Brevet FR2700130A1 — publié le 19940708

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ROTOR MONOBLOC A AUBES CREUSES ET ROTOR MONOBLOC A AUBES CREUSES La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un rotor monobloc à aubes creuses, ainsi qu'un rotor monobloc à aubes creuses, notamment un rotor de compresseur basse pression. Dans le cadre de nouvelles études sur les compresseurs basses pressions d'un turboréacteur, les travaux de recherche ont été dirigés vers l'allégement des rotors de ces compresseurs afin de réaliser un gain de masse Ces rotors sont principalement de type monobloc et sont connus dans la terminologie anglaise sous l'appellation de "BLISK" qui est une contraction de "bladed disk" Ces rotors sont monoblocs, c'est-à-dire que les aubes font partie intégrante du moyeu ou sont liées à celui-ci, par opposition aux rotors du type à "disque aileté" dont les aubes sont munies de pieds qui sont engagés dans des alvéoles usinées à la périphérie du moyeu, avant d'être verrouillées dans lesdites alvéoles. Afin d'alléger ces rotors de type "blisk", deux solutions technologiques ont été étudiées Une première solution consiste à usiner l'aubage dans la masse, c'est-à-dire que les aubes sont réalisées in situ à la périphérie du disque, par usinage des profils d'aubes Ces dernières font donc partie intégrante du moyeu Elles sont ensuite évidées également par usinage Toutefois, cette solution technologique est difficile à mettre en oeuvre du fait de la faible épais- seur des aubes et de leur forme complexe, en vrille. Cette solution est beaucoup trop onéreuse pour être réalisée industriellement. Une deuxième solution consiste à préparer des aubes qui sont préalablement évidées par usinage et vrillées et qui ensuite seulement, sont liées au moyeu par diverses techniques telles que le soudage ou le brasage Cette solution plus facile à mettre en oeuvre industriellement et moins coûteuse, a été retenue. Diverses techniques de fixation d'aubes sur un moyeu sont déjà connues. On connaît d'après la demande de brevet FR-A- 2 602 266, un procédé de fabrication d'un ensemble de rotors pour un turbomoteur à gaz Ce procédé consiste à fabriquer d'une part, un disque muni de deux brides annulaires extérieures et d'autre part, une couronne de pales munie également de deux brides annulaires, puis à assembler à chaud la couronne de pales sur le disque Ensuite, les brides sont scellées sous vide et l'ensemble est soumis à une compression isostatique à chaud. Ce procédé ne peut s'appliquer qu'à des aubes pleines ou du moins à des aubes comprenant une base pleine et deux brides latérales, puisqu'il consiste à écraser les deux faces en vis-à-vis des brides de l'aube et de celles du disque de façon à former une liaison continue Ce procédé ne permet pas de fixer correctement des aubes creuses dont la cavité débouche à la base de ladite aube. On connaît également d'après le brevet EP-A-0 458 630, un procédé pour fixer des aubes individuelles sur le disque d'un rotor du type "BLISK". Ce procédé s'applique à des aubes pleines qui sont maintenues entre les deux mâchoires d'un dispositif de fixation et liées sur le disque par une opération de liaison par friction Ce procédé est également applicable à la réparation d'aubes. On connaît aussi d'après le brevet US-A-4 034 182, un procédé consistant à assembler par leurs côtés latéraux une série de segments légèrement concaves et portant sur leur surface extérieure une pale de compresseur, de façon à former un anneau muni d'aubes radiales, une fois ces éléments assemblés. Toutefois, ce procédé peut difficilement s'appliquer à la réalisation de rotor de type "BLISK" à aubes creuses. Enfin, on connaît d'après la demande de brevet 1 O FR-A-2 619 331, un procédé de fabrication d'un rotor à ailettes intégrales, notamment pour un moteur de turbine à gaz Ce procédé concerne la fixation d'aubes pleines sur le disque d'un rotor Il comprend les étapes consistant à former d'une part, une cavité dans une partie constituant le pied d'une ailette, et d'autre part, une pluralité de saillies cubiques sur la péri- phérie du disque du rotor Ensuite, chaque ailette est assemblée sur le disque par emboîtement La fixation proprement dite se fait par pression et chauffage. Cette liaison s'effectue principalement entre la face supérieure de la saillie cubique et le fond de la cavité prévue dans l'ailette Ultérieurement, il est possible d'effectuer un usinage de façon à enlever les portions de l'ailette qui définissent les parties latérales de cette