Brevet FR2655887A1 — publié le 19910621

DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé d'enlèvement de revêtements sur pièces mécaniques, notamment lors du reconditionnement de pièces aéronautiques, en particulier destinées aux moteurs aéronautiques, comportant l'utili- sation d'un jet d'eau sous haute pression, avec ou sans adjonction d'additifs ou de particules, éventuel- lement abrasives. Le choix du matériau imposé pour les pièces mécaniques, notamment destinées aux moteurs aéronautiques dans des conditions sévères d'utilisation en niveau de contraintes ou dues a% l'environnement, amène souvent à réaliser des revêtements adhérents sur ces pièces ou fréquemment sur certaines zones délimitées afin de remplir certaines fonctions particulières On obtient ainsi des protections contre l'usure ou l'érosion au moyen de zones durcies ou une protection contre diverses corrosions ou encore des barrières thermiques ou des revêtements d'étanchéité par matériau abradable Ces divers revêtements selon les applications, leur nature ou celle du substrat peuvent être obtenus par dépôts par voie électrolytique ou électrochimique ou par projection à la flamme oxyacétylénique ou au plasma d'arc notamment ou encore par traitement thermochimique. Les retouches des pièces en cours de fabrication dans le cas de nonconformité ou leur reprise en vue du reconditionnement lors des réparations après fonctionnement imposent habituellement un enlèvement des revêtements Les procédés connus d'enlèvement font appel notamment soit à des bains chimiques pour dissolution, soit à des moyens classiques d'usinage, soit à des projections d'abrasifs Chacune de ces solutions connaît 2 2655887 ses limitations propres et occasionne en outre des inconvénients notables, notamment des temps opératoires élevés pour la dissolution chimique et la projection d'abrasif et une attaque du métal de base lors d'un usinage ou d'une projection d'abrasif Une préparation spécifique de surface est en outre imposée dans tous les cas avant d'effectuer un nouveau dépôt On connaît par ailleurs divers exemples de mise en oeuvre dans l'utilisation d'un jet d'eau sous haute pression, notamment pour la découpe de divers matériaux et des machines sont proposées par divers constructeurs, adaptées pour ces applications connues. Le but de l'invention est de procurer un procédé d'enlèvement de revêtements sur pièces mécaniques répondant aux critères imposés de qualité qui sont fréquemment sévères pour l'acceptation de pièces destinées aux moteurs aéronautiques qui constituent une application particulière directement visée par l'invention Le procédé selon l'invention par l'adaptation de moyens dont certains sont déjà connus pour d'autres utilisations permet de combiner de nombreux avantages tant techniques qu'économiques sans encourir les inconvénients rencontrés dans la mise en oeuvre des procédés antérieurs utilisés pour l'enlèvement de revêtements sur pièces mécaniques. Le procédé d'enlèvement de revêtements conforme à l'invention et répondant à ces conditions est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: (a) mise en place de la pièce à traiter sur la machine et mise en place d'une tête de projection, à une distance d de la surface à traiter telle que d > lmm; (b) traitement de la pièce par projection d'un jet d'eau dirigé par la buse de la machine sur la zone de la pièce à% traiter, ladite buse étant alimentée sous une haute pression p telle que p > 108 Pa et un déplacement relatif entre buse de projection et surface à traiter étant imposé a une vitesse v telle que 0,025 m/mn K v par unité de temps maximale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 schématise les moyens de mise en oeuvre d'une opération de traitement d'une pièce selon le procédé d'enlèvement de revêtement conforme à l'invention; la figure 2 montre un détail d'une tête de projection entrant dans l'installation représentée sur la figure 1; la figure 3 montre un schéma de fonctionnement de ladite tête de projection représentée sur la figure 2 la figure 4 montre une vue de la tête de projection représentée sur la figure 3 selon une direction F montrant une section de buse de projection; la figure 5 montre, selon une vue analogue a celle de la figure 3, un schéma de fonctionnement d'une tête de projection à jets multiples la figure 6 montre, selon une vue analogue à celles des figures 3 et 5, un schéma de fonctionnement montrant l'association de plusieurs têtes de projection; la figure 7 montre, selon une vue analogue à celles des figures 3, 5 