Brevet FR2458793A1 — publié le 19810102

La présente invention concerne la fabrication d'un objet comportant des conduits internes, et son ins- pection par ultra-sons. La fabrication, par moulage à cire perdue, d'un objet comportant des conduits internes, est connue en soi. Ces conduits sont réalisés, dans ce cas, en façonnant d'abord un noyau céramique ayant la forme prévue pour ces conduits puis en 19#isposant de façon adéquate dans le modèle en cire. Après coulée et solidifica- tion de l'objet, le noyau céramique est éliminé par lixiviation afin de dégager les conduite. On sait également inspecter par ultra-sons un objet ainsi réalisé pour vérifier l'épaisseur des parois d'un ou plusieurs de ces conduits. Ce procédé con- siste à comprimer par intermittences un cristal piézo- électrique de façon à engendrer des impulsions acous- tiques que l'on transmet audit objet par un milieu véhiculaire d'impulsions. Le cristal est disposé de façon tant à recevoir les impulsions renvoyées qu'à les transmettre et l'épaisseur de parois de l'objet est en rapport avec le temps que le cristal met à transmettre et à recevoir une quelconque des impul- sions engendrées. Les aubes de turbines de turbo-réacteurs sont réali- sées par moulage à cire perdue, mais on a modifié la dernière phase de leur fabrication, à savoir le mode de refroidissement de l'aube après coulée. Au lieu de rester complètement emprisonnée, jusq'à ce qu'elle soit refroidie, dans un volume dont la température s'abaisse de la température de coulée à la tempéra- ture ambiante, l'aube est, au cours de sa coulée, progressivement extraite du four, dans le sens de son axe longitudinal, pour être amenée dans une atmosphère beaucoup plus froide. Il s'ensuit qu'au cours de l'opération une extrémité de l'aube sera solide tan- dis que l'autre sera liquide. Ce procédé s'appelle solidification directionnelle et son résultat final est une aube dont la structure gra- nulée est orientée parallèlement à son axe longitudi- nal. Le noyau céramique est alors éliminé par lixi- viation et l'on procède à l'inspection de l'aube par ultra-sons. Alors que la solidification directionnelle offre des avantages considérables pour réaliser une aube de bien meilleure résistance mécanique dans des sens donnés, cette structure granulée a fait échouer les essais d'inspection de l'aube par ultra-sons telle que définie ci-dessus. La présente invention a donc pour objet de réaliser un procédé amélioré de fabri- cation d'une aube de turbo-réacteur comportant des conduits internes, permettant l'inspection par ultra- sons de l'épaisseur de parois de ces conduits. L'invention vise en outre à réaliser un procédé per- fectionné d'inspection par ultra-sons de l'épaisseur de parois d'un conduit dans un objet renfermant un tel conduit Le procédé, conforme à l'invention, de réalisation d'une aube de turbine à conduits internes consiste à déterminer la forme et la position du ou desdits conduits par façonnage et mise en place préalables, dans un modèle d'aube,d'un noyau céramique fait d'une matière céramique ferroélectrique lixiviable, à insé- rer une électrode dans ledit noyau et, après façonnage de l'aube dans un moule formé autour dudit modèle, à appliquer une contrainte électrique audit noyau de fa- çon à lui conférer des caractéristiques piézo-électri- ques telles que définies ici afin de permettre l'ins- pection, par ultra-sons, de l'épaisseur de parois du ou des conduits avant d'éliminer par lixiviation-.la matière céramique pour dégager le ou lesdits conduits. De préférence, le procédé selon l'invention comporte la phase de façonnage de l'aube par moulage à cire perdue. Le procédé selon l'invention pourra comporter la phase de solidification directionnelle de l'aube formée. Selon un autre de ses aspects, l'invention réalise un procédé d'inspection de l'épaisseur de parois d'un conduit interne d'aube de turbine consistant succes- sivement à remplir ledit conduit d'une matière céra- mique ferroélectrique, à polariser ladite matière cé- ramique comme défini ici, à connecter