Brevet FR2848132A1 — publié le 20040611

i PROCEDE ET DISPOSITIF POUR REDUIRE LES VIBRATIONS DE COMPOSANT PENDANT UN SOUDAGE PAR INERTIE La présente invention porte globalement sur le soudage par inertie, et en particulier sur un procédé et un dispositif pour réduire les vibrations des composants pendant un soudage par inertie. Le soudage par inertie (ou "par friction avec volant d'inertie") est un procédé dans lequel un premier composant est mis en rotation autour d'un axe et amené en contact avec un second composant. Des forces de frottement entre les composants chauffent l'interface entre les composants suffisamment pour que les composants 10 fondent et qu'une soudure soit produite à l'interface. Selon la géométrie des composants, les frottements entre les composants peuvent aussi provoquer des vibrations dans les composants, faisant apparaître des tensions dans les composants. Par exemple, quand on soude par inertie des parties d'un corps de compresseur de turbine à gaz, chaque partie est attachée au niveau de son pourtour respectif à une machine de soudage par inertie. 15 Une première partie est mise en rotation et amenée en contact avec l'autre partie. Pendant le soudage des parties, un ou plusieurs alésages du corps peuvent vibrer en se déformant axialement par rapport à l'axe du corps, faisant ainsi apparaître des tensions dans les âmes du corps adjacentes aux pourtours. Ces tensions peuvent entraîner une défaillance des composants au cours du soudage ou prématurément au cours de leur 20 utilisation ultérieure. Conventionnellement, on serre fortement les parties des composants qui vibrent afin d'éviter ou de réduire les déformations, de manière à réduire les tensions. Bien que ce procédé fonctionne bien, on ne peut pas toujours accéder facilement aux parties des composants qui vibrent pour les serrer. Par exemple, on ne peut pas accéder facilement 25 aux alésages d'un corps de compresseur pour les serrer. En conséquence, il existe un besoin d'un procédé et d'un dispositif pour réduire les vibrations dans des parties inaccessibles des composants. Malgré l'existence de matières amortissant les vibrations qui peuvent être appliquées sur des composants pour réduire les vibrations, ces matières sont difficiles à 30 appliquer dans des zones inaccessibles des composants. En outre, des composants tels que des rotors de turbine à gaz qui tournent à grande vitesse requièrent que toute la matière amortissant les vibrations soit enlevée des composants avant d'être leur utilisation. Sinon, le reste de matière amortissant les vibrations va provoquer un déséquilibre du composant et une défaillance potentielle du composant. Toutefois, 5 l'enlèvement du reste de matière amortissant les vibrations est particulièrement délicat quand la matière est appliquée sur des zones du composant difficiles d'accès. Brièvement, la présente invention comprend un amortisseur pour réduire les vibrations dans au moins une partie d'un composant pendant un soudage par inertie. L'amortisseur comprend un corps globalement annulaire ayant une fente en spirale 10 formée en son sein. L'amortisseur peut comprendre en outre un tirant s'étendant vers l'intérieur depuis un bord intérieur du corps et servant à tirer l'amortisseur pour enlever l'amortisseur du composant après le soudage par inertie, et/ou un adhésif appliqué sur une face du corps pour lier de manière détachable l'amortisseur à la partie du 15 composant, et/ou une pellicule à décoller attachée de manière détachable à l'adhésif pour éviter un contact par inadvertance avec l'adhésif. La fente peut être interrompue suivant sa longueur pour former au moins une liaison entre des spires adjacentes de l'amortisseur; les liaisons peuvent être régulièrement espacées autour de l'amortisseur. L'amortisseur peut comprendre une matière élastomère, et avoir un diamètre extérieur 20 d'environ 622,3 mm (24,50 pouces) et un diamètre intérieur d'environ 355,6 mm (14,00 pouces). La fente peut encercler le corps à intervalles sensiblement régulièrement espacés entre le diamètre intérieur et le diamètre extérieur, qui peuvent avoir une largeur d'environ 25,4 mm (l pouce). Le corps peut avoir une épaisseur sensiblement uniforme, qui peut être d'environ 2,54 mm (0,10 pouce). Selon un autre aspect, l'invention comprend un procédé pour réduire les vibrations dans au moins une partie d'un premier composant pendant le soudage par inertie du premier composant à un second composant. Le procédé comprend le fait de lier un amortisseur élastomère à la partie