process will aim at the detection of metal atoms in the plasma and at stopping the ablation following the detection of these atoms.
En particulier les atomes, présents dans le plasma créé par le laser servant à l’élimination, se désexcitent en émettant des photons dont la longueur d’onde est spécifique à la nature de ces atomes. Ce sont ces photons qui sont détectés par le dispositif optique.In particular, the atoms present in the plasma created by the laser used for elimination are de-excited by emitting photons whose wavelength is specific to the nature of these atoms. It is these photons that are detected by the optical device.
La figure 9 présente un deuxième mode de réalisation du dispositif d’élimination.Figure 9 shows a second embodiment of the elimination device.
Dans ce mode de réalisation le dispositif optique 802 est un spectromètre par exemple un spectromètre utilisant la spectrométrie d'émission optique de plasma induit par laser (en terminologie anglo-saxonne « laser-induced breakdown spectroscopy » ou LIBS).In this embodiment, the optical device 802 is a spectrometer, for example a spectrometer using laser-induced plasma optical emission spectrometry (in English terminology “laser-induced breakdown spectroscopy” or LIBS).
Ce spectromètre est relié par une fibre optique FO à un réseau de lentilles RL. L’ensemble constitué par spectromètre, la fibre optique et le réseau de lentilles permet la détection dans le plasma généré par l’élimination de la couche CS d’atomes de la deuxième matière.This spectrometer is connected by an optical fiber FO to an array of lenses RL. The assembly constituted by the spectrometer, the optical fiber and the array of lenses allows detection in the plasma generated by the elimination of the CS layer of atoms of the second material.
Dans ce mode de réalisation, le faisceau laser est orienté vers un point de la zone via deux miroirs. Ces deux miroirs sont orientables ce qui permet cette orientation du faisceau laser vers l’un des points de la zone et ainsi le balayage de la zone.In this embodiment, the laser beam is directed towards a point in the area via two mirrors. These two mirrors are orientable which allows this orientation of the laser beam towards one of the points of the zone and thus the scanning of the zone.
Dans un mode de réalisation la zone de la couche a une forme généralement carrée de 3mm de côté. De plus la vitesse de balayage est réglée pour qu’un cycle de balayage d’une telle zone soit réalisé en 1 seconde environ. Le spectromètre est configuré pour déterminer la composition chimique du plasma avec une fréquence supérieure à 10Hz. Ceci permet d’avoir plus de 10 prises de mesures de la composition chimique du plasma par cycle d’élimination.In one embodiment, the zone of the layer has a generally square shape with sides of 3 mm. In addition, the scanning speed is set so that a scanning cycle of such an area is carried out in approximately 1 second. The spectrometer is configured to determine the chemical composition of the plasma with a frequency above 10Hz. This makes it possible to have more than 10 measurements of the chemical composition of the plasma per elimination cycle.
Dans un mode de réalisation le laser émet un faisceau laser impulsionnel avec une impulsion courte (nano seconde) ou ultra courte (femto seconde).In one embodiment, the laser emits a pulsed laser beam with a short (nano second) or ultra-short (femto second) pulse.
L’unité de traitement 803 des dispositifs décrits dans les sections précédentes met en œuvre un procédé tel que représenté figure 10. Le procédé fonctionne par cycles d’élimination successifs et il comprend :The processing unit 803 of the devices described in the previous sections implements a method as represented in FIG. 10. The method operates by successive elimination cycles and it comprises:
- une étape 1001, réalisée par le laser du dispositif d’élimination 801, de balayage par le faisceau du laser de la zone afin de réaliser un cycle d’élimination de la couche ;- a step 1001, carried out by the laser of the elimination device 801, of scanning by the laser beam of the zone in order to carry out a cycle of elimination of the layer;
- une étape 1002, réalisée par le dispositif optique 802, de détection dans un plasma généré par l’élimination de la couche, d’éléments du deuxième matériau.- a step 1002, carried out by the optical device 802, of detection in a plasma generated by the elimination of the layer, of elements of the second material.
Les étapes 1001 et 1002 de balayage et de détection sont réalisées jusqu’à ce que des éléments du deuxième matériau soit détectés autrement dit tant que des éléments du deuxième matériau ne sont pas détectés.Steps 1001 and 1002 of scanning and detection are carried out until elements of the second material are detected, in other words as long as elements of the second material are not detected.
