Brevet FR2478733A1 — publié le 19810925

L'invention concerne, d'une manière générale, des aubes refroidies par air de moteur à. turbine à gaz et, plus préci- sément, un procédé et un élément de remplacement améliorés pour la réparation d'une telle aube dans la région de ses bords. Il est plus intéressant de réparer des aubes usées ou détériorées pendant la marche d'un moteur à turbine à gaz que de les remplacer. On sait, par exemple, qu'une proportion im- portante de cette usure ou de cette détérioration peut se manifester, sur la paroi du bord d'attaque, par suite d'une combinaison de phénomènes tels que impacts et fissures d'ori- gine thermique, ainsi que sur le bord de fuite, par suite de fissures d'origine thermique. Bien que la réparation d'une aube dans cet état ait été faite par soudage par fusion, ce procédé de réparation a des limitations en raison des distor- sions qu'il entraîne. De plus, on a observé dans certains cas la réouverture des fissures réparées par soudage. En résumé, une forme du procédé de la présente invention concerne la réparation d'une aube refroidie par air de moteur à turbine à gaz qui comporte un socle, une pale et, entre les deux, une plateforme qui dépasse de manière générale du profil de la pale. La pale part longitudinalement de la plateforme et possède un bord d'attaque et un bord de fuite, distants transversalement l'un de l'autre, que réunissent une paroi latérale concave et une paroi latérale convexe. L'un des bords au moins possède une chambre, orientée suivant la longeur de la pale et allongée transversalement dans la pale, en direc- tion de l'autre bord, jusqu'à une paroi de chambre orientée longitudinalement. Le procédé consiste à enlever de l'aube au moins un morceau qui comprend le bord, une partie de la paroi de la chambre, de préférence plane, reliée au bord et lui faisant face, et une partie de la plateforme, de préfé- rence plane, reliée au bord, partant de celui-ci et reliée à la paroi de la chambre. Sur les surfaces de l'aube o le mor- ceau d'aube a été enlevé, se trouve ainsi réalisée une premiè- re surface d'alignement et de liaison. Ces surfaces, qui sont de préférence des surfaces planes sécantes, sont alors net- toyées pour faire disparaître les oxydes superficiels et au- tres contaminants. Dans ce procédé de réparation, la pièce destinée à remplacer le segment d'aube est un élément de rem- placement fait sensiblement du même type de matériau et dont la taille et la forme correspondent exactement à celles du morceau enlevé, l'élément de remplacement comportant une se- conde surface d'alignement et de liaison qui correspond exac- tement à la première qui se trouve sur l'aube. On fait coin- cider la première et la seconde surface d'alignement et de liaison, et on lie par voie métallurgique l'élément de rem- placement à l'aube sur leurs surfaces d'alignement et de liai- son en utilisant un procédé sans fusion de métàl. Ainsi, l'é- lément de remplacement comporte une partie longitudinale, constituée par le bord et une partie de la paroi de la cham- bre, et un pied, constitué par la plateforme. La description qui va suivre se réfère aux figures anne- xées qui représentent,respectivement: Fig. 1, une vue en perspective d'une aube refroidie par air de moteur à turbine à gaz, avec une vue éclatée d'un élé- ment de remplacement; et Fig. 2, une vue en coupe partielle de l'aube de la figu- re 1. Dans la description suivante et dans les dessins, les mêmes numéros identifient toujours les mêmes pièces. Sur la figure 1, l'aube comporte un socle 10, une pale 12 et, entre les deux, une plateforme 14 qui dépasse de l'aube. La pale 12, qui part de la plateforme 14, comporte un bord d'attaque 16 et un bord de fuite 18, distants transversalement et réunis par une paroi latérale concave 20 et une paroi latérale convexe 22 (cf. en particulier figure 1). A l'intérieur de la pale 12, se trouvent des chambres de bord, par exemple une chambre 24 du bord d'attaque et une chambre 26 du bord de