et 6, un schéma de fonctionnement montrant un exemple de mise en oeuvre pour l'enlèvement d'une couche superficielle externe de revêtement; la figure 8 montre, selon une vue analogue à celles des figures 3 et 5 à 7, un schéma de fonctionnement dans le cas d'un jet immergé. L'installation 1 schématiquement représentée sur la figure 1 et utilisée pour la mise en oeuvre du procédé d'enlèvement de revêtement sur pièces mécaniques conforme à l'invention comporte par exemple plusieurs postes de travail comprenant chacun un support de pièce tel qu'une table 2 ou un poste fixe 3 ou tout type de positionneur adapté aux pièces et aux zones a traiter et des moyens de déplacement associés portant au moins une tête 4 de projection Ces moyens de déplacement 5 associés à la table 2 peuvent par exemple permettre des déplacements croisés ou ils peuvent être constitués par un robot 6. Lesdits postes de travail sont reliés par un ensemble de canalisations et vannes, symbolisées en 7, à un ensemble d'alimentation 8 comportant notamment un système de pomperie 9 et de distribution 10 de l'eau sous une haute pression p Chaque poste de travail est complété par un dispositif de récupération du jet fluide dont il assure également l'amortissement après son action sur la pièce à traiter Ce dispositif est par exemple constitué d'une couche jusqu'à 1 m d'épaisseur constituée d'un empilement de galets aboutissant à du sable fin Une armoire de commande 11 complète l'installation. Lors de la première étape (a) dudit procédé, une pièce 12 est par exemple placée sur ladite table 2 sur laquelle elle est fixée par tout moyen connu La zone de la pièce 12 à traiter est placée à une distance d, généralement inférieure à 200 mm de l'orifice de sortie de ladite tête 4 de projection. Ladite tête 4 de projection montée de manière orientable sur les moyens de déplacement 5 comporte, comme indiqué sur la figure 2 de détail, une buse 4 a munie d'un élément de calibrage du jet d'eau qui est par exemple en saphir et présente une ouverture de passage choisie en fonction de chaque application particulière et qui est, par exemple, de 0,25 mm, 0,35 mm, 0,4 mm ou 0,5 mm La tête 4 de projection comporte également une arrivée 4 b d'eau sous haute pression, une alimentation 4 c en particules additionnelles éventuelles, une chambre 4 d à effet venturi et une buse de guidage 4 e du jet. La deuxième étape (b) dudit procédé consiste à projeter sur ladite zone de la pièce 12 à traiter un jet d'eau sous haute pression au moyen de ladite tête 4, les déplacements adaptés permettant de couvrir l'intégralité de ladite zone à traiter La haute pression d'eau est réglée à une valeur p supérieure à 108 Pa La vitesse v des déplacements est 6 2655887 réglée entre 0,025 m/mn et 7 m/mn En fonction de la nature des revêtements à enlever et notamment de leur état de vieillissement, la valeur des paramètres notés ci- dessus (pression p du jet d'eau, distance d entre sortie de buse et pièce, vitesse v des déplacements, caractéristiques de la busede projection) est déterminée de manière à obtenir l'enlèvementcomplet du revêtement tout en préservant l'absence d'attaque au niveau de la surface de pièce formant le substrat dudit revêtement. La vitesse maximale de 7 m/mn indiquée ci-dessus peut notamment être augmentée en fonction des capacités des moyens utilisés et de l'adaptation des autres paramètres aux applications particulières. Notamment, de bons résultats ont été obtenus en réglant la pression p d'alimenttion vers 3 108 Pa et des valeurs de pression jusqu'à 4,2 108 Pa ont pu être testées Le choix de la vitesse v des déplacements conditionne notamment le rendement et en conséquence la rentabilité du procédé En fait le rendement est défini par la vitesse surfacique ou surface traitée par unité de temps, obtenue en fonction de ladite vitesse v de déplacement et de la surface de pièce balayée à chaque passe Les exemples d'essais ci-après montrent le mode de détermination de ces paramètres. EXEMPLE 1 Lors de l'élimination d'un revêtement de carbure de tungstène d'épaisseur 0,2 mm sur un substrat en superalliage résistant à haute température, sans altération du substrat, en utilisant une pression p de 3 108 Pa, une distance d de 70 mm, un diamètre de buse de 0,4 mm, le fluide projeté étant de l'eau pure, les résultats suivants ont été observés: v en m/mn 3; 4 largeur décapée 1: 0,22; 0,225; 0,19; 0,17; 0,16 par passe en cm vitesse surfacique: 66; 90 v 5 en cm 2/minute ; 102; 112 La meilleure valeur est obtenue pour une vitesse de déplacement de 7 