Brevet FR2832338A1 — publié le 20030523

Procédé pour réparer une aube de turbine, élément de remplacement pour la mise en _uvre du procédé et aube ainsi réparée. La présente invention concerne un procédé pour réparer une aube utilisce dans une turbine à gaz. L' installation d'un nouveau profil acrodynamique remplace le profil aérodynamique d'une aube de turbine par un nouveau profil aérodynamique moulé, tout en réutilisant les plate-formes d'origine. Ce type de réparation a été utilisé sur des aubes de turbines primaires sur des moteurs à réaction de type commercial. Dans ce type de réparation, le profil aérodynamique est joint aux plateformes par des joints soudés bout à bout au sein du profil aérodynamique. Dans un autre procédé de réparation encore, une réparation complète de l'aube est effectuée sur des aubes primaires. Dans ce type de réparation, le profil aérodynamique et la plate-forme extérieure sont entièrement remplacés en utilisant une seule soudure bout à bout dans le profil aérodynamique. Dans ces deux procédés de réparation, une zone de tuyère d'aube est maintenue par un redressage du profil aérodynamique après que la totalité de l'assemblage a été effectué. Il demeure la nécessité d'une technique de réparation d'aube plus efficace. Par conséquent, il est un objet de la présente invention de prévoir un procédé pour réparer une aube qui ne laisse aucune soudure sur la portion de profil aérodynamique de l'aube réparée. Il est un autre objet de la présente invention de prévoir un procédé pour réparer une aube qui permette le contrôle de la zone de tuyère d'aube en usinant les surfaces de joint au lieu d'effectuer une opération supplémentaire de redressage. Il est encore un autre objet de la présente invention de prévoir un procédé pour réparer une aube qui offre à l'aube mise en place un déflecteur aussi efficace que sur une nouvelle aube. Il est un autre objet de la présente invention de prévoir un procédé pour réparer une aube qui nécessite moins d'usinage de la plate-forme et qui conserve les surfaces, les encoches d'étanchélté et les trous de boulons de la plate-forme extérieure d'origine. Les objets susmentionnés sont obtenus par le procédé de réparation de la présente invention. Conformément à la présente invention, un procédé pour réparer une aube utilisée dans une turbine à gaz est prévu. Le procédé comprend d'une manière générale les étapes consistant à prévoir une aube à réparer, ladite aube possédant une première plate-forme, un premier contrefort, une deuxième plate-forme, un deuxième contrefort, et un profil aérodynamique s'étendant entre la première et la deuxième plate-formes, à retirer la première plate-forme, le premier contrefort, et le profil aérodynamique dans leur intégralité et à retirer une partie de la deuxième plate-forme et le deuxième contrefort en laissant une portion d'aube usinée, à prévoir un élément de remplacement possédant au moins une première plate-forme de remplacement, un premier contrefort de remplacement, et un profil aérodynamique de remplacement, à positionner l'élément de remplacement par rapport à la portion d'aube usince, et à joindre la portion d'aube usinée et l'élément de remplacement. Ladite aube à réparer possédant en outre un premier contrefort et un deuxième contrefort avec une extension de bord de fuite, ladite étape de retrait comprend le retrait entier dudit premier contrefort et le retrait d'une portion dudit deuxième contrefort et de ladite extension de bord de fuite de manière à créer une encache dans ledit deuxième contrefort. Avantageusement, ladite étape de retrait de la partie de deuxième plateforme comprend le retrait d'une port ion cent rale de ladite deuxième plate-forme pour former des rails latéraux de la deuxième plate-forme. De préférence, ladite étape de fourniture de l'élément de remplacement comprend la fourniture d'un élément de remplacement avec une nouvelle portion centrale de deuxième plate-forme, une portion soulevée, et une portion d'extension de bord de fuite de contrefort de remplacement et dans lequel ladite étape de positionnement comprend le positionnement dudit élément de remplacement de telle sorte que ladite portion soulevée se place dans ladite encoche et ladite nouvelle portion centrale de la deuxième plate-forme se placent entre lesUits rails latéraux de plate-forme. Avantageusement, le procédé comprend en outre, préalablement à l'étape de jonction, une étape d'application d'un matériau de janction sur lesdites surfaces de ladite portion d'aube usinée et dudit élément de remplacement devant être joints l'un à l'autre avant ladite étape de jonction. Avantageusement, ladite étape d' application du matériau de jonction comprend l' application d'un alliage de brasage sur lesdites surfaces. Avantageusement, l'alliage de brasage est à base de cobalt