Brevet FR2751903A1 — publié le 19980206

l La présente invention concerne un procédé de ré- paration par soudage de pièces en des superalliages, notam- ment des alliages à base de nickel Ni, selon lequel on soude une pièce complémentaire de réparation sur la pièce à répa-5 rer. Des pièces en des alliages à base de nickel Ni, soumis à l'usure, comme des pales de turboréacteur et en par- ticulier les pales de turbine, nécessitent toujours un rem- placement après usure. Pour des raisons de coût, ces renouvellements se font fréquemment par réparation, en sou- dant des pièces de réparation sur les pièces usées, à la place de l'échange complet d'une pale. Les alliages à base de nickel, fréquemment utili- sés pour la fabrication de pales de turbine, sont des maté- riaux difficiles, voire impossible à souder, si bien que la réparation de telles pièces, notamment de pales de turbine réalisées dans ces matériaux, est difficile. Cette difficulté est d'autant plus grande que les pièces, c'est-à-dire les soudures entre la pièce et l'élément de réparation rappor- tées, doivent respecter des conditions extrêmes de résistance et de fiabilité après réparation. Jusqu'à présent, les réparations d'alliages de nickel par soudage au faisceau d'électrons, par soudage au laser, par soudage à l'arc sous gaz inerte ou au plasma se font avec chauffage simultané des pièces à souder, dans la mesure o cela est possible. Selon les procédés de réparation par soudage utilisés actuellement, on soude par exemple la pointe d'une pale de turbine suivant plusieurs passes et cou- ches dans le cas de dimensions importantes. Comme il faut en-30 suite s'adapter au profil de la lame, cela nécessite l'utilisation de cordons de soudure importants. Ainsi, ce procédé est compliqué et peu pratique. La présente invention a pour but de développer un procédé et un dispositif de réparation de pièces par soudage avec des superalliages et notamment des alliages à base de nickel Ni, permettant des réparations par soudage, simples et pratiques. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on place la pièce à réparer dans un suscepteur adapté à la forme de la pièce et entourant celle-ci complètement, ce suscepteur étant inductif et venant en contact thermique avec la pièce, on applique une pièce complémentaire de réparation contre la pièce à réparer, cette pièce complémentaire étant adaptée à la pièce à répa- rer, on préchauffe la pièce à réparer et/ou la pièce complé- mentaire par chauffage par induction, du suscepteur, et on soude la pièce complémentaire contre la pièce à réparer. Un autre avantage de l'invention est de permettre de manière simple de réaliser une soudure de réparation fia- ble de pièces en superalliages, notamment en alliages à base de nickel. Un autre avantage du procédé de l'invention est de permettre un contrôle exact de la température avant, pen- dant et après le soudage, et d'éviter ainsi toute disconti- nuité dans le profil de température et tout effet négatif sur la jonction avec la pièce. De préférence selon le procédé, le soudage se fait sous une atmosphère de gaz protecteur au niveau de la zone de soudage. Selon un développement du procédé de l'invention, la pièce à réparer est placée dans un suscepteur qui l'entoure et dont la forme lui est adaptée. Selon un autre développement de l'invention, la pièce est tenue par le suscepteur. La soudure peut se faire par faisceau d'électrons, par laser ou par soudage à l'arc sous gaz inerte ou par plasma. De préférence, le soudage se fait par soudage au bouchon. Cela présente l'avantage que le soudage se fait sans apport de soudure, en simplifiant ainsi l'opération. Il est particulièrement avantageux d'appliquer le procédé à la réparation d'aubes de turbine, notamment de tur- boréacteurs. Selon un développement particulièrement avanta- geux du procédé, pour réparer des aubes de turbine, notamment de turboréacteurs, on utilise une pièce de réparation, pré- formée, ayant une fente adaptée au profil définitif de l'aube de turbine pour recevoir l'extrémité de l'aube. Cela permet un soudage de réparation, avantageux, d'un grand nombre d'aubes de turbine avec la même qualité, élevée. A cet effet, on utilise de préférence une pièce de réparation ayant une épaisseur constante. Avantageusement cela permet un soudage avec des paramètres de soudage cons- tants dans la matière. Selon une caractéristique de l'invention, la pièce de réparation, fixée par soudage, est adaptée au profil de la pièce à réparer par un usinage de surface. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, ce dispositif étant caractérisé par un suscepteur, transparent inductif, venant en contact thermique avec la pièce à réparer et entourant celle-ci com- plètement, une installation générant un flux inductif dans le suscepteur et une installation de soudage pour souder la pièce à réparer et la pièce complémentaire. Un avantage du dispositif de l'invention est d'être simple à manipuler. Un autre avantage est de pouvoir effectuer les soudages de réparation avec une même qualité élevée constante et la même fiabilité. Selon un développement de l'invention, le suscep- teur est un moule, en deux parties, qui s'ouvre pour recevoir la pièce à réparer. L'installation pour générer le flux inductif est de préférence un enroulement inductif entourant le suscep- teur. L'installation de soudage est de préférence un chalumeau. L'installation de soudage peut également être une installation de soudage par faisceau d'électrons, par laser ou par soudage à l'arc sous gaz inerte ou plasma. Selon un développement avantageux de l'invention, le suscepteur présente une surface d'appui opposée à l'installation de soudage pour la pièce à réparer et/ou la pièce complémentaire. Cela présente l'avantage de pouvoir bien préchauffer la pièce au niveau de la zone de soudure. Selon un autre développement avantageux, le dis- positif comporte deux chalumeaux opposés, qui agissent sur les deux faces de la pièce à réparer et de la pièce de répa- ration. L'avantage est d'avoir ainsi, dans la zone de sou- dage, des paramètres de soudage pratiquement uniformes donnant les meilleurs résultats. Selon un autre développement de l'invention, dans le suscepteur, il y a un ou plusieurs capteurs thermiques pour mesurer la température de la pièce à réparer. Cette so- lution est avantageuse, car elle permet de préchauffer la pièce à réparer exactement à une température prédéterminée en régulant de manière correspondante le flux inductif à travers le suscepteur. Selon un autre développement, le dispositif com- porte des moyens pour fournir du gaz protecteur à l'endroit de la soudure. Ces moyens d'alimentation en gaz protecteur sont constitués de préférence par des canaux de guidage de gaz prévus dans le suscepteur. Il est particulièrement avantageux d'utiliser le dispositif selon l'invention pour réparer par soudage des au- bes de turbine, notamment de turboréacteurs. Un exemple de réalisation de la présente inven- tion sera décrit ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: * la figure 1 est une vue de côté, en coupe transversale, d'un dispositif de réparation par soudage de pièces en des alliages à base de nickel, selon un exemple de réalisation de l'invention, * la figure 2 est une coupe transversale du dispositif de la figure 1. Selon la figure 1, la référence 1 désigne une pièce à réparer telle qu'une aube de turbine et notamment de turboréacteur dont le profil apparaît à la figure 2. La pièce 1 à réparer est tenue par un suscepteur 3 qui entoure la pièce à réparer 1, et il est adapté à sa forme pour réaliser un bon contact thermique entre la pièce 1 et le suscepteur 3. Le suscepteur 3, en une matière à forte susceptibilité magné- tique, est entouré par une installation générant un flux in- ductif à travers le suscepteur 3; ce champ magnétique est5 formé par un enroulement inducteur 5 entourant le suscepteur 3. Entre l'enroulement 5 et le suscepteur 3, on a une isola- tion 4 en matière céramique qui assure l'isolation thermique et électrique de l'enroulement d'induction 5 par rapport au suscepteur 3. Le suscepteur 3 est un moule en deux parties qui peut s'ouvrir pour recevoir la pièce 1 à réparer, c'est- à-dire une aube de turbine selon le présent exemple de réali- sation. Comme cela apparaît à la figure 2, à l'intérieur du suscepteur 3, il y a un certain nombre de capteurs de tem- pérature 7 prévus au niveau de la cavité correspondant à la surface recevant la pièce 1, pour être en contact thermique avec la pièce 1. Les capteurs 7 servent à mesurer la tempéra- ture de la pièce 1 à réparer. A l'aide de la température ain- si mesurée, on assure la régulation de l'intensité dans l'enroulement 5 pour que la pièce 1 prenne une température prédéterminée, souhaitée, dans la zone o l'on exécute la soudure. Le suscepteur 3 comporte, sur son côté tourné vers l'extrémité de la pièce 1 à réparer, une surface d'appui 3a contre laquelle repose la pièce de réparation complémen- taire 2 à souder sur la pièce 1 à réparer. La pièce complé- mentaire 2 est une pièce préformée ayant une fente adaptée au profil d'extrémité de la pièce 1 à réparer, pour recevoir cette extrémité. Au niveau de la zone de soudure entre la pièce 1 et la pièce de réparation 2 se trouve une installa- tion de soudage sous la forme d'un chalumeau 6. Des canaux de passage de gaz 8 sont réalisés dans le suscepteur 3 pour servir à l'alimentation en gaz protec- teur de la zone de soudage, entre la pièce 1 et la pièce com- plémentaire 2. Pour souder la pièce complémentaire 2 sur la pièce 1 à réparer, on place tout d'abord la pièce 1 dans le suscepteur 3 pour la mettre en contact thermique étroit avec celui-ci. Puis, on place la pièce complémentaire 2 contre la pièce 1 à réparer. L'alimentation en courant électrique de l'enroulement d'induction 5 engendre dans le suscepteur 3 un fort champ magnétique qui chauffe le suscepteur 