cavité Ce type de procédé ne peut pas s'appliquer à des aubes creuses sur toute leur hauteur, puisqu'alors la surface d'extrémité de la saillie cubique ne pourrait venir en butée contre le fond de la cavité de l'ailette. Enfin, et comme illustré sur la figure 1 jointe, lorsque l'on souhaite souder une aube creuse 1 sur un disque 3 de rotor, le cordon de soudure 5 présente un ressaut de soudure 7 à l'intérieur de l'aube creuse et un ressaut 9 à l'extérieur de celle-ci Or, il est impossible d'effectuer la reprise mécanique du ressaut interne 7, du fait de la très faible épaisseur de l'aube 1 et de sa géométrie en vrille. En conséquence, l'état de surface interne de l'aube n'est pas compatible avec les essais de contrôle non destructifs (radiographie, ultrasons, etc) pourtant impératifs pour respecter les exigences de l'aéronautique. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un rotor monobloc à aubes creuses. Selon les caractéristiques de l'invention, ce procédé comprend les étapes consistant à: prévoir sur la périphérie du disque du rotor et au droit de chaque aube, des moyens formant saillie dont la forme correspond sensiblement à celle de l'intérieur de l'extrémité radialement interne des aubes creuses, ces moyens formant saillie étant entourés d'une surface de jonction plane sensiblement annulaire, emboîter l'extrémité radialement interne de chaque aube creuse sur lesdits moyens formant sail- lie, fixer chaque aube sur le disque de rotor par des moyens de soudure, de façon que la surface sensiblement annulaire définie par l'épaisseur des parois de l'aube creuse soit soudée sur ladite surface de jonction plane du disque. Grâce à la présence des moyens formant sail- lie, le cordon de soudage ne peut déboucher à l'inté- rieur de l'aube et former un ressaut interne En outre, il n'existe pas de possibilité de suppression des extré- mités de la soudure puisque le ressaut interne n'existe pas. De plus, ce procédé consistant à ajouter les aubes à l'extrémité du disque permet de diminuer les coûts de production puisque l'usinage du disque et des aubes s'effectue séparément. Enfin, ce procédé s'applique également à la réparation d'une aube endommagée qui est alors simplement remplacée par une aube neuve. L'invention concerne également un rotor mono- bloc à aubes creuses du type comprenant un disque à la périphérie duquel sont fixées plusieurs aubes creu- ses, caractérisé en ce que le disque présente sur sa périphérie et au droit de chaque aube, une protubérance et une saillie venues de matière avec le disque, la saillie étant de dimensions inférieures à la protubé- rance de façon à définir par rapport à celle-ci un épaulement formant une surface de jonction plane sur laquelle la surface définie par l'épaisseur de l'aube est soudée. Selon un second mode de réalisation, le disque présente sur sa périphérie et au droit de chaque aube, une protubérance, un bloc formant saillie dont la forme correspond sensiblement à celle de l'intérieur de l'extrémité radialement interne de l'aube est soudé sur la protubérance, ce bloc étant entouré d'une collerette mince sur alquelle la surface définie par l'épaisseur de l'aube est soudée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, cette description étant faite en faisant référence aux dessins joints, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un procédé de l'art antérieur pour la fixation d'aubes sur un disque de rotor, la figure 2 est une vue en coupe schématique illustrant deux modes de réalisation différents du procédé de fabrication selon l'invention, et la figure 3 est une vue de détail d'une partie de la figure 2. Comme illustré en figure 2, le rotor selon l'invention est un rotor monobloc du type à aubes creu- ses, ("BLISK") Ce rotor comprend un disque 11, vu en coupe partielle sur la figure 2 et une pluralité d'aubes creuses 13 réparties uniformément à la péri- phérie de ce disque et dont une seule est représentée sur la figure, sur une partie seulement de sa hauteur. A titre d'exemple purement illustratif, un disque peut 1 O comprendre 36 aubes réparties uniformément sur sa périphérie. L'aube creuse 13 présente une forme classique légèrement vrillée, sa cavité centrale est référencée 14, son bord d'attaque 15 et son bord de fuite 17. Un premier mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en faisant référence à la moitié droite de la figure 1. Le disque 11 est muni sur ses deux faces latérales et à la périphérie de celles-ci d'une ailette continue 19 Lors de la fabrication du disque 11, on