contenant du bore. Concernant ladite étape de jonction, elle comprend selon un premier mode de réalisation de l' invention, le soudage dudit élément de remplacement et des surfaces de ladite portion d'aube usinée, et selon un autre mode de réalisation de l' invention, le brasage dudit élément de remplacement et des surfaces de la portion d'aube usinée. De préférence, ladite étape de jonction comprend le brasage par diffusion dudit élément de remplacement et des surfaces de ladite portion d'aube usinée. Avantageusement, l'étape de brasage par diffusion comprend l' application d'un matériau de brasage sur lesUites surfaces devant être jointes avant ladite étape de janction, la mise en place de ladite portion d'aube usinée avec ledit élément de remplacement dans un four après ladite étape d'application du matériau de brasage, et le chauffage de ladite portion d'aube usinée et dudit élément de remplacement à une première température de l'ordre de 1199 C à 1227 C pendant une période de temps de l'ordre de 1 minute à 20 minutes. Avantageusement, ladite étape de brasage par diffusion comprend le chauffage de ladite portion d'aube usinée et dudit élément de remplacement à une deuxième température de l'ordre de 1163 C à 1191 C pendant une période de temps de l'ordre de 1 minute à 10 minutes. Avantageusement, ladite étape de brasage par diffusion comprend en outre le refroidissement de ladite portion d'aube usinée et dudit élément de remplacement de ladite deuxième température à une troisième température de l'ordre d' environ 1141 C à environ 1157 C et le maintien de ladite troisième température pendant une période de temps de l'ordre de 8 à 12 heures. Avantageusement, ladite étape de refroidissement est effectuée à une vitesse de refroidissement d' environ 17 C par minute et dans lequel ladite étape de brasage par diffusion comprend en outre le refroidissement de ladite portion d'aube usinée et dudit élément de remplacement de ladite troisième température à la température ambiante. La présente invention se rapporte également à un élément de remplacement à utiliser dans la réparation d'une aube de turbine comprenant une première plate-forme et une portion d'une deuxième plate-forme et un profil aérodynamique de remplacement s'étendant entre ladite premi è re plate forme et ladite port i on de deuxi ème pl ate forme. De préférence, l'élément de remplacement comprend en outre une portion soulevée qui s'étend au-dessus d'une surface de ladite deuxième plate- forme et d'une portion de l' extension de bord de fuite du contrefort de remplacement. Avantageusement, ledit élément de remplacement comprend en outre un premier contrefort intégralement formé avec ladite première plate-forme. Avantageusement, ladite première plate-forme, ladite deuxième plate-forme et ledit profil aérodynamique de remplacement sont intégralement formés. Avantageusement, ledit élément de remplacement est une structure moulée. La présente invention se rapporte également à une aube réparée par la mise en _uvre du procédé décrit précédemment, ladite aube possédant au moins une première plate-forme de remplacement, une deuxième plate-forme de remplacement et un profil aérodynamique de remplacement s'étendant entre ladite première et ladite seconde plate- formes. D'autres détails du procédé pour réparer une aube de la présente invention, ainsi que d'autres objets et avantages les accompagnant, sont énoncés dans la description détaillée suivante et dans les dessins d'accompagnement dans lesquels les numéros de référence représentent des éléments. La figure 1 est une vue en perspective d'une aube à réparer. La figure 2 est une vue en perspective de l'aube de la figure 1 avec la plate-forme intérieure, le contrefort intérieur, le profil aérodynamique, et une partie de la plate- forme extérieure et le contre fort extérieur retirés. La figure 3 est une vue en perspective d'un élément de remplacement utilisé dans le procédé de la présente invention. La figure 4 est une vue en perspective d'une aube réparée conformément à la présente invention. En référence à la figure 1, une aube 10 à réparer est illustrée. L'aube 10 possade une plate-forme intérieure 11, un contrefort intérieur 12, une plate forme extérieure 13, un contrefort extérieur 14 et un profil aérodynamique 16 s'étendant entre la plate-forme intérieure 11 et la plate-forme extérieure 13. Le contrefort extérieur 14 possède une pluralité de trous de boulons 18 pour joindre l'aube 10 à un autre composant du moteur. L'aube présente également un bord de fuite (26). La figure 2 illustre la portion 15 de l'aube 10 restant après que l'aube 10 a été usinée pour retirer la plate-forme intérieure 11, le contrefort intérieur 12, et le profil aérodynamique 16 dans leur intégralité et une portion centrale de la plate-forme extérieure 13 et une portion du