du premier composant. On soude par inertie le premier composant au second composant, et on enlève l'amortisseur de la partie du 30 premier composant. On peut lier l'amortisseur à une face annulaire du premier composant, qui peut être entourée par une enveloppe annulaire une fois que le premier composant et le second composant sont soudés par inertie. On peut retirer l'amortisseur par une ouverture située à une extrémité de l'enveloppe annulaire quand on enlève l'amortisseur 5 de la partie du premier composant. L'amortisseur peut être globalement annulaire et avoir une extrémité libre après le soudage par inertie, et on peut tirer l'extrémité libre vers l'intérieur à distance de la face annulaire du premier composant quand on enlève l'amortisseur de la partie du premier composant, ce par quoi l'amortisseur se déroule à mesure qu'on l'enlève du premier composant. On peut usiner la face annulaire après 10 enlèvement de l'amortisseur, afin d'enlever des résidus de la face. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée suivante de quelques formes de réalisation, illustrée par les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue de face d'une première forme de réalisation de 15 l'amortisseur de la présente invention; la figure 2 représente un détail de la vue de face de la figure 1; la figure 3 est une section de la première forme de réalisation de l'amortisseur suivant une ligne 3-3 de la figure 1; la figure 4 représente l'amortisseur monté sur l'un de deux composants dans une 20 machine de soudage par inertie; la figure 5 est une coupe des composants et de l'amortisseur après soudage par inertie; la figure 6 est une vue de face d'une deuxième forme de réalisation de l'amortisseur de la présente invention; et la figure 7 représente un détail de la vue de face de la figure 6. Les mêmes numéros repèrent des composants correspondants sur les diverses figures des dessins. A propos maintenant des dessins et en particulier de la figure 1, un amortisseur selon une première forme de réalisation de la présente invention est globalement repéré 30 20. L'amortisseur 20 a un corps annulaire 22. Une fente en spirale 24 est formée dans le corps 22. Dans une forme de réalisation représentée sur la figure 2, la fente 24 est interrompue suivant sa longueur, pour former des liaisons fragiles 26 entre des spires adjacentes de l'amortisseur 20. Bien que les liaisons 26 puissent avoir d'autres espacements sans sortir de la portée de la présente invention, dans une forme de 5 réalisation les liaisons sont régulièrement espacées autour de l'amortisseur 20. Par exemple, dans une forme de réalisation chaque liaison 26 a une largeur 28 d'environ 2,03 mm (0,08 pouce). En outre, chaque fente a une largeur 30 d'environ 1,27 mm (0,05 pouce) et une longueur d'arc 32 d'environ 114,3 mm (4,50 pouce). Comme représenté sur la figure 1, l'amortisseur 20 a un tirant 34 s'étendant vers 10 l'intérieur depuis un bord intérieur 36 du corps 22 et servant à enlever l'amortisseur du composant après le soudage par inertie, comme expliqué plus en détail plus bas. Dans une forme de réalisation, l'amortisseur 20 est formé d'une matière absorbante d'énergie, telle qu'une matière élastomère. Une telle matière élastomère est une matière élastomère en feuille ISODAMP C-2003-125psa disponible chez E-A-R Corporation of 15 Indianapolis, Indiana. ISODAMP est une marque déposée fédérale de Cabot Safety Intermediate Corporation of Southbridge, Massachusetts. Bien que le corps 22 puisse avoir d'autres dimensions sans sortir de la portée de la présente invention, dans une forme de réalisation le corps a un diamètre extérieur 40 d'environ 622,3 mm (24,50 pouces) et un diamètre intérieur 42 d'environ 355,6 mm 20 (14,00 pouces). En outre, bien que d'autres configurations soient envisagées, dans une forme de réalisation la fente 24 encercle le corps 22 à intervalles sensiblement régulièrement espacés entre le diamètre intérieur 42 et le diamètre extérieur 40. Bien que ces intervalles puissent avoir d'autres largeurs sans sortir de la portée de la présente invention, dans une forme de réalisation chacun des intervalles a une largeur 44 25 d'environ 25,4 mm (un pouce). Comme représenté sur la figure 3, l'amortisseur 20 a une couche d'adhésif 50 appliquée sur une face du corps 22 pour lier l'amortisseur de manière détachable à un composant en service. Une pellicule à décoller 52 est attachée de manière détachable à la couche d'adhésif 50 pour éviter un contact par inadvertance avec l'adhésif avant 30 