WO2011076890A1 - Procede de realisation d'un renfort metallique d'aube de turbomachine - Google Patents

Procede de realisation d'un renfort metallique d'aube de turbomachine Download PDF

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WO2011076890A1
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metal reinforcement
blade
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Thierry Jean Emile Flesch
Jean-François FROMENTIN
Stéphane André Leveque
Laetitia Sanchez
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Snecma
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a metallic blade reinforcement composite or metal turbomachine.
  • the invention relates to a method for producing a turbomachine blade leading edge metal reinforcement.
  • the field of the invention is that of turbomachines and more particularly that of the fan blades, made of composite or metallic material, of a turbomachine and whose leading edge comprises a metallic structural reinforcement.
  • the invention is also applicable to the production of a metal reinforcement intended to reinforce a turbomachine blade trailing edge.
  • leading edge corresponds to the front part of an airfoil which faces the airflow and which divides the airflow into an intrados airflow and a flow of air. extrados air.
  • the trailing edge corresponds to the posterior part of an aerodynamic profile where the intrados and extrados flows meet.
  • the metal structural reinforcement protects the leading edge of the composite blade by avoiding risks of delamination, fiber breakage or damage by fiber / matrix decohesion.
  • a turbomachine blade has a surface aerodynamic device extending in a first direction between a leading edge and a trailing edge and, in a second direction substantially perpendicular to the first direction, between a foot and an apex of the blade.
  • the metallic structural reinforcement follows the shape of the leading edge of the aerodynamic surface of the blade and extends in the first direction beyond the leading edge of the aerodynamic surface of the blade to match the profile of the blade. the intrados and the upper surface of the dawn and in the second direction between the foot and the top of the dawn.
  • the metallic structural reinforcement is a metal part made entirely by milling from a block of material.
  • the invention aims to solve the problems mentioned above by proposing a method for producing a leading edge metal reinforcement or turbomachine blade trailing edge to significantly reduce the costs of production. of such a piece and to simplify the manufacturing range.
  • the invention proposes a method for producing a leading edge, or trailing edge, turbomachine blade reinforcement comprising a reinforcing foot and a reinforcing head, said method comprising successively:
  • the metallic structural reinforcement is made simply and quickly from a plurality of sectors which are then secured to form a complete monoblock reinforcement.
  • the step of producing several sectors of the reinforcement makes it possible to limit the stresses stored in the part during the manufacturing process and thus the deformation of the thin-walled flanks during removal of the piece from the tooling.
  • This production method thus makes it possible to overcome the complex implementation of the reinforcement by milling in the mass from one-piece flats requiring large volume of processing material and consequently significant costs in supply of raw material.
  • the method according to the invention also makes it possible to substantially reduce the manufacturing costs of such a part.
  • the method for producing a turbomachine blade metal reinforcement according to the invention may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination:
  • each sector is produced by means of a laser melting process; said step of joining the different sectors is carried out by means of a soldering diffusion method;
  • the method comprises a hot conformation step carried out simultaneously with said step of joining;
  • the method comprises a step of demolding said metal reinforcement of said tool, said tool being formed by a plurality of removable sections, said demolding being operated by the successive removal of said removable sections;
  • the method comprises a step of finishing said metal reinforcement consisting of a sub-step of polishing the surface of said reinforcement and / or a substep of recovery of the flanks of said reinforcement;
  • said step of joining the various sectors is carried out by means of a welding method; in this case, advantageously, said step of joining the various sectors is successively followed by:
  • a finishing step of said metal reinforcement consisting of a sub-step of polishing the surface of said reinforcement and / or a substep of recovery of the sidewalls of said reinforcement.
  • the invention also relates to a method of repairing a turbomachine blade having a used metal reinforcement of the leading edge or the trailing edge of said blade, said method comprising: a step of separating said used metal reinforcement from said blade;
  • the invention also relates to a tool for implementing the method of producing a turbomachine blade metal reinforcement according to the invention comprising a plurality of removable sections.
  • the tool according to the invention may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination:
  • said tool comprises a number of removable sections greater than the number of sectors of the reinforcement
  • said tooling is made of a material having a coefficient of expansion greater than the coefficient of expansion of the material of said reinforcement.
  • FIG. 1 is a side view of a blade comprising a metallic leading edge structural reinforcement obtained by means of the embodiment method according to the invention
  • Figure 2 is a partial sectional view of Figure 1 along a cutting plane AA;
  • FIG. 3 is a block diagram showing the main steps for producing a turbomachine blade leading edge metallic structural reinforcement of the embodiment method according to the invention
  • FIG. 4 is a view of the blade leading edge metal reinforcement turbomachine during the first step of the process illustrated in FIG. 3;
  • FIG. 5 is a view of the turbomachine blade leading edge metal reinforcement during the second step of the process illustrated in FIG. 3;
  • FIG. 6 is a view of the turbomachine blade leading edge metal reinforcement in its final state obtained by the embodiment method according to the invention illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 1 is a side view of a blade comprising a metallic leading edge structural reinforcement obtained by means of the embodiment method according to the invention.
  • the blade 10 illustrated is for example a mobile blade of a fan of a turbomachine (not shown).