Dans un mode de réalisation, les étapes 1001 et 1002 de balayage et de détection sont réalisées en parallèle. Le dispositif optique effectue la détection des éléments du deuxième matériau durant les cycles d’élimination réalisés par le laser.In one embodiment, the scanning and detection steps 1001 and 1002 are performed in parallel. The optical device performs the detection of the elements of the second material during the elimination cycles carried out by the laser.
Dans un mode de réalisation les étapes 1001 et 1002 de balayage et de détection sont réalisées de manière séquentielle. Le laser réalise un cycle d’élimination de la couche, puis le dispositif optique effectue la détection des éléments du deuxième matériau, et ces deux étapes sont répétées tant que des éléments du deuxième matériau ne sont pas détectés.In one embodiment, the scanning and detection steps 1001 and 1002 are carried out sequentially. The laser carries out a cycle of elimination of the layer, then the optical device carries out the detection of the elements of the second material, and these two steps are repeated as long as the elements of the second material are not detected.
La figure 11 illustre le procédé de fabrication d’une aube en utilisant le procédé de la figure 10 et le dispositif de la figure 8 et 9.Figure 11 illustrates the method of manufacturing a blade using the method of Figure 10 and the device of Figures 8 and 9.
Un objet de cette divulgation est un dispositif d’élimination tel que représenté en figure 12. Ce dispositif permet l’élimination d’une couche superficielle CS appliquée sur un support PE. Ce support est par exemple une pièce ou une autre couche de matière appliquée sur une pièce. La pièce peut être une pièce aéronautique, par exemple une aube de turbine montée dans une turbomachine. Dans le cas où la pièce est une aube de turbine, elle a pu être réalisée suivant le procédé décrit figure 3. Ainsi la pièce aéronautique sera en métal sur lequel une couche de matière anti oxydante puis une couche de barrière thermique céramique auront été déposées.An object of this disclosure is a removal device as represented in FIG. 12. This device allows the removal of a CS surface layer applied to a PE support. This support is for example a part or another layer of material applied to a part. The part can be an aeronautical part, for example a turbine blade mounted in a turbomachine. In the case where the part is a turbine blade, it could be produced according to the process described in FIG. 3. Thus the aeronautical part will be made of metal on which a layer of antioxidant material then a layer of ceramic thermal barrier will have been deposited.
La couche superficielle CS comprend un premier matériau et le support PE comprend un deuxième matériau. Ce dispositif comporte, comme le dispositif de la figure 9, un dispositif d’élimination 1301, comportant un laser configuré pour l’émission d’un faisceau laser, le dispositif étant commandable pour réaliser au moins un cycle d’élimination de la couche, par un balayage du faisceau laser sur la zone. Le dispositif comporte aussi un dispositif optique 1301 apte à la détermination de l’épaisseur de la couche. Le dispositif comporte une unité de traitement 1303 comprenant une entrée 1303-a pour recevoir des informations représentatives de l’épaisseur de la couche et une sortie 1303-b pour commander le dispositif d’élimination.The surface layer CS comprises a first material and the support PE comprises a second material. This device comprises, like the device of FIG. 9, an elimination device 1301, comprising a laser configured for the emission of a laser beam, the device being controllable to carry out at least one layer elimination cycle, by sweeping the laser beam over the area. The device also comprises an optical device 1301 capable of determining the thickness of the layer. The device comprises a processing unit 1303 comprising an input 1303-a to receive information representative of the thickness of the layer and an output 1303-b to control the elimination device.
L’unité de traitement 1303 est configurée pourThe 1303 processing unit is configured for
- déterminer un nombre de cycles nécessaires à l’élimination de la couche par division de l’épaisseur de la couche par une épaisseur de la couche éliminée par un cycle d’élimination ;- determining a number of cycles necessary for the elimination of the layer by dividing the thickness of the layer by a thickness of the layer eliminated by an elimination cycle;
- commander le dispositif d’élimination 1301 pour réaliser le nombre de cycles nécessaire pour l’élimination de la couche.- order the elimination device 1301 to carry out the number of cycles necessary for the elimination of the layer.