ladite matière céramique dans un circuit électrique à impulsions de façon qu'elle émette une impulsion acoustique, à pla- cer un transducteur piézo-électrique et un milieu véhiculaire d'impulsions de façon à recevoir lesdites impulsions acoustiques à travers l'épaisseur des pa- rois du conduit et ledit milieu et, à réception des- dites impulsions acoustiques par ledit transducteur, à en extraire des signaux électriques correspondant auxdites impulsions acoustiques et à les présenter sous une forme indiquant l'épaisseur de parois du conduit L'invention est décrite ci-après en détail en se ré- férant à un exemple préféré, non limitatif, de réali- sation représenté sur le dessin annexé dont la figure unique est un schéma de montage du dispositif selon l'invention appliqué à une aube de turbine 12 dont la partie profilée aérodynamiquement 10 est représentée en coupe longitudinale L'aube 12 est réalisée par le procédé bien connu du moulage à cire perdue et par solidification direction- nelle, dont un exemple est décrit dans le Brevet Bri- tannique NQ 1.349.099. Ces procédés ne seront donc pas décrits ici. L'aube 12 comporte des conduits lon- gitudinaux traversants 14, 16, 18 et 20 pour le pas- sage d'air réfrigérant à l'intérieur de l'aube tra- vaillant dans un moteur à turbine à gaz (non repré- senté). Mais, comme le représente le dessin, chaque conduit est rempli d'une matière céramique 19 traitée de façon à lui conférer des caractéristiques piézo- électriques telles qu'elles seront définies par la suite. Cette matière céramique est tout d'abord fa- çonnée, par moulage et cuisson ou tout autre procédé approprié, en une forme correspondant à chacun des conduite, puis placée à sa place respective dans le modèle en cire. Lorsqu'on coule du métal dans le moule établi autour de ce modèle en cire, les ébauchés cé- ramiques font temporairement partie intégrante du mou- lage Préalablement à la cuisson des ébauchée céramiques, une électrode 22, 24, 26 ou 28 est insérée longitudi- nalement dans chaque ébauché de façon à en faire sail- lie par au moins une de ses extrémités. Dans l'ébau- ché céramique 19 remplissant le conduit 14 sont insé- rées deux électrodes supplémentaires 30 et 32, car ses dimensions dans le sens de la corde du profilé aéro- dynamique sont grandes par comparaison avec celles des autres conduits 16, 18 et 20 et qu'il occupe ef- fectivement de ce fait une plus longue partie de la paroi de l'aube. La matière céramique utilisée doit être capable de se déformer sous l'action d'une contrainte électrique, c'est à dire être électrostrictive et, plus spéciale- ment, ferroélectrique. Un produit ouvré fait d'une telle matière céramique est constitué par une série de domaines allongés contenant chacun un groupe de molécules et, en l'absence de contrainte électrique, ces domaines sont disposés à angles quelconques les uns par rapport aux autres. Lorsqu'on applique une tension aux deux extrémités de ce produit ouvré, les domaines s'orientent longitudinalement selon le champ électrique et le produit ouvré se dilate. Toutefois, contrairement aux substances piézo-électriques vraies, ces matières céramiques ne font que se dilater, que la tension appliquée soit positive ou négative. Il s'ensuit que si l'on applique une tension oscil- lante à la matière céramique elle se dilatera deux fois par oscillation complète de la tension ce qui, dans le contexte de la présente invention, est inad- missible. La matière céramique 19 est donc polarisée de façon permanente pendant qu'elle se trouve dans l'aube 12 eC chauffant l'ensemble au dessus du point de curie de la matière céramique et en lui appliquant une ten- sion de 1.000 V par millimètre d'épaisseur de matière céramique, maintenue pendant qu'elle refroidit. Le résultat final de ce traitement est que la matière céramique reste polarisée et, si on lui applique une faible tension oscillante, les domaines de la matière céramique ne s'écarteront que d'une faible distance (mesurée en angstroms) de leur position polarisée, pour y revenir, en se dilatant et se contractant se- lon le sens de la sollicitation. La matière céramique agit donc alors de façon parfaitement piézo-électrique. L'aube 12 est alors connectée, par ses électrodes 22 à 32, dans un circuit électrique 40 et une faible tension alternative est appliquée, par un oscillateur 42 pouvant comporter un dispositif d'équerrage d'im-.