  • the blade 10 has an aerodynamic surface 12 extending in a first axial direction 14 between a leading edge 16 and a trailing edge 18 and in a second radial direction 20 substantially perpendicular to the first direction 14 between a foot 22 and a summit 24.
  • the aerodynamic surface 12 forms the extrados face 13 and intrados 1 1 of the blade 10, the extrados face 13 of the blade 10 being shown in FIG.
  • the intrados 11 and the extrados 13 form the lateral faces of the blade 10 which connect the leading edge 16 to the trailing edge 18 of the blade 10.
  • the blade 10 is a composite blade typically obtained by draping a woven composite material.
  • the composite material used may be composed of an assembly of woven carbon fibers and a resinous matrix, the assembly being formed by molding using a vacuum resin injection method of RTM (for "Resin Transfer Molding").
  • the blade 10 has a metal structural reinforcement 30 bonded at its leading edge 16 and which extends both in the first direction 14 beyond the leading edge 16 of the aerodynamic surface 12 of the blade. dawn 10 and in the second direction 20 between the foot 22 and the apex 24 of the dawn.
  • the structural reinforcement 30 matches the shape of the leading edge 16 of the aerodynamic surface 12 of the blade 10 that it extends to form a leading edge 31, said leading edge of the reinforcement .
  • the structural reinforcement 30 is a one-piece piece having a substantially V-shaped section having a base 39 forming the leading edge 31 and extended by two lateral flanks 35 and 37 respectively fitting the intrados 11 and extrados 13 the aerodynamic surface 12 of the dawn.
  • Flanks 35, 37 have a tapered or thinned profile towards the trailing edge of the blade.
  • the base 39 has a rounded internal profile 33 capable of conforming to the rounded shape of the leading edge 16 of the blade 10.
  • the structural reinforcement 30 is metallic and preferably based on titanium. This material has indeed a high energy absorption capacity due to shocks.
  • the reinforcement is glued on the blade 10 by means of adhesive known to those skilled in the art, such as a cyanoacrylic or epoxy glue.
  • the method according to the invention makes it possible to carry out a structural reinforcement as illustrated in FIGS. 1, 2 and 6, FIGS. 2 and 6 illustrating the reinforcement 30 in its final state.
  • FIG. 3 represents a block diagram illustrating the main steps of a method for producing a metallic structural reinforcement blade leading edge 10 as illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • the first step 1 10 of the embodiment method 100 is a step of producing several sectors 30a, 30b, 30c, 30d of the metal reinforcement 30.
  • FIG. 4 particularly illustrates the different sectors 30a, 30b, 30c, 30d obtained during the first step 1 10.
  • the metal reinforcement 30 is previously divided into several sectors during the design or during the construction of a digital model.
  • the different sectors of the reinforcement 30 are made independently by a rapid prototyping method, and more particularly by means of a laser melting process.
  • the laser melting is a process which makes it possible to produce each sector of the reinforcement 30 by the deposition of several successive layers of material, which makes it possible to easily create complex shapes and in particular the tapered V shape of the metal reinforcement 30 with low thicknesses at the flanks 35, 37.
  • the laser melting process or laser melting sintering method is a method known to those skilled in the art and treated in many patents, such as in particular patents EP2060343 or EP2125339; therefore we will not describe in more detail the operating principle of this manufacturing process.
  • the realization of the metal reinforcement 30 by the recombination of several sectors 30a, 30b, 30c, 30d avoids the drifts related to the manufacture of such a piece in one piece from a flat part, and in particular to twisting flanks 35, 37 of small thickness.
  • Each sector 30a, 30b, 30c, 30d, made in the first step 1 10, forms part of the base 39, the leading edge 31 and the sidewalls 35, 37 of the final reinforcement 30.
  • the second step 120 of the production method 100 is a step of positioning the different sectors 30a, 30b, 30c, 30d on a specific form tooling 40 for the purpose of recombination. This second positioning step 120 is illustrated in FIG.
  • the tooling 40 is formed by the combination of several sections 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f which cooperate together so as to form a recess 43 complementary to the internal profile 33 of the reinforcement 30.
  • the impression 43 of the tool 40 substantially corresponding to the profile of the blade 10 when the different sections 40b, 40c, 40d, 40e, 40f are assembled.
  • the different sectors 30a, 30b, 30c, 30d of the reinforcement 30 are positioned sector by sector on the tool 40 so as to completely build the profile of the reinforcement on the tooling.
  • the shape of the tooling 40, and in particular the profile of the impression 43 are made so as to form the contour and the desired intrados and extrados profile of the metal reinforcement 30.
  • the tool 40 comprises a number of sections greater than the number of sectors of the reinforcement 30.
  • the third step 130 of the production method 100 is a step of assembling, or securing, the different sectors 30a, 30b, 30c, 30d of the reinforcement 30 by a diffusion brazing process.
  • the joints 31 present between each sector 30a, 30b, 30c, 30d attached are filled by solder cords obtained by soldering diffusion from a filler metal in the form of strip or in the form of powder. This filler metal secures the various sectors 30a, 30b, 30c, 30d to form a monobloc reinforcement 30 with its final profile.
  • soldering diffusion is an operation consisting in completely migrating the filler metal into the base material until the disappearance of the molten metal portion.
