FR3099074A1 - Procédé de fabrication d’une aube creuse - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une aube (18) creuse d’axe radial, telle qu’une aube de guidage du flux d’air dans une veine d’air secondaire d’une turbomachine, comprenant les étapes : a) Fournir une première pièce (20) dont une surface externe forme une surface d’extrados et une seconde pièce (22) dont une surface externe forme une surface d’intrados, la première pièce (20) et la seconde pièce (22) étant conformés de manière à former ensemble une aube (18) aérodynamique comportant intérieurement une cavité, b) Intercaler un noyau (42) entre la première pièce (20) et la seconde pièce (22), le noyau (42) étant monté dans ladite cavité, c) Réaliser un conformage de la première pièce (20) et de la seconde pièce (22) autour du noyau (42), le conformage comprenant une étape de soudage de la première pièce (20) avec la seconde pièce (22) au niveau d’un plan de joint commun, d) Supprimer le noyau (42). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2.
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une aube creuse, plus particulièrement une aube de guidage du flux d’air secondaire dans une turbomachine.
Etat de la technique antérieure
Classiquement, une turbomachine comprend une roue de soufflante accélérant l’air entrant dans une veine d’air secondaire entourant la turbine à gaz. En aval de la roue de soufflante est formée une rangée annulaire d’aubes de stator de guidage du flux d’air. Ces aubes 10 sont connues en anglais sous l’acronyme d’OGV pour Outlet Guide Vane et un exemple est représenté en figure 1. Elles présentent un profil aérodynamique et comprennent chacune au moins une cavité 12 interne permettant d’alléger la masse de la turbomachine.
Il est connu de réaliser ces aubes 10 par assemblage d’un capot 14 sur un corps 16 d’aube. Le corps 16 et le capot 14 sont fixés ensemble par soudage. Toutefois, des contraintes résiduelles et des déformations dans la pièce finale peuvent subsister. Par ailleurs, le mode de fabrication peut engendrer des inhomogénéités dans la répartition des efforts sur l’aube 10 puisque le capot 14 ne peut pas participer entièrement à la reprise des sollicitations à laquelle la pièce 10 est soumise.
Est ainsi concerné un procédé de fabrication d’une aube creuse d’axe radial, telle qu’une aube de guidage du flux d’air dans une veine d’air secondaire d’une turbomachine, comprenant les étapes :
a) Fournir une première pièce dont une surface externe forme une surface d’extrados et une seconde pièce dont une surface externe forme une surface d’intrados, la première pièce et la seconde pièce étant préformées de manière à réaliser ensemble une aube aérodynamique comportant intérieurement une cavité,
b) Intercaler un noyau entre la première pièce et la seconde pièce, le noyau étant monté dans ladite cavité,
c) Réaliser un conformage de la première pièce et de la seconde pièce autour du noyau, le conformage comprenant une étape de soudage-diffusion de la première pièce avec la seconde pièce au niveau d’un plan de joint commun,
d) Supprimer le noyau.
a) Fournir une première pièce dont une surface externe forme une surface d’extrados et une seconde pièce dont une surface externe forme une surface d’intrados, la première pièce et la seconde pièce étant préformées de manière à réaliser ensemble une aube aérodynamique comportant intérieurement une cavité,
b) Intercaler un noyau entre la première pièce et la seconde pièce, le noyau étant monté dans ladite cavité,
c) Réaliser un conformage de la première pièce et de la seconde pièce autour du noyau, le conformage comprenant une étape de soudage-diffusion de la première pièce avec la seconde pièce au niveau d’un plan de joint commun,
d) Supprimer le noyau.
L’invention propose ainsi de réaliser l’aube creuse au moyen de deux pièces complémentaires agencées de part et d’autre d’un noyau qui sert à conformer la cavité interne de l’aube creuse par une opération de mise en forme. A la différence de la technique antérieure, on utilise un noyau pour réaliser la mise en forme finale de la pièce, ce qui lui confère une meilleure résistance mécanique. La réalisation du soudage-diffusion durant l’étape de conformage permet d’avoir une structure unique et saine au niveau du plan de joint.