utilisation. Bien que d'autres configurations soient envisagées, dans une forme de réalisation le corps 22 a une épaisseur globalement uniforme. Bien que le corps 22 puisse avoir d'autres épaisseurs sans sortir de la portée de la présente invention, dans une forme de réalisation le corps 22 a une épaisseur 54 comprise entre environ 2,54 mm (0,10 pouce) et environ 3,175 mm (0,125 pouce). Dans une autre forme de réalisation, le corps 22 a une épaisseur 54 d'environ 2,54 mm (0,1 in). L'amortisseur 20 de la présente invention est utilisé pour réduire les vibrations dans au moins une partie d'un composant pendant un soudage par inertie. Comme représenté sur la figure 4, le soudage par inertie est un procédé dans lequel un premier composant 60 (par exemple une partie arrière d'un corps de compresseur) monté sur un 10 lourd volant d'inertie 62 d'une machine de soudage par inertie conventionnelle, globalement repérée 64, est mis en rotation autour d'un axe 66 et amené en contact avec un second composant 68 (par exemple une partie avant d'un corps de compresseur) monté sur une base 70 de la machine de soudage par inertie. Des forces de frottement entre les composants 60, 68 chauffent l'interface 72 entre les composants suffisamment 15 pour que les composants fondent et qu'une soudure soit produite à l'interface, de sorte que les composants sont joints l'un à l'autre de manière permanente comme représenté sur la figure 5. Comme expliqué plus haut, les frottements entre les composants 60, 68 provoquent aussi des vibrations dans les composants. Par exemple, dans le cas du corps de compresseur représenté sur les figures 4 et 5, l'âme et l'alésage 74, 76 respectivement 20 du dernier étage du corps ont tendance à se déformer axialement en va-et-vient pendant le soudage par inertie. Pour éviter cette déformation, on lie un amortisseur élastomère 20 à une face annulaire du premier composant 60 comprenant l'âme et l'alésage 74, 76 du dernier étage du composant, comme représenté sur la figure 4, avant le soudage. Pour lier l'amortisseur 20 au composant 60, on retire la pellicule à décoller 52 de la 25 couche d'adhésif 50, on place l'amortisseur à la position désirée sur le composant 60 et on exerce une pression sur l'amortisseur placé contre le composant. On soude par inertie les premier et second composants 60, 68 en utilisant des paramètres conventionnels. Après le soudage par inertie, l'amortisseur 20 n'est pas facilement accessible car la face annulaire du premier composant 60 à laquelle l'amortisseur est lié se trouve à l'intérieur 30 du corps de compresseur comme représenté sur la figure 5. Un opérateur peut enlever l'amortisseur 20 en saisissant le tirant 34 et en retirant l'amortisseur par l'ouverture formée par les alésages des composants joints. Les liaisons fragiles 26 se cassent à mesure qu'on enlève l'amortisseur 20, si bien que l'amortisseur se déroule à mesure qu'on l'enlève. Les composants joints 60, 68 peuvent subir un alésage de finition pour enlever le reste d'adhésif 50. Les figures 6 et 7 représentent un amortisseur 80 selon une deuxième forme de réalisation de la présente invention, qui est similaire à l'amortisseur 20 de la première forme de réalisation représenté sur les figures 1-3 à l'exception du fait qu'il comprend un second tirant 82. L'amortisseur 80 de la deuxième forme de réalisation peut être utilisé 10 pour souder des corps de compresseur de deux tailles différentes (par exemple un corps de compresseur GE modèle CF6 étages 10-14 ou un corps de compresseur modèle GE90 étages 7-9). Quand on utilise l'amortisseur 80 sur le modèle de moteur ayant le corps de plus grand diamètre d'alésage, on sépare le second tirant 82 de l'amortisseur avant utilisation, de sorte que l'amortisseur a un plus grand diamètre intérieur. 15 Toutefois, quand on utilise l'amortisseur 80 sur le modèle de moteur ayant le corps de plus petit diamètre d'alésage, on laisse le second tirant 82 sur l'amortisseur pendant utilisation, de sorte que l'amortisseur a un plus petit diamètre intérieur. De manière similaire, on peut modifier le diamètre extérieur de l'amortisseur en séparant une ou plusieurs des spires extérieures avant utilisation. Pour introduire des éléments de la présente invention ou de ses formes de réalisation préférées, les articles "un", "une", 'le', 'la', 'les", 'ledit', 'ladite', 'lesdits' et "lesdites" sont destinés à signifier qu'il existe un ou plusieurs des éléments. Les termes "comprenant", "incluant" et "ayant" sont destinés à être inclusifs et à signifier