  • diffusion brazing makes it possible to obtain excellent results for assembling relatively small machined workpieces and profiles. complex.
  • the fourth step 140 of the method of embodiment 100 is a hot shaping step performed in the same form tool 40 as in the previous steps, the tool being then placed in a furnace heated to the forging temperature of the material used.
  • This hot conformation step makes it possible to shape the reinforcement 30 in order to obtain its final shape.
  • the tool 40 is made of a material having a coefficient of expansion greater than the coefficient of expansion of the reinforcement material.
  • the tool 40 may be made of steel when the reinforcement is made of titanium.
  • the profile of the tool 40 and the dimensions of the tool 40 are designed taking into account the removal of the different materials used.
  • the hot forming step 140 is carried out during the soldering step 130.
  • the fifth step 150 is a demolding step of said reinforcement 30 of the tooling 40.
  • the different sections 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f of the tooling 40 are removable and able to disassemble individually from each other. in order to facilitate demolding of the reinforcement 30.
  • this protective layer may be an alumina layer.
  • the sixth step 160 of the production method 100 is a finishing step and recovery of the reinforcement 30 by machining.
  • This finishing step 160 consists notably of:
  • flanks 35, 37 At the resumption of flanks 35, 37; this step consisting in particular of the trimming of the flanks 35, 37 and the thinning of the intrados and extrados flanks 35, 37; - Polishing the reinforcement 30 to obtain the required surface condition.
  • FIG. 6 illustrates the reinforcement 30 in its final state obtained by the embodiment method according to the invention.
  • the method according to the invention may also comprise non-destructive testing steps of the reinforcement 30 making it possible to ensure the geometrical and metallurgical conformity of the assembly obtained.
  • the non-destructive tests can be carried out by an X-ray method.
  • the step of assembling or joining the different reinforcements by diffusion brazing is replaced by a step of assembling the various reinforcements by welding, for example by means of a beam electron.
  • the welding assembly step is performed without the use of form tooling. This step comes after the step of realization of different sectors of the reinforcement.
  • the method of making a blade blade leading edge metal structural reinforcement 10 as illustrated in FIGS. 1 and 2 comprises:
  • a first step of producing several sectors 30a, 30b, 30c, 30d of the metal reinforcement for example by a laser melting method
  • a sixth demolding step of the metal reinforcement 30 of the tool the tool being divided into different removable sections so as to facilitate demolding the reinforcement 30;
  • a step of finishing the metal reinforcement 30 consisting of a sub-step of polishing the surface of the reinforcement and / or a sub-step of taking up the sides of the reinforcement 30.
  • the process according to the invention has been described mainly for a titanium-based metal structural reinforcement; however, the process according to the invention is also applicable with nickel-based or steel-based materials.
  • the invention has been particularly described for producing a metal reinforcement of a composite turbomachine blade; however, the invention is also applicable for producing a metal reinforcement of a turbomachine metal blade.
  • the invention has been particularly described for producing a metal reinforcement of a turbomachine blade leading edge; however, the invention is also applicable for producing a metal reinforcement of a trailing edge of a turbomachine blade.
  • the invention has been particularly described with a laser melting method for carrying out the first step; however, the first step may be performed for example by another prototyping method or a machining method.
  • the advantage of the laser melting of the reinforcement by a plurality of independent sectors makes it possible to limit the stresses stored in the part during the laser melting process and thus the deformation of the thin-walled flanks when the part is removed. tooling. Indeed, the reinforcement has thin-walled flanks that tend to deform when removing the workpiece from the tooling plus the size of the workpiece is important.
  • the method of producing a metal reinforcement according to the invention fits perfectly into a global process for repairing a composite or metallic turbine engine blade.
  • the method of repairing a turbomachine blade then consists of:
  • a third step of securing the metal reinforcement made in the previous step by gluing with an adhesive known to those skilled in the art to paste a reinforcement on a blade, such as a cyanoacrylic glue or still an epoxy glue.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un renfort métallique (30) de bord d'attaque ou de bord de fuite d'aube (10) de turbomachine comportant un pied (32) et une tête (34) de renfort, ledit procédé comportant successivement une étape de réalisation d'une pluralité d'éléments (30a, 30b, 30c, 30d) effilés en forme de V formant différents secteurs dudit renfort métallique (30), de sorte que ledit renfort métallique (30) est divisé en plusieurs secteurs répartis entre ledit pied (32) et ladite tête (34); une étape de positionnement desdits secteurs sur un outillage reprenant la forme dudit bord d'attaque ou dudit bord de fuite de ladite aube de turbomachine; une étape de solidarisation des différents secteurs de façon à former ledit profil complet dudit renfort métallique (30) monobloc par recombinaison des différents secteurs.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UN RENFORT METALLIQUE
D'AUBE DE TURBOMACHINE.
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un renfort métallique d'aube composite ou métallique de turbomachine.
Plus particulièrement l'invention concerne un procédé de réalisation d'un renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine.
Le domaine de l'invention est celui des turbomachines et plus particulièrement celui des aubes de soufflante, en matériau composite ou métallique, de turbomachine et dont le bord d'attaque comporte un renfort structurel métallique.
