Brevet FR2040295A1 — publié le 19710122

i 2040295 La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'aubes de turbine, en particulier pour l'étage basse pression de turbines à vapeur. On fabrique, en général, les aubes de turbine de ce type à 5 partir, des. aciers chromes à 1.3% connus résistants à- la corrosion, draciers austênitiques- Cr-ETi ou encore à partir des aciers Cr-Ni pouvant être trempés par durcissement structural. Du fait que de la vapeur humide est toutefois déjà présente dans les étages basse pression des turbines à vapeur et qu'en outre les vitesses drécou-10 lement sont particulièrement élevées, les bords des aubes y sont soumis à une érosion très forte. Il y a eu, par suite, de nombreuses tentatives pour protéger particulièrement les aubes de turbines contre l'érosion. Ainsi a-ton essayé de conférer, par trempe superficielle, une résistance 15 supérieure aux bords exposés. Ce procédé présente cependant l'inconvénient qu'il faut utiliser des aciers plus carbures pour la matière qui constitue les aubes, aciers qui sont moins résistants a la corrosion lorsqu'ils sont recuits dans 1'intervalle de 500 à 650°C. On connaît également le brasage de lames ou de tringles de 20 métal dur en alliages durs comme bords de protection contre ïéro-sion, mais cela donne des aubes â joint de soudure présentant un point faible marque. On a également essayé de blinder les bords d'aubes par apport par soudage dralliages durs. La zone de transition entre la matière soudée et la matière de base apparaît,dans 25 ce cas, désavantageuse du fait de sa faible résistance. Pour éviter ces inconvénients, on a proposé, cette proposition ne faisant pas partie de l'état de la technique, de souder par superposition des alliages durs, non sur l'aube achevée, mais dès un stade intermédiaire avant le forgeage aux dimensions fina-30 les. Ce qui est gênant dans ce cas, toutefois, c'est le risque de fissuration* la déformation.plus accentuée et l'éventualité que, pour des profils d'aubes minces-, les évidements sur les bords nécessaires pour la soudure par superposition occupent pratiquement toute l'épaisseur de lraube et, par suite, que trop peu de matière 35 de base soit présente aux points de blindage, de sorte qu'on ne peut appliquer le procédé dans le cas de profils d'aubes minces. L' invention vise à éviter les inconvénients des procédés connus de fabrication d'aubes de turbines à bords d'attaque protégés contre l'érosion. 40 L'invention permet d'atteindre ce but en proposant de munir. 70 15249 2 2040295 par soudage d'assemblage, une ébauche d'aube, fabriquée de façon usuelle, d'un bord de protection contre l'érosion préformé D en alliage dur. - puis, de siatricer par forgeage de précision le corps composé ainsi formé «M*, snfir de la. soumettre à 'an traitement ther™ 5 rûique » On fabrique l'ébauche d'aube de façon usuelle» par forgeage, sRBtricage^ et l'on préfère? en particulier dans les profils à fort gauchissement^ de préformer dans la matrice, après étirage, les bords de protection contre l'érosion également, de façon à ÎO obteniry après soudage avec l'ébauche d'aube, un profil préalable convenant au forgeage définitif„ En supposant que l'on utilise des alliages durs appropriés, il est également possible et avantageux,; toutefois» d'utiliser des bords de protection contre l'érosion préformés par coulage ou par frittage. L5 L'expression "alliage dur" comme substance de constitution des bords de protection contre l'érosion* désigne, dans le sens de 1' invention, tous les alliages et métaux au moins cond.itionne 11 eraent forgeablesqui présententc dans les conditions de fonctionnement^ une dureté et une résistance à l'érosion nettement plus élevées 20 que les autres su.bstances constituant des aubes. On utilise de préférence,, pour cela, les alliages à base de chrome, de cobalt, et da tungstène, connus sous le nom de "stellite" ou de "celsite". On envisage également, cependant, d'autres alliages durs, de 1* acier rapide; des aciers au carbone non alliés et des- matières 25 frittées, par exemple des matières frittées présentant une teneur élevée en carbure de titane dans une matrice en alliage de fer. L*évidement pour le bord de protection de l'érosion prévu en général seulement dans la zone extérieure de la pale est, de façon appropriée,envisagé dès la forgeage de l'ébauche de l'aube ; on 3-G peut, aussi., bien entendu, le constituer cependant, par exemple par fraisage ou d'une autre façon, â. partir de l'ébauche d'aube complète c On effectue le soudage d 'asseatbiage de façon usuelle, au mieus en préchauffant les pièces à souder et en constituant un joint 3S en X. Il s'est avéré particulièrement avantageux d'effectuer le soudage d1assemblage avec des électrodes, qui fournissent comme soudure, un alliage austénitique pouvant être trempé par durcisse-ment structural, de préférence ua alliage comprenant 0,06-0,12 % C, 18-22 % Cr, 8-12% Ni,14-18% W, le reste de Co et d*impuretés 40 inévitables. . 