fuite. La chambre 24 est séparée du reste de l'intérieur de la pale par une paroi 28 de la chambre du bord d'attaque. De même, la chambre 26 est séparée du reste de l'intérieur de la pale par une paroi 30 de la chambre du bord de fuite, qu'on voit plus particulièrement sur la figure 2. Quand une telle aube refroidie par air fonctionne dans un moteur à turbine à gaz, son bord d'attaque et son bord de fuite peuvent s'user, être endommagés ou présenter des fissu- res d'origine thermique, etc. La présente invention, destinée à réparer ces dommages, sera décrite ici dans le cas du rem- placement du bord d'attaque, mais il doit être bien entendu que la réparation du bord de fuite peut se faire de la même façon, seule ou en combinaison avec la réparation du bord d'attaque. Certains ont déjà essayé de remplacer des bords tels que le bord d'attaque d'une telle aube, mais les difficultés que présentent l'alignement et l'orientation précis des élé- ments de remplacement se sont opposées à l'application prati- que de ce procédé. La présente invention, elle, assure l'ali- gnement et l'orientation précis d'un élément de remplacement grâce à l'emploi de parties intactes de l'aube (une partie de la paroi de la chambre de bord, telle que 28 pour le bord d'attaque et 30 pour le bord de fuite, et une partie de la plateforme 14, contiguë au bord correspondant qu'on répare) pour servir de pied à un élément de remplacement. Suivant le procédé de la présente invention, on retire de l'aube un morceau d'aube, par exemple le bord d'attaque (cf. figure 1). Le morceau comprend le bord, une partie de la paroi de la chambre faisant face au bord, par exemple la partie avant 28b dans le cas du bord d'attaque, et une par- tie de la plateforme 14, portant le repère 14b, qui est re- liée au bord et à la paroi de chambre correspondants. Sur la figure 2, la ligne 32 en traits interrompus délimite les sur- faces sensiblement planes du morceau d'aube enlevé du bord d'attaque et la ligne 34 en trait interrompu délimite les surfaces sensiblement planes du morceau d'aube enlevé du bord de fuite conformément à la présente invention. Cet enlèvement du morceau d'aube peut se faire par des procédés à enlèvement de matière, tels que meulage, usinage mécanique, électroéro- sion, etc. Ce qui reste après cet enlèvement d'un morceau d'aube est une partie interne de la paroi de chambre, par exemple une partie arrière 28a plane de la paroi de chambre et une surface inférieure de la plateforme, par exemple une surface sensiblement plane 14a, reliée à une partie de la pa- roi de chambre, par exemple la partie arrière 28a, comme sur la figure 1. Ces surfaces restantes de la paroi de la chambre et de la plateforme constituent ensemble une première surface d'alignement et de liaison sur ce qui reste de l'aube après enlèvement du morceau d'aube. Après cet enlèvement, on net- toie la surface d'alignement et de liaison pour en éliminer les oxydes et autres contaminants qui pourraient rester après enlèvement du morceau d'aube, afin de pouvoir réaliser une liaison métallurgique, par exemple une liaison par diffusion. Pour remplacer ce morceau d'aube enlevé, on réalise un élément de remplacement (repère 36 de la figure 1) en utili- sant divers procédés possibles (fonderie de précision, par exemple moulage à la cire perdue, usinage d'une autre aube, etc.) et on le nettoie convenablement pour le préparer en vue d'une liaison métallurgique. Cet élément de remplacement est réalisé sensiblement avec le même type de matériau et a une taille et une forme correspondant exactement à celles du morceau d'aube enlevé, par exemple comme sur la figure 1. L'élément de remplacement 36 du bord d'attaque comporte, d'u- ne part, une partie longitudinale délimitée par un bord d'at- taque 16 de remplacement et une partie avant 28b, de rempla- cement, de la paroi de chambre, et d'autre part, un pied qui est la partie supérieure 14b, de remplacement, de la plate- forme. La surface intérieure 17 du bord d'attaque 