prévoit sur la périphérie de celui-ci et au droit de chaque aube 13, des moyens formant saillie référencés de manière générale 21 Ces moyens formant saillie 21 se composent d'une protubérance 23 et d'une saillie proprement dite Cette protubérance 23 et cette saillie 25 sont venues de matière sur le disque La saillie 25 est un bloc dont la forme correspond sensi- blement à celle de l'intérieur de la cavité 14 de l'au- be, au niveau de son extrémité radialement interne 26, c'est-à-dire du pied de l'aube Cette saillie 25 a donc une forme effilée légèrement concave La saillie est de dimensions légèrement inférieures à la protu- bérance 23, de façon à définir par rapport à celle-ci un épaulement Cet épaulement définit une surface de jonction plane sensiblement annulaire 27 Le sens du terme annulaire est ici à interpréter comme ayant la forme d'un anneau (forme continue autour de la saillie 2-5) Compte tenu de la forme relativement mince et effilée de cette saillie dans le type de rotor représenté ici, la surface de jonction 27 a plutôt la forme d'un anneau aplati. De façon avantageuse, l'extrémité radialement interne 26 de l'aube creuse 13 est entourée, à l'exté- rieur, d'une bride annulaire 29 Cette bride annulaire 29 a pour râle notamment de renforcer l'épaisseur de la base de l'aube creuse qui est fixée sur le disque. Toutefois, son rôle exact sera expliqué ultérieurement. Lors de la fabrication, chaque aube 13 est emboîtée sur une saillie 25 du disque 11 jusqu'à ce que la surface 31 définie par l'épaisseur des parois de l'aube et la surface 33 définie par l'épaisseur de la bride 29 soient au contact de la surface de jonc- tion plane 27 du disque. Ensuite, chaque aube 13 est fixée sur le disque 11 par des moyens de soudure Le terme "soudure" comprend également le brasage Ces moyens de soudure peuvent être choisis par exemple parmi la soudure par faisceaux d'électrons, la soudure par diffusion, le brasage, le brasage par diffusion, l'étincelage et le laser. Les parois de l'aube creuse 3 ayant une faible épaisseur (épaisseur E voisine de 10 mm), le cordon de soudure 35 s'étend entre les surfaces 31, 33 et 27, mais la présence de la saillie 25 empêche la formation d'un ressaut de soudure à l'intérieur de l'aube 13 Il n'est donc pas nécessaire d'effectuer une reprise par usinage de ce ressaut de soudure Par contre, le ressaut extérieur 37 du cordon de soudure est ensuite usiné Plus précisément, la bride 29 ainsi que la partie 39 correspondante de la protubérance 23 sont également usinées On obtient ainsi une conti- nuité de surface parfaite entre le disque 11 et l'autre 13, cette surface usinée étant représentée par le poin- tillé. Dans une version simplifiée o l'aube 13 ne comprend pas de bride 29, on usine uniquement le ressaut extérieur 37. Un deuxième mode de réalisation du procédé de fabrication selon l'invention est illustré dans la partie gauche de la figure 2 Selon ce procédé de fabrication, les moyens formant saillie 21 se compo- sent d'une protubérance 23, mais la saillie 25 du pre- mier mode de réalisation est remplacée par un bloc 41 indépendant du disque 11 La forme de ce bloc 41 correspond sensiblement à celle de l'intérieur de la cavité 14 de l'aube au niveau de son extrémité radia- lement interne 26 de façon à pouvoir pénétrer à l'intérieur de celle-ci Ce bloc 41 est entouré d'une collerette plate et extrêmement mince 43 formant une surface de jonction plane annulaire semblable à la surface de jonction 27 Cela apparaît mieux sur la vue de détail de la figure 3 Cette collerette 43 est prévue au niveau de la partie radialement interne du bloc 41. En outre, de façon avantageuse, le bloc 41 peut présenter sur sa face 45 en regard de la cavité 14, une avancée périphérique 47 s'étendant radialement vers l'extérieur et sur toute la périphérie de cette surface 45. Lors de la fabrication du disque 11, on pré- voit uniquement sur la périphérie de celui-ci la protu- bérance 23 On met ensuite en place les moyens formant saillie 21 (c'està-dire le bloc 41 muni de la collerette 43), puis l'on emboîte chaque aube 13 sur ces moyens 21 Enfin, on procède au soudage de l'aube 14, du disque 11 et des moyens formant saillie 21 par exemple par l'un des procédés de soudure précédemment décrit. L'aube 14 ayant une épaisseur assez faible (épaisseur E voisine de 10 mm), le cordon de soudage ou de brasage traverse les parois internes de l'aube et atteint le bloc 41 Aussi, la soudure (fixation) s'effectue d'une part, entre les surfaces 31 et 33 correspondant à l'épaisseur des parois de l'aube 13 et de la bride 29 et entre la collerette 43 et d'autre part, entre la collerette 43 et le disque 11 (protu- bérance 23) La soudure s'effectue également entre le bloc 41 et la protubérance 23 Ce cordon de soudage est référencé 49 (voir figure 2). La présence du bloc 41 et notamment de l'avan- cée 47 permettent d'éviter que le cordon de soudure ne pénètre à l'intérieur de la cavité 14 et ne forme un ressaut de soudure interne. Le ressaut de soudure externe 51 est usiné de la même façon que le ressaut 37. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un rotor monobloc à aubes creuses, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: prévoir sur la périphérie du disque ( 11) du rotor et au droit de chaque aube ( 13), des moyens formant saillie ( 21) dont la forme correspond sensi- blement à celle de l'intérieur ( 14) de l'extrémité radialement interne ( 26) des aubes creuses, ces moyens formant saillie ( 21) étant entourés d'une surface de jonction ( 27; 43) plane sensiblement annulaire, emboîter l'extrémité radialement interne ( 26) de chaque aube creuse ( 13) sur lesdits moyens formant saillie ( 21), fixer chaque aube ( 13) sur le disque ( 11) de rotor par des moyens de soudure, de façon que la surface sensiblement annulaire ( 31) définie par l'épais- seur des parois de l'aube creuse ( 13) soit soudée sur ladite surface de jonction plane annulaire ( 27; 43). 2 Procédé de fabrication d'un rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens formant saillie ( 21) comprennent une protubérance ( 23) et une saillie ( 25) et sont venus de matière avec le disque ( 11), la forme de la saillie ( 25) correspondant sensiblement à celle de l'intérieur ( 14) de l'extrémité radialement interne ( 26) de l'aube creuse ( 13) et la saillie ( 25) étant de dimensions inférieures à la protubérance ( 23) de façon à définir par rapport à celle-ci un épaulement formant ladite surface de jonction plane ( 27). 3 Procédé de fabrication d'un rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens formant saillie ( 21) comprennent un bloc ( 41) formant saillie dont la forme correspond sensiblement à celle de l'intérieur ( 14) de l'extrémité radialement interne ( 26) de l'aube creuse ( 13), ce bloc ( 41) étant entouré d'une collerette ( 43) plate et mince formant la surface de jonction plane annulaire ( 27), cette collerette ( 43) étant située au niveau de la partie radialement interne du bloc ( 41) et en ce que le bloc ( 41) est fixé au disque ( 11) lors de la fixation de l'aube ( 13) sur le disque, par les moyens de soudure. 4 Procédé de fabrication d'un rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressaut de soudure extérieur ( 37; 51) est repris par usinage. Procédé de fabrication d'un rotor selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'extrémité radialement interne ( 26) de l'aube ( 13) est entourée d'une bride ( 29) et en ce qu'après l'étape de fixation par les moyens de soudure, le ressaut de soudure extérieur ( 37; 51) est repris par usinage, ainsi que ladite bride ( 29) et une partie du disque ( 11) et de la surface de jonction ( 27; 43). 6 Procédé de fabrication d'un rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de soudure sont choisis parmi la soudure par faisceau d'électrons, la soudure par diffusion, le brasage, le brasage par diffusion, l'étincelage ou le laser. 7 Rotor monobloc à aubes creuses du type comprenant un disque ( 11) à la périphérie duquel sont fixées plusieurs aubes creuses ( 13), caractérisé en ce que le disque ( 11) présente sur sa périphérie et au droit de chaque aube ( 13), une protubérance ( 23) et une saillie ( 25) venues de matière avec le disque ( 11), la saillie ( 25) étant de dimensions inférieures à la protubérance ( 23) de façon à définir par rapport à celle-ci un épaulement formant une surface de jonction plane ( 27) sur laquelle la surface ( 31) définie par l'épaisseur de l'aube ( 13) est soudée. 8 Rotor monobloc à aubes creuses du type comprenant un disque ( 11) à la périphérie duquel sont fixées plusieurs aubes creuses ( 13), caractérisé en ce que le disque ( 11) présente sur sa périphérie et au droit de chaque aube ( 13), une protubérance ( 23), en ce qu'un bloc ( 41) formant saillie dont la forme correspond sensiblement à celle de l'intérieur ( 14) de l'extrémité radialement interne ( 26) de l'aube ( 13) est soudé sur la protubérance ( 23), ce bloc ( 41) étant entouré d'une collerette mince ( 43) sur laquelle la surface ( 31) définie par l'épaisseur de l'aube ( 13) est soudée.