Toutefois, l'invention est également applicable à la réalisation d'un renfort métallique destiné à renforcer un bord de fuite d'aube de turbomachine.
On rappelle que le bord d'attaque correspond à la partie antérieure d'un profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement d'air d'intrados et en un écoulement d'air extrados. Le bord de fuite correspond à la partie postérieure d'un profil aérodynamique où se rejoignent les écoulements intrados et extrados.
II est connu d'équiper les aubes de soufflante d'une turbomachine, réalisées en matériaux composites, d'un renfort structurel métallique s'étendant sur toute la hauteur de l'aube et au-delà de leur bord d'attaque comme mentionné dans le document EP1908919. Un tel renfort permet de protéger l'aubage composite lors d'un impact d'un corps étranger sur la soufflante, tel que par exemple un oiseau, de la grêle ou encore des cailloux.
En particulier, le renfort structurel métallique protège le bord d'attaque de l'aube composite en évitant des risques de délamination, de rupture de fibre ou encore d'endommagement par décohésion fibre/matrice.
De façon classique, une aube de turbomachine comporte une surface aérodynamique s'étendant, selon une première direction, entre un bord d'attaque et un bord de fuite et, selon une deuxième direction sensiblement perpendiculaire à la première direction, entre un pied et un sommet de l'aube. Le renfort structurel métallique épouse la forme du bord d'attaque de la surface aérodynamique de l'aube et s'étend selon la première direction au-delà du bord d'attaque de la surface aérodynamique de l'aube pour épouser le profil de l'intrados et de l'extrados de l'aube et selon la deuxième direction entre le pied et le sommet de l'aube.
De façon connue, le renfort structurel métallique est une pièce métallique réalisée entièrement par fraisage à partir d'un bloc de matière.
Cependant, le renfort métallique d'un bord d'attaque d'aube est une pièce complexe à réaliser, nécessitant de nombreuses opérations de reprises et des outillages complexes impliquant des coûts de réalisation importants.
Dans ce contexte, l'invention vise à résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus en proposant un procédé de réalisation d'un renfort métallique de bord d'attaque ou de bord de fuite d'aube de turbomachine permettant de réduire significativement les coûts de réalisation d'une telle pièce et de simplifier la gamme de fabrication.
A cette fin, l'invention propose un procédé de réalisation d'un renfort métallique de bord d'attaque, ou de bord de fuite, d'aube de turbomachine comportant un pied de renfort et une tête de renfort, ledit procédé comportant successivement :
- une étape de réalisation d'une pluralité d'éléments effilés en forme de V formant différents secteurs dudit renfort métallique, de sorte que ledit renfort métallique est divisé en plusieurs secteurs répartis entre ledit pied et ladite tête ;
- une étape de positionnement desdits secteurs sur un outillage reprenant la forme dudit bord d'attaque ou dudit bord de fuite de ladite aube de turbomachine ;
- une étape de solidarisation des différents secteurs de façon à former ledit profil complet dudit renfort métallique monobloc par recombinaison des différents secteurs.
Grâce à l'invention, le renfort structurel métallique est réalisé de façon simple et rapide à partir d'une pluralité de secteurs qui sont ensuite solidarisés de façon à former un renfort complet monobloc.
La réalisation du renfort métallique par la recombinaison de plusieurs secteurs réalisés indépendamment permet d'éviter les dérives liées à la fabrication monobloc d'une telle pièce, et notamment au niveau des flancs minces du renfort qui ont tendance à vriller.
En effet, l'étape de réalisation de plusieurs secteurs du renfort permet de limiter les contraintes emmagasinées dans la pièce lors du procédé de fabrication et ainsi la déformation des flancs à paroi mince lors du retrait de la pièce de l'outillage.
Ce procédé de réalisation permet ainsi de s'affranchir de la réalisation complexe du renfort par fraisage dans la masse à partir de méplats monoblocs nécessitant de grand volume de matière de mise en œuvre et par conséquent des coûts importants en approvisionnement de matière première.
Le procédé selon l'invention permet également de diminuer sensiblement les coûts de fabrication d'une telle pièce.
Le procédé de réalisation d'un renfort métallique d'aube de turbomachine selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- lors de ladite étape de réalisation d'une pluralité d'éléments formant lesdits secteurs dudit renfort métallique, chaque secteur est réalisé au moyen d'un procédé de fusion laser ; - ladite étape de solidarisation des différents secteurs est réalisée au moyen d'un procédé de brasage diffusion ;
- le procédé comporte une étape de conformation à chaud réalisée simultanément avec ladite étape de solidarisation ;
- le procédé comporte une étape de démoulage dudit renfort métallique dudit outillage, ledit outillage étant formé par une pluralité de sections amovibles, ledit démoulage étant opéré par le retrait successif desdites sections amovibles ;
- le procédé comporte une étape de finition dudit renfort métallique consistant en une sous-étape de polissage de la surface dudit renfort et/ou en une sous-étape de reprise des flancs dudit renfort ;
- ladite étape de solidarisation des différents secteurs est réalisée au moyen d'un procédé de soudage ; dans ce cas, avantageusement, ladite étape de solidarisation des différents secteurs est suivie successivement par :
- une étape de positionnement desdits secteurs solidarisés formant ledit renfort sur un outillage reprenant la forme dudit bord d'attaque ou dudit bord de fuite de ladite aube de turbomachine ;
- une étape de traitement thermique de relaxation des contraintes ; - une étape de conformation à chaud ;
- une étape de démoulage dudit renfort métallique dudit outillage, ledit outillage étant formé par une pluralité de sections amovibles réparties entre ledit pied et ladite tête dudit renfort ;
- une étape de finition dudit renfort métallique consistant en une sous-étape de polissage de la surface dudit renfort et/ou en une sous-étape de reprise des flancs dudit renfort.