16 est re- liée à la surface 29 de la paroi 28 et constitue avec elle les parois de la chambre 24 du bord d'attaque. Les surfaces sensiblement planes de 14b et de 28b constituent ensemble une seconde surface d'alignement et de liaison qui correspond exactement à la première surface d'alignement et de liaison constituée par les surfaces sensiblement planes 14a et 28a. Suivant le procédé de la présente invention, on assemble l'élément de remplacement 36 sur le reste de l'aube de telle sorte que les surfaces 14a et 14b, ainsi que les surfaces 28a et 28b, coïncident, pour aligner et orienter parfaitement l'é- lément de remplacement 36 par rapport au reste de l'aube. Après quoi, on réalise une liaison métallurgique entre la première et la seconde surface d'alignement et de liaison pour obtenir une aube réparée. Cette liaison métallurgique peut se faire de plusieurs façons, par exemple, suivant le brevet des Etats Unis d'Amérique N0 4.098.450, à travers une fente étroi- te entre les surfaces d'alignement et de laision, par brasage sous vide, compression isostatique, liaison par diffusion, etc. Comme indiqué plus haut, on s'est rendu compte que la liaison par fusion, par exemple le soudage par fusion, peut se traduire par la création ou la rétention de contraintes, au voisinage de la jonction, entre l'élément de remplacement et le reste de l'aube en réparation. Finalement, ces contrain- tes peuvent entraîner la formation de fissures ou de distor- sion de l'aube. Par conséquent, l'expression "liaison métal- lurgique" utilisée ici exclut formellement les procédés de liaison par fusion de métal. Pour juger dé la valeur de la présente invention, on a pris une aube d'emploi courant dans un moteur à turbine à gaz du commerce. Un morceau d'aube appartenant au bord d'at- taque a été retiré de l'aube par meulage le long d'un plan représenté par la ligne 32 de la figure 2, une partie arriè- re 28 a de la paroi de chambre et une partie inférieure 14a de plateforme, toutes deux sensiblement planes, restant sur l'aube sous forme d'une première surface d'alignement et de liaison. On a ensuite réalisé en alliage René 80 un élément de remplacement qui était un bord d'attaque dont la taille et la forme correspondaient exactement à celles du morceau d'aube enlevé. Il est commode de réaliser cet élément par fonderie de précision, en utilisant le moulage à la cire per- due, mais on peut l'obtenir aussi par usinage à partir d'une autre aube, par exemple une aube mise au rebut. Un tel élé- ment de remplacement, du type portant le repère 36 sur la figure 1, comportait une partie arrière 28b de la paroi de chambre et une partie supérieure 14b de plateforme, corres- pondant exactement respectivement aux surfaces 28a et 14a et constituant sur l'élément de remplacement une seconde surface d'alignement et de liaison. Après nettoyage de la première et de la seconde surface d'alignement et de liaison, on a procé- dé à l'assemblage de l'élément de remplacement 36 du bord d'attaque sur le reste de l'aube en faisant coïncider la pre- mière et la seconde surface d'alignement et de liaison. On a ensuite réalisé la liaison métallurgique de ces deux surfaces au moyen d'un procédé dénommé parfois "liaison par diffusion activée", dont on trouvera la description détaillée dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n' 3.632.319. La plupart des aubes réparées suivant la présente inven- tion étant des aubes ayant fonctionné dans un moteur à turbi- ne à gaz, on procède habituellement à un nettoyage supplémen- taire pour en éliminer la contamination de surface et les re- vêtements déposés sur les aubes pour les rendre résistantes à l'oxydation et à la sulfuration. 