m/mn qui est la vitesse maximale obtenue dans les essais réalisés. EXEMPLE 2 Les quatres paramètres de l'exemple 1 étant conservés, lors de l'enlèvement d'un dépôt Ni-Cr-Al d'épaisseur 0,1 mm sur le même substrat, les résultats suivant ont été observés: v en m/mn 1 en cm : 3; 4; 5; 6; 7 : 0,36; 0,28; 0,29; 0,3; 0,22 vs en cm 2/mn: 108; 112; 145; 180; 154 Dans cette application, le meilleur compromis donnant le meilleur rendement est obtenu pour une valeur optimale de vitesse de déplacement de 6 m/mn. EXEMPLE 3 Lors des essais d'enlèvement d'un dépôt Ni-Cr-Al d'épaisseur 0,25 mm présentant un état de vieillissement correspondant à un fonctionnement, le substrat étant du type précédent, on utilise une pression p de 3 108 pa, ; 6; 7 une distance d de 65 mm et un diamètre de buse de 0,25 mm, le fluide projeté étant de l'eau pure et on observe les résultats suivants: v en m/mn 0,25; 0,32; 0,50 1 en cm 0,057; 0,048; O vs en cm 2/mn 1,43; 1,54; O Une vitesse optimale de déplacement est ainsi obtenue pour v: 0,32 m/mn De même une vitesse limite minimale peut être déterminée en fonction du type de revêtement a enlever Ainsi pour un dépôt de carbure de tungstène épais et vieilli, cette limite peut descendre jusqu'à 0,025 m/mn. En fonction des applications particulières, divers additifs peuvent être ajoutés au jet fluide projeté à base d'eau pure, sous haute pression On utilise ainsi des polymères qui modifient les propriétés physiques de l'eau, notamment de mouillage ou de tensions superficielles, ce qui permet d'agir sur les caractéristiques du jet obtenu, sa forme, sa compacité, sa propension à la divergence, les caractéristiques du choc avec la matière, par exemple. Dans certaines applications également, notamment lorsqu'un effet de mise sous contrainte superficielle des surfaces traitées du substrat est recherché, ou quand par exemple l'enlèvement du revêtement est combiné avec un recondi- tionnement de la surface traitée en vue d'un nouveau dépôt, des particules peuvent être ajoutées au fluide projeté de manière à modifier l'action mécanique du jet sur la matière Au lieu des techniques habituelles sur la matière Au lieu des techniques habituelles de mise sous contrainte superficielles par grenaillage à la bille d'acier, de verre ou de céramique, l'utilisation d'un jet d'eau sous haute pression, conforme à l'invention, permet d'utiliser des projectiles plus tendres, billes en plastique, ou au contraire des grains abrasifs de grenat, pour activer la surface en vue d'un nouveau dépôt, par exemple En fonction de chaque application et des résultats recherchés, les caractéristi- ques du fluide projeté sont déterminées à la suite d'essais, notamment la nature, la morphologie et la quantité des particules ajoutées à l'eau sous haute pression La même tête de projection permet de réaliser successivement ces opérations si nécessaire. On notera que lors du traitement de matériaux sensibles (titane ou alliages légers par exemple), les risques de blessure de surface, de contaminations, d'incrustations sont éliminés lorsqu'un effet de mise sous contrainte superficielle est obtenu par traitement au jet sous haute pression, soit en utilisant uniquement de l'eau pure, soit en limitant les risques grâce au choix des particules ajoutées à l'eau. La mise au point des paramètres précédemment notés (pression p, distance d, vitesse v, notamment) tient compte également pour chaque application de la morphologie du jet fluide, notamment en fonction du choix de la forme de la buse La figure 3 schématise un exemple de tête 4 de projection équipée d'une buse dont la figure 4 montre un exemple particulier de réalisation de la section 4 f de calibrage du jet La figure 5 schématise une solution dans laquelle la tête 4 de projection associe plusieurs buses, ce qui permet d'augmenter le rendement La figure 6 montre schématiquement une application dans laquelle plusieurs têtes 4 de projection à buse simple sont associées permettant des jets chevauchants. En outre, l'angle d'incidence du jet peut également être réglé soit en fonction d'un relief particulier de pièce soit pour améliorer le rendement ou modifier un degré d'agression sélective sur le revêtement. Les types de revêtements enlevés, notamment sur des pièces destinées aux moteurs aéronautiques et sur des substrats en aciers à haute résistance ou en superalliages, notamment à base de nickel ou à base de cobalt ou des alliages de titane, comprennent des dépôts obtenus par projection au plasma d'arc ou à la flamme oxyacétylénique et divers dépôts obtenus