L'invention a également pour objet un procédé de réparation d'une aube de turbomachine comportant un renfort métallique usagé du bord d'attaque ou du bord de fuite de ladite aube, ledit procédé comportant : - une étape de désolidarisation dudit renfort métallique usagé de ladite aube ;
- une étape de réalisation d'un renfort métallique de bord d'attaque ou de bord de fuite d'aube de turbomachine selon l'invention,
- une étape de solidarisation dudit renfort métallique, réalisé lors de l'étape précédente, sur ladite aube de turbomachine.
L'invention a également pour objet un outillage pour la mise en œuvre du procédé de réalisation d'un renfort métallique d'aube de turbomachine selon l'invention comportant une pluralité de sections amovibles.
L'outillage selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- ledit outillage comporte un nombre de sections amovibles supérieur au nombre de secteurs du renfort ;
- ledit outillage est réalisé dans un matériau comportant un coefficient de dilatation supérieur au coefficient de dilatation du matériau dudit renfort.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue latérale d'une aube comportant un renfort structurel métallique de bord d'attaque obtenu au moyen du procédé de réalisation selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue partielle en coupe de la figure 1 selon un plan de coupe AA ;
- la figure 3 est un schéma synoptique présentant les principales étapes de réalisation d'un renfort structurel métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine du procédé de réalisation selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de la première étape du procédé illustré en figure 3 ;
- la figure 5 est une vue du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de la deuxième étape du procédé illustré en figure 3 ;
- la figure 6 est une vue du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine dans son état final obtenu par le procédé de réalisation selon l'invention illustré en figure 3.
Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence sauf précision contraire.
La figure 1 est une vue latérale d'une aube comportant un renfort structurel métallique de bord d'attaque obtenu au moyen du procédé de réalisation selon l'invention.
L'aube 10 illustrée est par exemple une aube mobile de soufflante d'une turbomachine (non représentée).
L'aube 10 comporte une surface aérodynamique 12 s'étendant selon une première direction axiale 14 entre un bord d'attaque 16 et un bord de fuite 18 et selon une deuxième direction radiale 20 sensiblement perpendiculaire à la première direction 14 entre un pied 22 et un sommet 24.
La surface aérodynamique 12 forme la face extrados 13 et intrados 1 1 de l'aube 10, la face extrados 13 de l'aube 10 étant représentée sur la figure 1 . L'intrados 1 1 et l'extrados 13 forment les faces latérales de l'aube 10 qui relient le bord d'attaque 16 au bord de fuite 18 de l'aube 10.
Dans ce mode de réalisation, l'aube 10 est une aube composite obtenue typiquement par drapage d'un matériau composite tissé. A titre d'exemple, le matériau composite utilisé peut être composé par un assemblage de fibres de carbone tissées et d'une matrice résineuse, l'ensemble étant formé par moulage au moyen d'un procédé d'injection de résine sous vide de type RTM (pour « Resin Transfer Molding »). L'aube 10 comporte un renfort structurel métallique 30 collé au niveau de son bord d'attaque 16 et qui s'étend à la fois selon la première direction 14 au-delà du bord d'attaque 16 de la surface aérodynamique 12 de l'aube 10 et selon la deuxième direction 20 entre le pied 22 et le sommet 24 de l'aube.
Comme représenté à la figure 2, le renfort structurel 30 épouse la forme du bord d'attaque 16 de la surface aérodynamique 12 de l'aube 10 qu'il prolonge pour former un bord d'attaque 31 , dit bord d'attaque du renfort.
De façon classique, le renfort structurel 30 est une pièce monobloc comportant une section sensiblement en forme de V présentant une base 39 formant le bord d'attaque 31 et prolongée par deux flancs latéraux 35 et 37 épousant respectivement l'intrados 1 1 et extrados 13 de la surface aérodynamique 12 de l'aube. Les flancs 35, 37 présentent un profil effilé ou amincie en direction du bord de fuite de l'aube.
La base 39 comporte un profil interne 33 arrondi apte à épouser la forme arrondie du bord d'attaque 16 de l'aube 10.
Le renfort structurel 30 est métallique et préférentiellement à base titane. Ce matériau présente en effet une grande capacité d'absorption de l'énergie due aux chocs. Le renfort est collé sur l'aube 10 au moyen de colle connue de l'homme du métier, comme par exemple une colle cyanoacrylique ou encore époxy.
Ce type de renfort structurel métallique 30 utilisé pour le renfort d'aube composite de turbomachine est plus particulièrement décrit notamment dans la demande de brevet EP1908919.