70 15249 3 2040295 D'autres objets et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre; en regard des dessins annexés donnés uniquement à titré d'exemples non limitatifs. Sur les dessins annexés : 5 la figure 1 est une vue inclinée d'une aube de turbine avec un bord de protection contre l'érosion qui lui est soudé ; la figure 2 est une coupe transversale de la partie extérieure de la pale, suivant la ligne A-B de la figure 1 ; et la figure 3 est la même coupe après forgeage final. 10 On forge d'abord, par exemple .à partir de la matière X 15 Cr 13, dans la matrice, une ébauche d'aube comprenant le pied 1 et la pale 2, suivant la figure 1. Les dimensions de cette ébauche sont cependant encore quelque peu supérieures aux dimensions finales souhaitées et l'on prévoit un évidement pour le bord de 15 protection contre l'érosion 3. On place alors un bord de protection contre l'érosion conformément préformé par étirage ou matri-çage, constitué par l'alliage dur connu comportant environ 1,2 %C 25 % Cr, 5 % W, le reste étant essentiellement du colbalt, dans 1'évidement et on le réunit avec la pale 2 par soudage d'assembla-20 ge. On effectue le soudage à l'arc électrique en utilisant un additif fournissant, comme soudure, un alliage comprenant environ 0,1 % C, 20 % Cr, 10 % Ni, 15.% W et 50 Co pour produire une soudure particulièrement exempte de fissufe. On effectue le soudage en préchauffant les pièces à environ 600°C, et l'on soude d'abord 25 un côté du joint en X et, avant de souder l'autre côté, on alèse le filet, pour obtenir une pénétration de la soudure irréprochable. Après avoir éliminé les tensions dans le corps composé ainsi obtenu à environ 750°C et poli le filet de soudure, on effectue le matriçage à environ 1100°C. Le traitement thermique final com-30 prend, dans le cas présent, un durcissement à 950°C et une recuisson de cinq heures à 680°C. Cela permet, une fois l'aube prête, d'obtenir dans la zone de soudure 4, une dureté-intermédiaire entre celle du bord de protection contre l'érosion 3 et celle de la pale 2. 35 Les avantages que permet d'atteindre l'invention résident en particulier dans le fait que l'on peut, avec des. moyens relativement simples et de façon sûre, fabriquer des aubes de turbines satisfaisant de façon idéale aux exigences élevées de la technique moderne. 40 Le bord de protection contre l'érosion en métal durci ébauché 15249 4 2040295 présente une résistance nettement supérieure à celle d'un blindage soudé fabriqué dans le même alliage. Lè forgeage final augmente encore davantage la résistance de ce bord et améliore en même temps la structure de la zone de soudure ainsi que celle de la 5 zone de transition de la soudure aux autres matières, le traitement thermique final permet d'obtenir encote une amélioration. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit. Il est clair pour l'homme de l'art que même dans le cas des substances pouvant être trempées par durcissement structural, on 10 peut adapter facilement le traitement thermique aux températures de durcissement structural, qu'il se produise un durcissement structural dans toutes les zones, c'est à dire dans le bord de protection contre l'érosion, dans la zone de soudure et dans la matière de base, ou bien seulement dans une ou deux de ces zones. 70 15249 5 2040295 REVENDICATIONS ; 1. Procédé de fabrication d'aubes de turbine, caractérisé par le fait que l'on munit, par soudage d'assemblage, une ébauche dr aube fabriquée de façon usuelle d'un bord de protection contre 1* érosion préformé, en alliage dur, que l'on matrice ensuite par S - forgeage de précision le corps composé ainsi formé et qu'on le soumet, enfin, à- un traitement thermique. 2. Procédé suivant la revendication .1, caractérisé par le fait que l'on effectue le soudage dsassemblage au moyen d'électrodes qui fournissent un alliage austénitique pouvant être trempé par 10 durcissement structurais de préférence un alliage comprenant 0,06-0,12 % C, 18-22 % Cr, 8-12 % Ni, 14-18 % W, le reste étant du cobalt et les impuretés inévitables.