qu'il peut exister des éléments supplémentaires autres que les éléments listés. LISTE DES COMPOSANTS Amortisseur 22 Corps 5 24 Fente 26 Liaison 28 Largeur 30 Largeur 32 Longueur 10 34 Tirant 36 Bord Diamètre extérieur 42 Diamètre intérieur 44 Largeur 15 50 Couche 52 Pellicule 54 Epaisseur Composant 62 Volant d'inertie 64 Machine de soudage par inertie 66 Axe 68 Composant Base 72 Interface 25 74 Ame 76 Alésage Amortisseur 82 Tirant REVENDICATIONS 1. Amortisseur (20) pour réduire les vibrations dans au moins une partie d'un composant (60) pendant un soudage par inertie, ledit amortisseur (20) étant caractérisé 5 en ce qu'il comprend un corps globalement annulaire (22) ayant une fente en spirale (24) formée en son sein. 2. Amortisseur (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un tirant (34) s'étendant vers l'intérieur depuis un bord intérieur (36) du corps (22) et servant à tirer l'amortisseur (20) pour enlever l'amortisseur (20) du composant (60) 10 après le soudage par inertie. 3. Amortisseur (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un adhésif appliqué sur une face du corps (22) pour lier de manière détachable l'amortisseur (20) à la partie du composant (60). 4. Amortisseur (20) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pellicule à décoller (52) attachée de manière détachable à l'adhésif pour éviter un contact par inadvertance avec l'adhésif. 5. Amortisseur (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fente (24) est interrompue suivant sa longueur (32) pour former au moins une liaison (26) entre des spires adjacentes de l'amortisseur (20). 6. Amortisseur (20) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les liaisons (26) sont régulièrement espacées autour de l'amortisseur (20). 7. Amortisseur (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une matière élastomère. 8. Amortisseur (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps (22) 25 a un diamètre extérieur (40) d'environ 622,3 millimètres (24,50 pouces) et un diamètre intérieur (42) d'environ 355,6 millimètres (14,00 pouces). 9. Amortisseur (20) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la fente (24) encercle le corps (22) à intervalles sensiblement régulièrement espacés entre le diamètre intérieur (42) et le diamètre extérieur (40). 10. Amortisseur (20) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les intervalles sensiblement régulièrement espacés auxquels la fente (24) encercle le corps (22) ont une largeur (44) d'environ 25,4 millimètres (l pouce). 11. Amortisseur (20) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps (22) a une épaisseur sensiblement uniforme (54). 12. Amortisseur (20) selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'épaisseur (54) est d'environ 2,54 millimètres (0,10 pouce). 13. Procédé pour réduire les vibrations dans au moins une partie d'un premier composant (60) pendant le soudage par inertie dudit premier composant (60) à un 10 second composant (68), ledit procédé étant caractérisé par les étapes consistant à: lier un amortisseur élastomère (80) à la partie dudit premier composant (60); souder par inertie ledit premier composant (60) audit second composant (68); et enlever l'amortisseur (80) de la partie dudit premier composant (60) une fois que le premier composant (60) est soudé audit second composant (68). 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on lie l'amortisseur (80) à une face annulaire dudit premier composant (60). 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la face annulaire du premier composant (60) est entourée par une enveloppe annulaire une fois que ledit premier composant (60) et ledit second composant (68) sont soudés par inertie. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'on retire l'amortisseur (80) par une ouverture située à une extrémité de l'enveloppe annulaire quand on enlève l'amortisseur (80) de la partie dudit premier composant (60). 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'amortisseur (80) est globalement annulaire et a une extrémité libre après le soudage par inertie, et on tire 25 ladite extrémité libre vers l'intérieur à distance de la face annulaire dudit premier composant (60) quand on enlève l'amortisseur (80) de la partie dudit premier composant (60), ce par quoi l'amortisseur (80) se déroule à mesure qu'on l'enlève dudit premier composant (60). 18. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'on usine la face annulaire 30 après enlèvement de l'amortisseur (80) pour enlever des résidus de la face.