Dans un mode de réalisation le dispositif optique 1302 est un dispositif de tomographie en cohérence optique (OCT, Optical Coherent Tomography en terminologie anglaise) apte à la détermination de l’épaisseur de la couche. De plus et de manière avantageuse le dispositif comporte un dispositif de transmission optique (par exemple une fibre optique) apte à la propagation simultanée du faisceau laser et d’une lumière en provenance dispositif de tomographie.In one embodiment, the optical device 1302 is an optical coherence tomography (OCT) device capable of determining the thickness of the layer. In addition and advantageously, the device comprises an optical transmission device (for example an optical fiber) suitable for the simultaneous propagation of the laser beam and of a light coming from the tomography device.
Ainsi le dispositif décrit figure 12 permet de mesurer de manière non destructive l’épaisseur de céramique à éliminer, via un dispositif OCT. La connaissance de l’épaisseur de céramique permet d’adapter le nombre de passes d’usinage à réaliser par le laser. Le dispositif est tel que le dispositif de mesure (ex : OCT) peut être intégré de manière non contraignante dans la machine car on utilise le chemin optique du laser (fibre optique + tête de scanning). Le reste du système dans lequel ce dispositif est intégré n’est donc pas modifié.Thus, the device described in figure 12 makes it possible to measure in a non-destructive manner the thickness of ceramic to be eliminated, via an OCT device. Knowledge of the ceramic thickness makes it possible to adapt the number of machining passes to be carried out by the laser. The device is such that the measuring device (eg: OCT) can be integrated in a non-binding manner into the machine because the optical path of the laser is used (optical fiber + scanning head). The rest of the system in which this device is integrated is therefore not modified.
Ce dispositif permet donc :This device therefore allows:
- D’être capable de prendre en compte la variabilité d’épaisseur de céramique à usiner- To be able to take into account the variability of ceramic thickness to be machined
- De mesurer de manière non destructive l’épaisseur de la céramique à usiner- Non-destructively measure the thickness of the ceramic to be machined
- Cette mesure au préalable de l’usinage permet d’éditer le nombre de passes à effectuer- This measurement prior to machining allows you to edit the number of passes to be made
- L’intégration est facilitée par le fait que les faisceaux laser et OCT sont compris dans le même chemin optique.- Integration is facilitated by the fact that the laser and OCT beams are included in the same optical path.
Ce dispositif figure 12 permet donc de mesurer épaisseur de céramique dans une enceinte de machine d’usinage, sans modifier l’architecture machine et d’éditer le nombre de passes d’usinage à effectuer en fonction d’une mesure d’épaisseur in situ effectuée au préalableThis device in figure 12 therefore makes it possible to measure ceramic thickness in a machining machine enclosure, without modifying the machine architecture and to edit the number of machining passes to be carried out according to an in situ thickness measurement done beforehand
La figure 13 représente un procédé mis en œuvre par le dispositif de la figure 12 pour l’élimination de la zone de la couche CS. Ce procédé comprend :Figure 13 shows a method implemented by the device of figure 12 for the elimination of the area of the CS layer. This process includes:
- une étape 1401, réalisée par le dispositif optique 1302, de détermination d’une épaisseur de la couche CS;- a step 1401, carried out by the optical device 1302, for determining a thickness of the layer CS;
- une étape 1402 de détermination d’un nombre de cycles nécessaires à l’élimination de la couche par division de l’épaisseur de la couche par une épaisseur de la couche éliminée par un cycle d’élimination ;- a step 1402 of determining a number of cycles necessary for the elimination of the layer by dividing the thickness of the layer by a thickness of the layer eliminated by an elimination cycle;
- une étape 1403 de commande du dispositif d’élimination 1301 pour réaliser le nombre de cycles nécessaire pour l’élimination de la couche.- a step 1403 of controlling the elimination device 1301 to carry out the number of cycles necessary for the elimination of the layer.