7- R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procédé de réparation d'une aube refroidie par air de moteur à turbine à gaz, aube qui comporte un socle (10), une pale (12) et, entre les deux, une plateforme (14) dépas- sant de la pale (12), la pale (12) partant longitudinalement de la plateforme (14) et ayant un bord d'attaque (16) et un bord de fuite (18), distants transversalement, que relient des parois latérales concave (20) et convexe (22), l'un au moins des bords (16, 18) ayant une chambre (24, 26) de bord, orientée suivant la longueur de la pale et allongée transver- salement dans la pale en direction de l'autre bord (18, 16) jusqu'à une paroi (28, 30) de chambre orientée suivant la longueur de la pale, procédé caractérisé en ce qu'il consis- te à: enlever de l'aube un morceau comprenant le bord (16), une partie de la paroi (28), reliée au bord (16), lui faisant face, et une partie de la plateforme (14) reliée d'une part au bord (18), et partant de lui, et reliée d'autre part à la paroi (28), de chambre, afin de réaliser une première surface d'alignement et de liaison (14a, 28a) sur le reste de l'aube; nettoyer la première surface d'alignement et de liaison pour en éliminer les oxydes superficiels; réaliser un élément de remplacement (36), fait sensible- ment avec le même type de matériau et ayant une taille et une forme correspondant exactement à celles du morceau enlevé, l'élément de remplacement comportant une paroi (28b) de cham- bre et une paroi (14b) de plateforme qui constituent ensemble une seconde surface d'alignement et de liaison qui correspond exactement à la première surface d'alignement et de liaison; placer en coïncidence la première et la seconde surface d'alignement et de liaison au niveau de leurs surfaces respec- tives de paroi et de plateforme; puis effectuer une liaison métallurgique entre l'élément de remplacement (36) et l'aube au niveau des surfaces d'aligne- ment et de liaison. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le morceau d'aube est enlevé pour réaliser sur le reste de l'aube et, plus précisément, sur la paroi (28) de chambre et sur la plateforme (14), des surfaces sensiblement planes (28a, 14a) qui constituent une première surface d'alignement et de liaison comprenant essentiellement des surfaces planes sécantes; et la seconde surface d'alignement et de liaison, qui se trouve sur l'élément de remplacement (36), est réalisée avec essentiellement des surfaces planes sécantes (14b, 28b) qui correspondent exactement à la première surface d'alignement et de liaison. 3 - Elément de remplacement (36) pour un morceau d'une aube refroidie par air de moteur à turbine à gaz, cette aube comprenant un socle (10), une pale (12) et, entre les deux, une plateforme (14) dépassant de la pale (12), la pale (12) partant longitudinalement de la plateforme (14) et ayant un bord d'attaque (16) et un bord de fuite (18), distants trans- versalement, que relient des parois latérales concave (20) et convexe (22) , l'un au moins des bords (16), ayant une chambre (24) de bord, orientée suivant la longueur de la pale et allongée transversalement dans la pale en direction de l'autre bord (18) jusqu'à une paroi (28) orientée suivant la longueur de la pale, élément de remplacement (36) caractérisé en ce qu'il comprend: - une partie longitudinale comportant a) un bord (16); et b) une partie (28b) de la paroi (28) de la chambre (24), reliée au bord (16) et lui faisant face; c) le bord (16) et une surface intérieure de la partie (28b) de la paroi (28) de la chambre (24) faisant fa- ce au bord constituant des parois de la chambre (24) du bord (16); et - un pied, relié à la partie longitudinale et comprenant une partie (14b) de la plateforme (14), reliée au bord (16), partant de lui et reliée à.la chambre (24) du bord (16). 4 - Elément de remplacement suivant la revendication 3, caractérisé en ce que: - la partie (28b) de la paroi (28) de la chambre (24), reliée au bord (16) et lui faisant face, comporte une surface extérieure sensiblement plane; et -. la partie de la plateforme (14) faisant partie du pied comporte une surface (14b), distante de la partie longitudi- nale et sensiblement plane, qui rencontre la surface extérieu- re sensiblement plane de la partie (28b) de la paroi (28) de la chambre (24).