Le procédé ainsi proposé supprime l’abattement mécanique lié à l’utilisation d’un capot. La pièce finale présente une meilleure répartition des sollicitations dans celle-ci et donc une meilleure tenue mécanique en fonctionnement. Par ailleurs, il est possible de choisir l’emplacement de l’ouverture pour le retrait/dissolution du noyau, dans une zone en dehors des zones aérodynamiques ou de fortes sollicitations mécaniques.
Selon une caractéristique, lorsque le noyau est apte à être dissous, on peut former à une extrémité de l’aube un orifice débouchant jusqu’au noyau. Cet orifice peut ainsi permettre le passage d’une solution de dissolution chimique du noyau lequel peut présenter une structure interne poreuse pour faciliter la pénétration de la solution à l’intérieur de celle-ci. La dissolution chimique peut être réalisée à l’aide de soude, par exemple. L’orifice peut aussi être dimensionné pour retirer mécaniquement le noyau sans le dissoudre.
Egalement, un renfort peut être intercalé entre la première pièce et la seconde pièce et former un angle non nul relativement à l’axe radial. Le renfort peut être soudé à l’une au moins de la première pièce et de la seconde pièce.
Par ailleurs, le noyau peut comprendre un premier élément de noyau et un second élément de noyau, le premier élément de noyau étant intercalé entre la première pièce et le renfort et le second élément de noyau étant intercalé entre le renfort et la seconde pièce.
Le noyau peut être réalisé dans un matériau à changement de phase tel qu’un matériau à base nickel.
Le noyau est, de préférence, réalisé dans un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui du matériau dans lequel est réalisé la première pièce et la seconde pièce, ce qui évite tout mouvement du noyau entre la première pièce et la seconde pièce. On notera que le procédé selon l’invention permet d’utiliser deux matériaux différents pour la première pièce et la seconde pièce. Dans ce cas, le coefficient de dilatation thermique du noyau est supérieur à chacun des coefficients de dilation thermique de la première pièce et de la seconde pièce.
La première pièce et la seconde pièce sont préformées par forgeage.
Le conformage peut comprendre un traitement thermique sous pression d’un gaz inerte, telle que par exemple de l’argon.
L’étape d) peut être réalisée par dissolution chimique du noyau ou par enlèvement mécanique. A titre d’exemple, si noyau est en céramique alors une dissolution chimique peut être envisagée. Si le noyau est à base nickel, il est alors nécessaire de l’enlever mécaniquement.
Brève description des figures
Description détaillée de l’invention
On se réfère maintenant à la figure 2 qui comprend trois parties A, B et C qui seront nommées respectivement figure 2A, figure 2B et figure 2C et représentent trois étapes successives du procédé de fabrication d’une aube creuse 18, plus particulièrement, une aube dite OGV. Cette aube 18 présente une dimension radiale R destinée à s’étendre en fonctionnement perpendiculairement à une direction longitudinale L parallèle à l’axe de rotation des pièces tournantes, la direction transverse T étant la direction orthogonale à la direction longitudinale L et à la direction radiale R. Comme on peut le voir en figure 2A, la première étape comprend la fourniture d’une première pièce 20 et d’une seconde pièce 22 destinée à former ensemble une OGV en fin de procédé, ces deux pièces 20, 22 étant par exemple préformées par formage. La première pièce 20 comprend une surface 24 ou face externe c’est-à-dire tournée vers l’extérieur de l’aube 18 et destinée à former une surface d’extrados. La seconde pièce 22 comprend une surface ou face externe (non visible) c’est-à-dire tournée vers l’extérieur de l’aube 18 et destinée à former une surface d’intrados. Les faces d’intrados et d’extrados 24 sont reliées à leurs extrémités radialement externe à une plate-forme 26 externe formée pour partie d’une demie plate-forme externe 26a de la première pièce 20 et d’une demie plate-forme 26b de la seconde pièce 26. De même, les faces d’intrados et d’extrados 24 sont reliées à leurs extrémités radialement interne à une plate-forme interne 28 formée pour partie d’une demie plate-forme interne 28a de la première pièce 20 et d’une demie plate-forme 28b de la seconde pièce 22.