contrefort extérieur 14. Les parties susmentionnces de l'aube 10 peuvent être retirées à l 'aide de n'importe quelle technique adéquate connue dans l'art telle que le meulage, le fraisage, ou l'électroérosion par fil. Comme on peut le voir sur la figure 2, une encoche 22 est formée sur le bord arrière de contrefort 23 du contrefort extérieur 14 à la suite de l'étape de retrait. L'encoche 22 s'étend de préférence au-dessus de la surface 24 de l' extension du bord de fuite du contrefort. En outre, comme on peut le voir sur cette figure, une portion centrale 28 de la plate-forme extérieure 13 entre le bord arrière de contrefort 23 et le bord avant de contrefort 30 a été retirce, laissant les rails latéraux de la plate-forme 32 et 34. Les entailles utilisces pour retirer la portion centrale 28 sont faites de telle sorte que lorsque l'élément de remplacement 40 illustré sur la figure 3 est inséré entre les rails latéraux de la plate-forme 32 et 34, la portion de profil aérodynamique 42 de l'élément de remplacement 40 est correctement placée dans l'aube réparce 10' et la zone d'écoulement est prévue entre le profil aérodynamique de remplacement 42 et les profils aérodynamiques des aubes adjacentes. La zone de tuyère est contrôlée par l' angle selon lequel les surfaces 36 et 38 des rails latéraux de la plate-forme 32 et 34 sont découpés et selon l' angle des surfaces de contact sur l'élément de remplacement 40. Cela permet au profil aérodynamique de remplacement complet 42 d'être tourné pour ajuster la zone de tuyère. La figure 3 illustre un élément de remplacement 40 qui est utilisé pour réparer l'aube 10. L'élément de remplacement 40 possède une plate-forme intérieure de remplacement intégralement formée 43, un contrefort intérieur de remplacement 44, et le profil acrodynamique de remplacement 42. L'élément de remplacement 40 possède également une nouvelle portion centrale intégralement formoe 46 devant être placée entre les rails latéraux de la plate-forme 32 et 34, ladite portion centrale comprenant une port ion de plate- forme extéri eure de remplacement 45, une portion soulevoe intégralement formée 48 devant être positionnée dans l'encache 22, ladite portion soulevoe 48 s'étendant au-dessus de la surface de la portion centrale 46, et une extension de bord de fuite de contrefort de remplacement intégralement formée 50. L'élément de remplacement 40 peut être une structure moulée posséJant les caractéristiques susmentionnées. L'élément de remplacement peut être formé à partir du même matériau formant l'aube 10 ou d'un matériau compatible. La figure 4 illustre une aube réparée 10' après que l'élément de remplacement 40 a été positionné par rapport à la portion d'aube usinée 15 et joint à ladite aube. L'élément de remplacement 40 et la portion d'aube usine 15 peuvent Atre joints l'un l'autre l' aide des techniques de soudure adquate ou de brasage connues dans l'act. I1 est prAtArable d'utiliser une technique de brasage par diffusion pour joindre l'6lment de remplacement 4Q et la portion d'aube usine 15. Le brasage par diffusion est effectu en appliquant un matAriau de basage, tel qu'un alliage de brasage base de cobalt contenant du bore, sur les surfaces de l'Alment de remplacement 40 et de la portion d'aube usine 15 devant Atre rejoints l'un l'autre. AprAs l' application du matAriau de brasage, la portion d'aube usine 15 et l'AlAment de remplacement 40 sont placAs dans un four. L'aube rApare 10' est ensuite chauffe une premiAre tempArature de l'ordre de 1199 C 1227 C pendant une priode de temps de l'ordre de 1 minute 20 minutes une pression de l'ordre de 0,06 Pa ou moins. Ensuite, l'aube rApare 10' est chauffe une deuxime tempArature de l'ordre de 1163 C 1191 C pendant une pAriode de temps de l'ordre de 1 minute 10 minutes une pression atmosphArique de 0,06 Pa ou moins. Ensuite, 1'aube rApare est refroidie une troisiAme tempArature de l'ordre de 1141 C environ 1157 C, de prAfrence une vitesse d' environ -17 C/minute. L'aube rpare est ensuite maintenue la troisime tempArature pendant une pAriode de temps de l'ordre de 8 12 heures. AprAs l'achvement de cette pAriode initiale de refroidissement, l'aube rApare 10' est refroidie tempArature ambiante (environ 20 C). Le procAdA de rAparation de la prAsente invention entraine une aube rApare qui ne possAde aucune soudure sur le profil arodynamique. Pour le soudage ou le brasage par diffusion, la rAsistance du matriau dans le joint est inférieure à l'alliage de base. Le profil aérodynamique est exposé à la plus haute température et la résistance élevée dans le profil aérodynamique offre une aube plus durable. En outre, étant donné que le joint est soumis à des températures plus basses que le profil acrodynamique, les exigences sur le joint sont inférieures. Comme cela a été expliqué ci-dessus, le procédé de