- pulsions, aux noyaux céramiques 19 qui se dilatent une foispar oscillation complète de la tension. Les impulsions sont transformées en impulsions acous- tiques et transmises à un transducteur piézo-électri- que 46 par l'intermédiaire d'un milieu véhiculaire constitué, dans l'exemple représenté, par un noyau 44 en 'perspex" (Marque Déposée) mais qui pourrait être de l'eau. Ce transducteur 46 reconvertit les impul- sions acoustiques en impulsions électriques et les transmet à l'appareil 48 qui les présente, de façon connue, sous forme numérique et/ou analogique. L'application unidirectionnelle des impulsions garan- tit que leur énergie sera suffisamment conservée pour pouvoir fournir des signaux assez forts d'o on pourra déduire des indications sur l'épaisseur de parois des divers conduits en dépit de l'orientation défavorable de la structure à gros grains du moulage directionnel- lement solidifié. Comme on'l'a exposé précédemment, la présente inven- tion a été faite dans le but de surmonter la diffi- culté de l'inspection, par ultra-sons, de l'épaisseur des parois d'une aube de turbine réalisée par les techniques combinées du moulage à cire perdue et de la solidification directionnelle, mais elle s'appli- que également aux objets réalisés par d'autres procé- dés pourvu que la matière céramique ferroélectrique puisse être solidement immobilisée à l'intérieur du- dit objet. Si le conduit intérieur de l'objet est rectiligne, ou d'une forme se prêtant à l'insertion du noyau cé- ramique préformé après la fabrication de l'objet, ce noyau pourra être polarisé avant son insertion dans ledit objet. REVENDICATIONS l.Procédé de réalisation d'une aube de turbine (12) à conduits internes, (14,16,18,20) caractérisé en ce qu'il consiste à prédéterminer la forme et la position du ou des- dits conduits par façonnage et mise en place préalables, dans un modèle d'aube, d'un noyau céramique (19) fait d'une matière céramique ferroélectrique lixiviable, à insérer une électrode (22,24,26,28,30,32), dans ledit noyau et, après façonnage de l'aube dans un moule formé autour dudit modèle, à appliquer une contrainte électrique audit noyau de façon à lui conférer des caractéristiques piézo-électriquestelles que définies ici afin de permettre l'inspection, par ultra-sons, de l'épaisseur de parois du ou des conduits avant d'éliminer par lixiviation la matière céramique (19) pour déaager le ou lesdits conduits (14,16,18,20). 2. Procédé de réalisation d'une aube de turbine à con- duits internes selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte la phase de façonnage de l'aube (12) par moulage à cire perdue. 3. Procédé de réalisation d'une aube de turbine à con- duits internes selon la Revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte la phase de solidification directionnelle de l'aube (12) pendant ou après la coulée. 4. Procédé d'inspection de l'épaisseur de parois d'un conduit interne (14,16,18,20) d'aube de turbine (12), carac- térisé en ce qu'il consiste, successivement, à remplir ledit conduit d'une matière céramique ferroélectrique (19), à po- lariser ladite matière céramique comme défini ici, à connecter ladite matière céramique dans un circuit électrique (40) à im- pulsion de façon qu'elle émette une impulsion acoustique, à placer un transducteur piézo-électrique (46) et un milieu vé- hiculaire d'impulsions (44) près de l'aube pour recevoir ces impulsions acoustiques à travers l'épaisseur des pprois du conduit et ledit milieu et, à réception desdites impulsions accoustiques par ledit transducteur, à an extraire des sianaux électriques correspondant auxdites impulsions accoustiques et à les présenter sous une forme indiquant l'épaisseur de parois du conduit.