Le procédé selon l'invention permet de réaliser un renfort structurel tel qu'illustré aux figures 1 , 2 et 6, les figures 2 et 6 illustrant le renfort 30 dans son état final.
La figure 3 représente un schéma synoptique illustrant les principales étapes d'un procédé de réalisation 100 d'un renfort structurel métallique 30 de bord d'attaque d'aube 10 tel qu'illustré aux figures 1 et 2.
La première étape 1 10 du procédé de réalisation 100 est une étape de réalisation de plusieurs secteurs 30a, 30b, 30c, 30d du renfort métallique 30.
La figure 4 illustre particulièrement les différents secteurs 30a, 30b, 30c, 30d obtenus lors de la première étape 1 10.
A cet effet, le renfort métallique 30 est préalablement divisé en plusieurs secteurs lors de la conception ou lors de la construction d'un modèle numérique.
Selon un mode avantageux de l'invention, les différents secteurs du renfort 30 sont réalisés indépendamment par un procédé de prototypage rapide, et plus particulièrement au moyen d'un procédé de fusion laser. En effet, la fusion laser est un procédé qui permet de réaliser chaque secteur du renfort 30 par le dépôt de plusieurs couches de matière successives, ce qui permet de créer facilement des formes complexes et notamment la forme effilé en V du renfort métallique 30 avec de faibles épaisseurs au niveau des flancs 35, 37.
Le procédé de fusion laser ou procédé de frittage par fusion laser est un procédé connu de l'homme du métier et traité dans de nombreux brevets, comme notamment les brevets EP2060343 ou EP2125339 ; par conséquent nous ne décrirons pas plus en détails le principe de fonctionnement de ce procédé de fabrication.
La réalisation du renfort métallique 30 par la recombinaison de plusieurs secteurs 30a, 30b, 30c, 30d permet d'éviter les dérives liées à la fabrication d'une telle pièce d'un seul tenant à partir d'un méplat monobloc, et notamment au vrillage des flancs 35, 37 de faible épaisseur .
Chaque secteur 30a, 30b, 30c, 30d, réalisé dans la première étape 1 10, forme une partie de la base 39, du bord d'attaque 31 et des flancs 35, 37 du renfort 30 final.
La deuxième étape 120 du procédé de réalisation 100 est une étape de positionnement des différents secteurs 30a, 30b, 30c, 30d sur un outillage spécifique de forme 40 en vue de la recombinaison. Cette deuxième étape 120 de positionnement est illustrée par la figure 5.
L'outillage 40 est formé par l'association de plusieurs sections 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f qui coopèrent ensemble de façon à former une empreinte 43 complémentaire du profil interne 33 du renfort 30. L'empreinte 43 de l'outillage 40 correspondant sensiblement au profil de l'aube 10 lorsque les différentes sections 40b, 40c, 40d, 40e, 40f sont assemblées.
Ainsi lors de cette deuxième étape, les différents secteurs 30a, 30b, 30c, 30d du renfort 30 sont positionnés secteur par secteur sur l'outillage 40 de façon construire entièrement le profil du renfort sur l'outillage. La forme de l'outillage 40, et notamment le profil de l'empreinte 43 sont réalisés de façon à former le galbe et le profil intrados et extrados désirés du renfort métallique 30.
Avantageusement, l'outillage 40 comporte un nombre de sections supérieur au nombre de secteurs du renfort 30.
La troisième étape 130 du procédé de réalisation 100 est une étape d'assemblage, ou de solidarisation, des différents secteurs 30a, 30b, 30c, 30d du renfort 30 par un procédé de brasage diffusion. Pour ce faire, les jointures 31 présentes entre chaque secteur 30a, 30b, 30c, 30d accolé sont comblées par des cordons de brasure obtenus par brasage diffusion à partir d'un métal d'apport sous forme de feuillard ou sous forme de poudre. Ce métal d'apport permet de solidariser les différents secteurs 30a, 30b, 30c, 30d afin de former un renfort 30 monobloc avec son profil final.
On rappel que le brasage diffusion est une opération consistant à faire migrer totalement le métal d'apport dans le matériau de base jusqu'à la disparition de la partie métal d'apport fondu.
Le brasage diffusion permet notamment d'obtenir d'excellents résultats pour l'assemblage de pièces usinées relativement petites et aux profils complexes.
La quatrième étape 140 du procédé de réalisation 100 est une étape de conformation à chaud réalisée dans le même outillage de forme 40 que dans les étapes précédentes, l'outillage étant placé ensuite dans un four chauffé à la température de forgeage du matériau utilisé.
Cette étape de conformation à chaud permet de conformer le renfort 30 en vue d'obtenir sa forme finale.
De façon préférentielle, l'outillage 40 est réalisé dans un matériau comportant un coefficient de dilatation supérieur au coefficient de dilatation du matériau du renfort. A titre d'exemple, l'outillage 40 peut être réalisé en acier lorsque le renfort est réalisé à base titane. Le profil de l'outillage 40 et les dimensions de l'outillage 40 sont conçus en tenant compte du retrait des différents matériaux utilisés.
Selon un mode préférentiel de l'invention, l'étape 140 de conformation à chaud est réalisée lors de l'étape de brasage diffusion 130.