On remarque que la demie plate-forme interne 28a de la première pièce 20 comprend une surface incurvée concave 30, en direction longitudinale L, destinée à venir s’appliquer sur une surface incurvée convexe 32, en direction longitudinale L, de la demie plate-forme interne 28b de la seconde pièce 22. De même, la demie plate-forme externe 26 de la première pièce 20 comprend une surface incurvée concave (non visible), en direction longitudinale L, destinée à venir s’appliquer sur une surface incurvée convexe 34, en direction longitudinale L, de la demie plate-forme externe 26b de la seconde pièce 22. Cela permet de s’assurer que l’assemblage s’emboîte au bon endroit et d’éviter un décalage entre les deux parties 20 et 22.
La première pièce 20 comprend une surface interne comportant une première portion de surface s’étendant radialement et une seconde portion de surface s’étendant également radialement. Une portion de surface centrale est intercalée longitudinalement entre lesdites première et seconde portions de surface précitées de la première pièce 20, cette portion de surface centrale de la première pièce 20 s’étendant également radialement. La seconde pièce 22 comprend une surface interne comportant une première portion de surface 36 s’étendant radialement et une seconde portion de surface 38 s’étendant également radialement. Une portion de surface centrale 40 est intercalée longitudinalement entre lesdites première 36 et seconde portion 38 de surface précitées de la seconde pièce 22, cette portion de surface centrale 40 de la seconde pièce 22 s’étendant également radialement. La première portion de surface de la première pièce 20 et la première portion 36 de surface de la seconde pièce 22 viennent en contact l’une de l’autre et sont de préférence de formes complémentaires. De même, la seconde portion de surface de la première pièce 20 et la seconde portion 38 de surface de la seconde pièce 22 viennent en contact l’une de l’autre et sont de préférence de forme complémentaire. La portion de surface centrale de la première pièce 20 et la portion de surface centrale 40 de la seconde pièce 22 sont conformées de manière à définir ensemble une cavité de réception d’un noyau 42, ce dernier étant visible sur les figures 2A, 2B et 2C. La portion de surface centrale de la première pièce 20 et la portion de surface centrale 40 de la seconde pièce 22 peuvent avoir une forme incurvée concave en direction longitudinale L. Le noyau 42 intercalé transversalement entre la première pièce 20 et la seconde pièce 22 est ainsi agencée au contact des portions de surface centrale 40 de la première pièce 20 et de la seconde pièce 22.
Lors de l’étape illustrée en figure 2B, on réalise un conformage de la première pièce 20 et de la seconde pièce 22 autour du noyau 42, cette étape comportant une étape de soudage par diffusion d’une part de la première portion de surface de la première pièce 20 avec la première portion de surface 36 de la seconde pièce 22 et d’autre part de la seconde portion de surface de la première pièce 20 et de la seconde portion de surface 38 de la seconde pièce 22. Une soudure diffusion est également réalisée entre les demies plates-formes 26a, 26b, 28a, 28b, plus précisément entre les surfaces incurvées concave 30 et convexe 32, 34 en contact des demies plates-formes des première pièce 20 et seconde pièce 22.
Dans une étape illustrée en figure 2C, on réalise un usinage de l’une de la plate-forme interne 28 et de la plate-forme externe 15, cet usinage consistant à réaliser un orifice 44 depuis l’extérieur et débouchant au niveau du noyau 42. Cet orifice 44 permet l’introduction d’une solution de dissolution chimique qui peut être de la soude. Le noyau 42 comprend de préférence une structure interne creuse permettant de faciliter la pénétration de la solution chimique à l’intérieur de celle-ci. Bien évidemment, l’attaque chimique ne devra pas dégrader la première pièce 20 et la seconde pièce 22, en particulier les portions de surface centrale. Dans une autre réalisation, le noyau est retiré mécaniquement, c’est-à-dire d’une seule pièce. Dans ce cas, l’orifice 44 devra permettre un retrait du noyau dont la forme sera adaptée au passage par l’orifice 44.
Le noyau devrait ne pas se déformer ou alors très peu lors du conformage. De préférence, le noyau présentera un coefficient de dilatation plus important que celui du matériau utilisé pour réaliser la première pièce et la seconde pièce, par exemple le titane. De cette manière, le noyau sera idéalement placé entre la première pièce et la seconde pièce puisqu’il ne pourra pas bouger lors de l’étape de conformage.