par voie électrolytique, chimique ou électrochimique. L'enlèvement peut intervenir lors de retouches ou récupérations sur pièces neuves en cours de fabrication ou lors de la réparation de pièces dégradées en fonctionnement. Un avantage important du procédé d'enlèvement par jet d'eau conforme à l'invention et qui vient d'être décrit est de permettre un reconditionnement de la surface traitée en vue d'un nouveau dépôt sans nécessiter un cycle supplémentaire de préparation de surface avant revêtement. Dans certaines applications également, notamment dans le cas de retouches locales sur des dépôts multicouches, le procédé conforme à l'invention permet d'éliminer une couche externe 13 sans altérer la couche de base 14 adhérente au substrat 15, comme schématiquement représenté sur la figure 7 Ce résultat est rendu possible grâce à un choix judicieux des paramètres. EXEMPLE 4 il 2655887 Un exemple supplémentaire illustre une détermination des paramètres dans une application concernant l'élimination d'un revêtement de zirconate de magnésium sur une sous- couche Ni-Cr-Al-Y d'une épaisseur totale de 0,35 mm, une légère attaque de l'ordre de 0,015 mm du substrat en superalliage à haute résistance étant recherchée en vue d'un reconditionnement Les résultats suivants ont été obtenus, le fluide projeté étant l'eau pure avec le jet sous incidence normale; essai 1 avec p = 3,3 108 Pa,d = 200 mm, buse = 0,35 mm; v = 3 m/mn; 1 = 0,5 cm; et vs = 150 cm 2/mn essai 2 avec p = 3 108 Pa, d = 70 mm, buse = 0,5 mm; v = 3 m/mn; 1 = 0,46 cm et vs= 138 cm 2/mn essai 3 avec p = 3 108 pa, d = 70 mm, buse = 0,5 mm; v = 7 m/mn; 1 = 0,45 cm et vs = 315 cm 2/mn Par ailleurs, une réduction des nuisances peut être obtenue, notamment le bruit en appliquant le procédé conforme à l'invention dans une configuration de jet immergé tel qu'un exemple de réalisation est schématisé sur la figure 8 Le jet fluide 16 de traitement de la pièce 12 est immergé dans une masse liquide 17 environnante. REVENDICATIONS 1 Procédé d'enlèvement de revêtements sur pièces mécaniques, notamment lors du reconditionnement de pièces de moteurs aéronautiques, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: (a) mise en place de la pièce a traiter sur la machine et mise en place d'au moins une tête ( 4) de projection munie au moins d'une buse ( 4 a), à une distance d de la surface à traiter telle que d 1 mm (b) traitement de la pièce par projection d'un jet d'eau dirigé par ladite buse de la machine sur la zone de pièce à traiter, ladite buse étant alimentée sous une haute pression p telle que p > l O 8 Pa et un déplacement relatif entre buse de projection et surface à traiter étant imposé à une vitesse v telle que 0, 025 m/mn par unité de temps maximale. 2 Procédé d'enlèvement de revêtements selon la revendication 1 dans lequel les valeurs de paramètres d'opération, distance d, pression p et vitesse v sont déterminées de manière à obtenir un enlèvement complet du revêtement et une absence d'attaque au niveau de la surface de la pièce formant le substrat. 3 Procédé d'enlèvement de revêtements selon la revendication 2 dans lequel un effet de mise sous contrainte superficielle des surfaces de pièce traitées de manière à ce que ledit procédé constitue une opération de préparation de surface en vue d'un nouveau dépôt. 4 Procédé d'enlèvement de revêtement selon l'une des revendications 2 ou 3 dans lequel ledit procédé constitue une opération de préparation de surface en vue d'un nouveau dépôt. Procédé d'enlèvement de revêtements selon la revendication 1 dans lequel les valeurs de paramètres d'opération, distance d, pression p et vitesse v sont déterminées de manière à obtenir l'enlèvement d'une couche superficielle ( 13) du revêtement sans altérer une sous- couche ( 14) de base adhérente au substrat ( 15). 6 Procédé d'enlèvement de revêtements selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel ledit jet d'eau projeté sous haute pression comporte des additifs. 7 Procédé d'enlèvement de revêtements selon la revendication 6 dans lequel des particules à caractère abrasif sont mélangés audit jet d'eau projeté sous haute pression. 8 Procédé d'enlèvement de revêtements selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel une tête ( 4) de projection de jets d'eau sous haute pression à plusieurs buses ( 4 a) est utilisée. 9 Procédé d'enlèvement de revêtements selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel un paramètre de réglage complémentaire constitué par l'angle d'incidence du jet sur la surface à traiter est utilisé.