La cinquième étape 150 est une étape de démoulage dudit renfort 30 de l'outillage 40. A cet effet, les différentes sections 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f de l'outillage 40 sont amovibles et aptes à se démonter individuellement de façon à faciliter le démoulage du renfort 30.
Afin de faciliter le démoulage, il est possible de préparer initialement l'outillage 40 en déposant une couche de protection sur l'empreinte 43 de l'outillage 40 de façon à éviter que le renfort 30 ne colle sur l'outillage 40. A titre d'exemple, cette couche de protection peut être une couche d'alumine.
Enfin, la sixième étape 160 du procédé de réalisation 100 est une étape de finition et de reprise du renfort 30 par usinage. Cette étape de finition 160 consiste notamment :
- à la reprise des flancs 35, 37 ; cette étape consistant notamment au détourage des flancs 35, 37 et à l'amincissement des flancs intrados et extrados 35, 37 ; - au polissage du renfort 30 afin d'obtenir l'état de surface requis.
La figure 6 illustre le renfort 30 dans son état final obtenu par le procédé de réalisation selon l'invention.
En association avec ces principales étapes de réalisation, le procédé selon l'invention peut également comporter des étapes de contrôle non destructif du renfort 30 permettant de s'assurer de la conformité géométrique et métallurgique de l'ensemble obtenu. A titre d'exemple les contrôles non destructifs peuvent être réalisés par un procédé par rayon X.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, l'étape d'assemblage, ou de solidarisation, des différents renforts par brasage diffusion est remplacée par une étape d'assemblage des différents renforts par soudage, par exemple au moyen d'un faisceau d'électrons.
Dans ce deuxième mode de réalisation, l'étape d'assemblage par soudage est réalisée sans l'utilisation d'un outillage de forme. Cette étape intervient à la suite de l'étape de réalisation des différents secteurs du renfort.
Ainsi dans ce deuxième mode de réalisation, le procédé de réalisation d'un renfort structurel métallique 30 de bord d'attaque d'aube 10 tel qu'illustré aux figures 1 et 2 comporte :
- une première étape de réalisation de plusieurs secteurs 30a, 30b, 30c, 30d du renfort métallique, par exemple par un procédé de fusion laser ;
- une deuxième étape d'assemblage par soudage des différents secteurs 30a, 30b, 30c, 30d constituant les différentes parties du renfort ;
- une troisième étape de positionnement desdits secteurs 30a, 30b, 30c, 30d solidarisés ensemble sur un outillage formant l'empreinte interne du renfort et comportant le profil du bord d'attaque de l'aube de turbomachine ; - une quatrième étape de traitement thermique de relaxation des contraintes ;
- une cinquième étape de conformation à chaud ;
- une sixième étape de démoulage du renfort métallique 30 de l'outillage, l'outillage étant divisé en différentes sections amovibles de façon à faciliter le démoulage du renfort 30 ;
- une étape de finition du renfort métallique 30 consistant en une sous- étape de polissage de la surface du renfort et/ou en une sous-étape de reprise des flancs du renfort 30.
Le procédé selon l'invention a été décrit principalement pour un renfort structurel métallique à base titane ; toutefois, le procédé selon l'invention est également applicable avec des matériaux à base nickel ou encore à base acier.
L'invention a été particulièrement décrite pour la réalisation d'un renfort métallique d'une aube composite de turbomachine ; toutefois, l'invention est également applicable pour la réalisation d'un renfort métallique d'une aube métallique de turbomachine.
L'invention a été particulièrement décrite pour la réalisation d'un renfort métallique d'un bord d'attaque d'aube de turbomachine ; toutefois, l'invention est également applicable pour la réalisation d'un renfort métallique d'un bord de fuite d'une aube de turbomachine.
L'invention a été particulièrement décrite avec un procédé de fusion laser pour la réalisation de la première étape ; toutefois, la première étape peut être réalisée par exemple par un autre procédé de prototypage ou par un procédé d'usinage.
L'intérêt de la réalisation par fusion laser du renfort par une pluralité de secteurs indépendants permet de limiter les contraintes emmagasinées dans la pièce lors du procédé de fabrication par fusion laser et ainsi la déformation des flancs à parois mince lors du retrait de la pièce de l'outillage. En effet, le renfort comporte des flancs à parois minces qui tendent à se déformer lors du retrait de la pièce de l'outillage plus la taille de la pièce est importante.
Le procédé de réalisation d'un renfort métallique selon l'invention s'intègre parfaitement dans un procédé global de réparation d'une aube de turbomachine composite ou métallique. Le procédé de réparation d'une aube de turbomachine consiste alors en :
- une première étape de désolidarisation du renfort métallique usagé par des moyens de pyrolyse permettant de chauffer la colle ou la résine à une température de l'ordre de 100 à 400 °C afin de ramollir et/ou détériorer la colle utilisée pour solidariser le renfort métallique sur l'aube de turbomachine ;
- une seconde étape de réalisation d'un nouveau renfort métallique selon l'invention ;
- et enfin une troisième étape de solidarisation du renfort métallique, réalisée lors de l'étape précédente, par collage au moyen d'une colle connue de l'homme du métier pour coller un renfort sur une aube, comme par exemple une colle cyanoacrylique ou encore une colle époxy.