Par exemple, le noyau peut être en matériau céramique et être élaboré par différents types de procédés :
- coulée séchage et cuisson ;
- procédé d’injection déliantage et cuisson ;
- usiné sur massif cuit.
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Lorsque le noyau est en matériau céramique, alors il peut être à base d’oxydes éliminables chimiquement telles que de la silice éliminable avec une solution par exemple de soude, et conserver une porosité permettant la diffusion de la solution d’attaque du noyau.
Le noyau est réalisé dans un matériau tel que le noyau peut résister en compression à plus de 100 MPa.
Le noyau 42 ne doit pas générer de contraintes dans la pièce 18 métallique lors du refroidissement. Hors, classiquement, la dilation des oxydes céramiques est plus faible que celle des alliages métalliques. Afin de contourner ce problème technique, l’utilisation d’un matériau céramique à changement de phase peut permettre lors du changement de phase au refroidissement de rattraper la dilatation du matériau métallique. Le matériau devrait être à base d’oxydes non réactif avec le matériau métallique utilisé pour la première pièce et la seconde pièce aux températures de conformage du procédé. Il peut également, dans le cas où il est réactif, être revêtu d’une couche passivante d’oxyde non réactif avec le matériau de la première pièce et de la seconde pièce aux températures du procédé. Ce revêtement pourra être déposé par trempage dans une suspension colloïdale ou une barbotine (par exemple colloïde de cérium ou d’yttrium ou de titane).
Comme illustré en figure 3, la pièce 18 peut comprendre un renfort 46 intercalé entre la première pièce 20 et la seconde pièce 22 comme cela est représenté sur la figure 4. Ce renfort 46 peut former un angle non nul relativement à l’axe radial R. Dans ce cas, le noyau 42 peut être réalisé en deux parties 42a, 42b et ainsi comprendre un premier élément 42a de noyau et un second élément 42b de noyau. Dans la direction transverse, le premier élément 42a de noyau est intercalé entre la première pièce 20 et le renfort 46 et le second élément 42b de noyau est intercalé entre le renfort 46 et la seconde pièce 22.
Claims (8)
- Procédé de fabrication d’une aube (18) creuse d’axe radial, telle qu’une aube de guidage du flux d’air dans une veine d’air secondaire d’une turbomachine, comprenant les étapes :
a) Fournir une première pièce (20) dont une surface externe forme une surface d’extrados et une seconde pièce (22) dont une surface externe forme une surface d’intrados, la première pièce (20) et la seconde pièce (22) étant conformés de manière à former ensemble une aube (18) aérodynamique comportant intérieurement une cavité,
b) Intercaler un noyau (42) entre la première pièce (20) et la seconde pièce (22), le noyau (42) étant monté dans ladite cavité,
c) Réaliser un conformage de la première pièce (20) et de la seconde pièce (22) autour du noyau (42), le conformage comprenant une étape de soudage de la première pièce (20) avec la seconde pièce (22) au niveau d’un plan de joint commun,
d) Supprimer le noyau (42). - Procédé selon la revendication 1, dans lequel on forme, à une extrémité de l’aube, un orifice (44) débouchant jusqu’au noyau (42).
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le noyau (42) est retiré par dissolution chimique à l’aide de soude.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un renfort (46) est intercalé entre la première pièce (20) et la seconde pièce (22) et forme un angle non nul relativement à l’axe radial.
- Procédé selon la revendication 4, dans lequel le noyau (42) comprend un premier élément (42a) de noyau et un second élément (42b) de noyau, le premier élément (42a) de noyau étant intercalé entre la première pièce (20) et le renfort (46) et le second élément (42b) de noyau étant intercalé entre le renfort (46) et la seconde pièce (22).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le noyau (42) est réalisé dans un matériau à changement de phase tel qu’un matériau à base nickel.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première pièce (20) et la seconde pièce (22) sont préformées par formage.
- Procédé selon l’une des revendications 1, 2 et 4 à 7, dans lequel l’étape d) est réalisée par dissolution chimique du noyau ou par enlèvement mécanique.
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2019
- 2019-07-23 FR FR1908359A patent/FR3099074B1/fr active Active
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