réparation de la présente invention permet un contrôle de la zone de tuyère de l'aube en usinant les surfaces de joint au lieu d'effectuer une opération de redressage supplémentaire. Le redressage de l'aube modifie la cambrure du profil aérodynamique pour corriger la zone de tuyère. Le redressage peut induire des micro-fissures dans les zones qui sont déformées, particulièrement à la base et au bout du bord de fuite. Le redressage modifie également la forme optimale du profil aérodynamique. Pour ces raisons, le redressage est indésirable. Comme cela a été décrit précédemment, la zone de tuyère est contrôlée dans le procédé innovateur par l' angle selon lequel la surface de joint est produite sur la portion d'aube usinée et l'élément de remplacement. Le profil aérodynamique complet est pivoté pour ajuster la zone. Le refroidissement du profil aérodynamique repose généralement sur le maintien d'un ajustement étroitement contrôlé entre le déflecteur intérieur et la paroi intérieure de l'aube. Un défaut d'alignement au niveau des joints fixes au sein du profil aérodynamique réduit l'efficacité du refroidissement. Le procédé de réparation de la présente invention est suffisamment efficace pour permettre de prévoir un déflecteur intérieur conventionnel placé au sein d'une aube aussi efficace que sur une aube neuve. La configuration de joint en deux dimensions utilisée dans le procédé de la présente invention permet un usinage simple par meulage, fraisage ou électroérosion par fil. L'ajustement au niveau du joint peut être contrôlé selon les tolérances exigées pour l'utilisation d'un processus de brasage tel que le brasage par diffusion. Par rapport au procédé de réparation d'une aube complète, le procédé de la présente invention nécessite moins d'usinage de la plate-forme tout en conservant les surfaces, les encoches d'étanchéité et les trous de boulons de la plate- forme extérieure d'origine. En outre, tout us inage de la plate- forme intérieure peut être effectué en utilisant les surfaces usinées de la plate- forme extérieure comme référence. A la suite du procédé de réparation de la présente invention, la majeure partie de la charge du profil aérodynamique est transmise aux structures des carters intérieur et extérieur directement par le biais de l'élément de remplacement sans passer par le joint, diminuant ainsi l' exigence de résistance pour le joint. Si une défaillance du joint à 100% survenait, aucune pièce ne se libèrerait dans le passage de gaz du moteur. Alors que le procédé de réparation a été décrit en ret i rant la plateforme intérieure complète et le contrefort intérieur et en retirant les portions de la plate-forme extérieure et du contrefort extérieur, le procédé fonctionnerait aussi bien pour des aubes similaires si la plateforme extérieure complète et le contrefort extérieur ainsi que les portions de la plate forme intérieure et du contrefort intérieur étaient retirées à la place. REVEN D I CAT I ON S 1. Procédé pour réparer une aube (10) utilisée sur un moteur à turbine qui comprend les étapes consistant à: prévoir une aube (10) à réparer, ladite aube posséJant au moins une première plate-forme (11), une deuxième plate-forme (13), et un profil aérodynamique (16) s'étendant entre la première et la deuxième plate- formes (11, 13); retirer entièrement ladite première plate-forme (11) et ledit profil aérodynamique (16) de ladite aube (10) et retirer une partie de ladite deuxième plate-forme (13) en laissant une portion d'aube usince (15); prévoir un élément de remplacement (40) possédant au moins un profil aérodynamique de remplacement (42) et une première plate-forme de remplacement (43); positionner ledit élément de remplacement (40) par rapport à ladite portion d'aube usince (15); et oindre les surfaces de ladite portion d'aube usinée (15) et ledit élément de remplacement (40). 2. Procédé de réparation selon la revendication 1, ladite aube (10) à réparer possédant en outre un premier contrefort (12) et un deuxième contrefort (14) avec une extension de bord de fuite (26), dans lequel ladite étape de retrait comprend le retrait entier dudit premier contrefort (12) et le retrait d'une portion dudit deuxième contrefort (14) et de ladite extension de bord de fuite (26) de manière à crcer une enceche (22) dans ledit deuxième contrefort (14). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite étape de retrait de la partie de deuxième plate forme (13) comprend le retrait d'une portion centrale (28) de ladite deuxième plate-forme pour former des rails latéraux (32, 34) de la deuxTème plate-forme (13). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ladite étape de fourniture de l'élément de remplacement comprend la fourniture d'un élément de remplacement (40) avec une nouvelle portion centrale (46) de deuxième plate-forme (45), une portion soulevée (48), et une portion d' extension de bord de fuite (50) de contrefort de remplacement et dans lequel ladite étape de positionnement comprend le positionnement dudit élément de remplacement (40) de telle sorte que ladite portion soulevée (48) se place dans ladite encache (22) et ladite nouvelle portion centrale (46) de la deuxième plate-forme (45) se placent entre lesUits rails latéraux (32, 34) de plate-forme. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre l' application d'un matériau de jonction sur lesdites surfaces de ladite portion d'aube usinée (15) et dudit élément de remplacement (40) devant être joints l'un à l'autre avant ladite étape de jonction. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ladite étape d'application du matériau de janction comprend l' application d'un alliage de brasage sur lesUites surfaces. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ladite étape d'application du matériau de jonction comprend l' application d'un alliage de brasage à base de cobalt contenant du bore sur lesUites surfaces. 8. Procédé selon l'une queleonque des revendications 1 à 4, dans lequel ladite étape de jonction comprend le soudage dudit élément de remplacement (40) et des surfaces de ladite portion d'aube usince (15). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ladite étape de jonction comprend le brasage dudit élément de remplacement (40) et des surfaces de la portion d'aube usinée (15). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ladite étape de jonction comprend le brasage par diffusion dudit élément de remplacement (40) et des surfaces de ladite portion d'aube usinée (15). 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel ladite étape de brasage par diffusion comprend l' application d'un matériau de brasage sur lesdites surfaces devant être jointes avant ladite étape de jonction, la mise en place de ladite portion d'aube usinée (15) avec ledit élément de remplacement (40) dans un four après ladite étape d' application du matériau de brasage, et le chauffage de ladite portion d'aube usinée (15) et dudit élément de remplacement (40) à une première température de l'ordre de 1199 C à 1227 C pendant une période de temps de l'ordre de 1 minute à 20 minutes. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel ladite étape de brasage par diffusion comprend le chauffage de ladite portion d'aube usinée (15) et dudit élément de remplacement (40) à une deuxième température de l'ordre de 1163 C à 1191 C pendant une période de temps de l'ordre de 1 minute à 10 minutes. 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel ladite étape de brasage par diffusion comprend en outre le refroidissement de ladite portion d'aube usince (15) et dudit élément de remplacement (40) de ladite deuxième température à une troisième température de l'ordre d' environ 1141 C à environ 1157 C et le maintien de ladite troisième température pendant une période de temps de l'ordre de à 12 heures. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel ladite étape de refroidissement est effectuée à une vitesse de refroidissement d'environ 17 C par minute et dans lequel ladite étape de brasage par diffusion comprend en outre le refroidissement de ladite portion d'aube usinée (15) et dudit élément de remplacement (40) de ladite troisième température à la température ambiante. 15. Elément de remplacement (40) à utiliser dans la réparation d'une aube de turbine (10) comprenant une première plate- forme (43) et une portion d'une deuxième plate-forme (45) et un profil aérodynamique de remplacement (42) s'étendant entre ladite première plate forme (43) et ladite portion de deuxième plate-forme (45). 16. Elément de remplacement (40) selon la revendication 15, comprenant en outre une portion soulevée (48) qui s'étend au-dessus d'une surface de ladite deuxième plate-forme (45) et d'une portion de l' extension de bord de fuite (50) du contrefort de remplacement. 17. Elément de remplacement (40) selon la revendication 15 ou la revendication 16, comprenant en outre un premier contrefort intégralement formé avec ladite première plate-forme. 18. Elément de remplacement (40) selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, dans lequel ladite première plate-forme (43), ladite deuxième plate-forme (45) et ledit profil aérodynamique de remplacement (42) sont intégralement formés. 19. Elément de remplacement (40) selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, dans lequel ledit élément de remplacement (40) est une structure moulée. 20. Aube (10) réparée par la mise en _uvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, posséJant au moins une première plate-forme de remplacement (43), une deuxième plate-forme de remplacement (45) et un profil aérodynamique de remplacement (42) s'étendant entre ladite première et