Les autres avantages de l'invention sont notamment les suivants :
- réduction des coûts de réalisation ;
- réduction du temps de réalisation ;
- simplification de la gamme de fabrication ;
- réduction des coûts matière.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de réalisation d'un renfort métallique (30) de bord d'attaque ou de bord de fuite d'aube (10) de turbomachine comportant un pied (32) et une tête (34) de renfort, ledit procédé comportant successivement :
- une étape (100) de réalisation d'une pluralité d'éléments (30a, 30b, 30c, 30d) effilés en forme de V formant différents secteurs dudit renfort métallique (30), de sorte que ledit renfort métallique (30) est divisé en plusieurs secteurs répartis entre ledit pied (32) et ladite tête (34) ;
- une étape de positionnement (120) desdits secteurs (30a, 30b, 30c, 30d) sur un outillage (40) reprenant la forme dudit bord d'attaque ou dudit bord de fuite de ladite aube (10) de turbomachine ;
- une étape (130) de solidarisation des différents secteurs de façon à former ledit profil complet dudit renfort métallique (30) monobloc par recombinaison des différents secteurs (30a, 30b, 30c, 30d).
2. Procédé de réalisation d'un renfort métallique (30) d'aube de turbomachine selon la revendication 1 caractérisé en ce que lors de ladite étape (100) de réalisation d'une pluralité d'éléments formant lesdits secteurs (30a, 30b, 30c, 30d) dudit renfort métallique (30), chaque secteur (30a, 30b, 30c, 30d) est réalisé au moyen d'un procédé de fusion laser.
3. Procédé de réalisation d'un renfort métallique (30) d'aube de turbomachine selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que ladite étape (120) de solidarisation des différents secteurs (30a, 30b, 30c, 30d) est réalisée au moyen d'un procédé de brasage diffusion.
Procédé de réalisation d'un renfort métallique (30) d'aube de turbomachine selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comporte une étape (140) de conformation à chaud réalisée simultanément avec ladite étape de solidarisation (130).
Procédé de réalisation d'un renfort métallique (30) d'aube de turbomachine selon l'une des revendications 3 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de démoulage (150) dudit renfort métallique (30) dudit outillage (40), ledit outillage (40) étant formé par une pluralité de sections amovibles (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f), ledit démoulage étant opéré par le retrait successif desdites sections amovibles (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f).
Procédé de réalisation d'un renfort métallique (30) d'aube de turbomachine selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comporte une étape (160) de finition dudit renfort métallique (30) consistant en une sous-étape de polissage de la surface dudit renfort et/ou en une sous-étape de reprise des flancs (35, 37) dudit renfort (30).
Procédé de réalisation d'un renfort métallique (30) d'aube de turbomachine selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que ladite étape (1 10) de solidarisation des différents secteurs (30a, 30b, 30c, 30d) est réalisée au moyen d'un procédé de soudage.
8. Procédé de réalisation d'un renfort métallique (30) d'aube de turbomachine selon la revendication 7 caractérisé en ce que ladite étape (1 10) de solidarisation des différents secteurs (30a, 30b, 30c, 30d) est suivie successivement par :
- une étape de positionnement desdits secteurs (30a, 30b, 30c, 30d) solidarisés formant ledit renfort sur un outillage reprenant la forme dudit bord d'attaque (31 ) ou dudit bord de fuite de ladite aube (10) de turbomachine ;
- une étape de traitement thermique de relaxation des contraintes ;
- une étape de conformation à chaud ;
- une étape de démoulage dudit renfort métallique (30) dudit outillage, ledit outillage étant formé par une pluralité de sections amovibles réparties entre ledit pied (32) et ladite tête (34) dudit renfort ;
- une étape de finition dudit renfort métallique (30) consistant en une sous-étape de polissage de la surface dudit renfort (30) et/ou en une sous-étape de reprise des flancs (35, 37) dudit renfort (30).
Procédé de réparation d'une aube de turbomachine comportant un renfort métallique usagé du bord d'attaque ou du bord de fuite de ladite aube, ledit procédé comportant :
- une étape de désolidarisation dudit renfort métallique usagé de ladite aube ;
- une étape de réalisation d'un renfort métallique (30) de bord d'attaque ou de bord de fuite d'aube (10) de turbomachine selon l'une des revendications 1 à 8,
- une étape de solidarisation dudit renfort métallique (30), réalisé lors de l'étape précédente, sur ladite aube (10) de turbomachine.
10. Outillage (40) pour la mise en œuvre du procédé de réalisation d'un renfort métallique (30) d'aube de turbomachine selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que ledit outillage (60) est formé par une pluralité de sections amovibles (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f).
1 1 . Outillage (40) selon la revendication 10 caractérisé en ce qu'il comporte un nombre de sections amovibles (40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f) supérieur au nombre de secteurs (30a, 30b, 30c, 30d) du renfort (30).
12. Outillage (40) selon l'une des revendications 10 à 1 1 caractérisé en ce que ledit outillage (60) est réalisé dans un matériau comportant un coefficient de dilatation supérieur au coefficient de dilatation du matériau dudit renfort (30).
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