3.5 L'échauffement du suscepteur est régulé par la mesure de la température par les capteurs 7. Lorsqu'on atteint la tempéra- ture prédéterminée, optimale pour le soudage, en fournissant en même temps le gaz protecteur par les canaux d'alimentation en gaz protecteur 8, on soude la pièce complémentaire 2 con-10 tre la pièce à réparer 1, à l'aide du chalumeau 6. Le soudage se fait de préférence par soudage au bouchon rendant inutile l'apport de matière. La pièce complémentaire a une épaisseur essen- tiellement constante. La pièce complémentaire une fois soudée est alors adaptée au profil de la pièce à réparer par un usinage de surface. R E V E N D I C A T I ONS ) Procédé de réparation par soudage de pièces en des super- alliages, notamment des alliages à base de nickel Ni, selon lequel on soude une pièce complémentaire de réparation (2) sur la pièce (1) à réparer, caractérisé en ce que a) on place la pièce (1) à réparer dans un suscepteur (3) adapté à la forme de la pièce et entourant celle-ci com- plètement, ce suscepteur étant inductif et venant en con- tact thermique avec la pièce (1), b) on applique une pièce complémentaire de réparation (2) contre la pièce à réparer (1), cette pièce complémentaire étant adaptée à la pièce à réparer (1), c) on préchauffe la pièce à réparer (1) et/ou la pièce com- plémentaire par chauffage par induction du suscepteur (3), et d) on soude la pièce complémentaire contre la pièce (1) à ré- parer. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on soude, dans l'étape (d), avec un apport de gaz protecteur au niveau de la zone de soudage. 30) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le suscepteur (3) tient la pièce (1) à réparer. 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le soudage dans l'étape (d) est un soudage par faisceau d'électrons, par laser, par soudage à l'arc sous gaz inerte ou par plasma. 5 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le soudage dans l'étape (d) est un soudage au bouchon. 6 ) Application du procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5 à la réparation d'aubes de turbine, notamment de turboréacteurs. 7 ) Application selon la revendication 6, caractérisée en ce qu' on utilise une pièce complémentaire (2), préformée, ayant une fente adaptée au profil d'extrémité de l'aube de turbine, pour recevoir l'extrémité d'une aube de turbine. 8 ) Application selon la revendication 7, caractérisée en ce que la pièce complémentaire a une épaisseur essentiellement cons- tante. 9 ) Application selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la pièce complémentaire, soudée selon l'étape (d), est adap- tée au profil de la pièce (1) à réparer par un usinage de surface. ) Dispositif pour réparer par soudage des pièces en des alliages à base de Ni, à l'aide d'une pièce complémentaire (2) soudée sur la pièce (1) à réparer, caractérisé par * un suscepteur (3), transparent inductif, venant en contact thermique avec la pièce (1) à réparer et entourant celle-ci complètement, e une installation (5) générant un flux inductif dans le sus- cepteur (3), * une installation de soudage (6) pour souder la pièce (1) à réparer et la pièce (2) complémentaire. 11 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le suscepteur (3) est en deux parties qui peuvent s'ouvrir pour recevoir la pièce (1) à réparer. 12 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'installation (5) générant le flux inductif est un enroule- ment inductif (5) entourant le suscepteur (3). 13 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que l'installation de soudage (6) est un chalumeau de soudage. 14 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que l'installation de soudage (6) est une installation de soudage par faisceau d'électrons, par laser, de soudage à l'arc ou de soudage par plasma. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que le suscepteur (3) comporte une surface d'appui (3a) opposée à l'installation de soudage (6) pour la pièce à réparer et/ou la pièce complémentaire (2). 16 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que le dispositif comporte deux chalumeaux agissant par deux cô- tés opposés sur la pièce (1) à réparer et la pièce complémen- taire (2). 17 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce que le suscepteur (3) comporte un ou plusieurs capteurs thermi- ques (7) pour mesurer la température de la pièce (1) à répa- rer. 18 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 17, caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens pour assurer l'alimentation5 en gaz protecteur de l'emplacement de la soudure. 19 ) Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que les moyens pour fournir le gaz protecteur sont constitués par10 des canaux de guidage de gaz (8) prévus dans le suscepteur. ) Application du dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 10 à 19 pour réparer par soudage des aubes de turbine, notamment de turboréacteurs.