Claims (12)
une étape (1001), réalisée par un dispositif d’élimination (801) comportant un laser configuré pour l’émission d’un faisceau laser, de balayage par le faisceau du laser de la zone afin de réaliser au moins un cycle d’élimination de la couche et
une étape (1002), réalisée par un dispositif optique (802), de détection dans un plasma généré par l’élimination de la couche, d’éléments du deuxième matériau ;
les étapes (1001 et 1002) de balayage et de détection étant réalisées jusqu’à ce que des éléments du deuxième matériau soient détectés.Method for eliminating an area of a layer (CS) comprising a first material, the layer covering an aeronautical part (PE), such as a turbine blade, the aeronautical part (PE) comprising a second material, the elimination being carried out by successive cycles of elimination of the layer (CS), the method comprising:
a step (1001), carried out by an elimination device (801) comprising a laser configured for the emission of a laser beam, of scanning by the laser beam of the zone in order to carry out at least one elimination cycle of the layer and
a step (1002), carried out by an optical device (802), of detection in a plasma generated by the elimination of the layer, of elements of the second material;
the steps (1001 and 1002) of scanning and detecting being carried out until elements of the second material are detected.
l’étape (1002) de détection est réalisée par un spectromètre apte à la détection dans un plasma généré par l’élimination de la couche, d’éléments du deuxième matériau, par exemple des atomes du deuxième matériau.A method of removal according to claim 1 wherein:
the detection step (1002) is carried out by a spectrometer capable of detecting, in a plasma generated by the elimination of the layer, elements of the second material, for example atoms of the second material.
le dispositif d’élimination (801) comprend en outre au moins deux miroirs aptes à orienter le faisceau laser vers un point de la zone ;
l’étape (1001) de balayage comprenant la modification de l’orientation des miroirs pour réaliser le balayage de la zone par le faisceau du laser.Removal process according to one of the preceding claims, in which:
the elimination device (801) further comprises at least two mirrors capable of directing the laser beam towards a point in the zone;
the scanning step (1001) comprising modifying the orientation of the mirrors to perform the scanning of the zone by the laser beam.
une étape (301) de moulage de la pièce par moulage à cire perdue et
éventuellement une étape (304) de dépôt d’une première couche sur la pièce moulée et
une étape (305) de dépôt d’une seconde couche sur la pièce moulée ou éventuellement sur la première couche et
une étape d’élimination de la deuxième couche sur une zone de la pièce moulée suivant le procédé d’élimination de l’une des revendications 1 à 7.Method for manufacturing an aeronautical part, such as a turbine blade, the method comprising:
a step (301) of molding the part by investment casting and
optionally a step (304) of depositing a first layer on the molded part and
a step (305) of depositing a second layer on the molded part or possibly on the first layer and
a step of removing the second layer from an area of the molded part according to the removal method of one of claims 1 to 7.
un dispositif d’élimination (801), comportant un laser configuré pour l’émission d’un faisceau laser, le dispositif étant commandable pour réaliser au moins un cycle d’élimination de la couche (CS), par un balayage du faisceau laser sur la zone et
un dispositif optique (802) apte à la détection dans un plasma généré par l’élimination de la couche, d’éléments du deuxième matériau et
une unité de traitement (803) comprenant :
- une entrée (803-a) pour recevoir des informations représentatives de la détection d’éléments du deuxième matériau dans le plasma et
- une sortie (803-b) pour commander le dispositif d’élimination (801) ;
l’unité de traitement (803) étant configurée pour commander des cycles d’élimination au dispositif d’élimination tant que des éléments du deuxième matériau ne sont pas détectés.
Device for eliminating an area of a layer (CS) comprising a first material, the layer covering an aeronautical part (PE), such as a turbine blade, the aeronautical part (PE) comprising a second material, the elimination being carried out by successive cycles of elimination of the layer (CS), the device comprising:
an elimination device (801), comprising a laser configured for the emission of a laser beam, the device being controllable to carry out at least one cycle of elimination of the layer (CS), by scanning the laser beam on the area and
an optical device (802) capable of detecting, in a plasma generated by the elimination of the layer, elements of the second material and
a processing unit (803) comprising:
- an input (803-a) for receiving information representative of the detection of elements of the second material in the plasma and
- an output (803-b) for controlling the elimination device (801);
the processing unit (803) being configured to command elimination cycles to the elimination device as long as elements of the second material are not detected.
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