Brevet FR2863191A1 — publié le 20050610

L'invention concerne la protection de surfaces d'aubes de turbomachines en préalable à un traitement de surface partiel présentant un caractère abrasif ou simplement inapproprié aux surfaces à ne pas traiter. Elle concerne aussi l'application d'une protection de surface pour toute pièce mécanique devant être soumise à un traitement de surface similaire. En référence à la figure 1, une aube 10 de turbomachine, ici de compresseur ou de soufflante de turboréacteur, se compose d'une pale 1.1 comportant une face intrados et une face extrados 19, d'une échasse 12 et d'un pied 13 s'emmanchant dans une alvéole axiale ménagée dans l'axe du disque central de la machine la supportant (non représentés). Une plate forme 14 sépare la pale Il de l'échasse 12. Le disque central porte ainsi un certain nombre d'aubes dont les pales sont toutes maintenues équidistantes les unes des autres notamment par des nageoires 15 situées sur une partie médiane de chaque face des pales et dont, pour deux nageoires adjacentes de deux pales voisines, les extrémités sont en contact. Le traitement de surface de l'aube 10, généralement en titane ou en alliage de titane, comporte un premier traitement El de la surface par sablage pour en augmenter la rugosité, en préparation d'une deuxième étape E2 dite de métallisation avec dépôt par projection thermique. C'est le cas notamment de la projection au moyen d'une torche à plasma, soit d'un alliage de cuivre, par exemple Cu Ni In (cuivre nickel indium), dont la ductilité permet d'amortir les vibrations du moteur en fonctionnement au niveau des contacts des aubes avec le disque central, soit de carbure de tungstène, par exemple WC-Co (carbure de tungstènecobalt) dont la dureté permet d'éviter l'usure occasionnée par les frottements entre les nageoires adjacentes. La torche à plasma projette le revêtement d'alliage à grande vitesse et à température élevée (plus de 2 500'K) sur la surface à traiter pour y obtenir son accrochage. Les étapes El sont très abrasives et les étapes E2 sont indésirables en dehors des surfaces à traiter. Elles nécessitent dans le cas du traitement des nageoires, d'interposer une protection entre les outils de sablage et/ou les torches à plasma et les faces 19 des aubes 10 de façon à 2863191 2 soustraire ces dernières à leurs effets. Plus précisément, seules les surfaces 17 des extrémités de nageoires 15 destinées à être mises en contact avec celles 17 des autres nageoires des aubes voisines, sont soumises, lors de la fabrication, aux traitements de surface ci- dessus. En outre les deux faces 19 de la pale Il présentent des surfaces en hélice, de géométrie très précise, qu'il faut protéger. Dans le cas du traitement du pied, les seules surfaces 18 de contact, situées de part et d'autre 13 du pied de l'aube IO sont à revêtir. Les Io autres zones 12 et 13 du pied doivent être protégées au moins durant i.e e traitement E2. Actuellement, pour cela, l'opérateur applique manuellement des rubans adhésifs ayant une résistance mécanique et thermique suffisante autour des surfaces à traiter. Ces opérations manuelles sont longues et fastidieuses à cause de la complexité des formes des aubes, de la précision requise et du peu d'accessibilité des surfaces à protéger. Elles n'assurent pas une qualité de niveau constant puisqu'elles ne sont pas parfaitement répétitives et qu'une mauvaise adhésion des rubans adhésifs présente un risque de masquage voire de décollement du revêtement déposé. En outre lors de la métallisation, on constate que des particules atteignent la couche en formation après avoir rebondi sur la surface de protection. La qualité de l'accrochage ou de l'homogénéité de ces particules n'est alors pas suffisante, et les zones correspondantes sont moins résistantes aux sollicitations appliquées sur turbomachines. Il existe donc un besoin pour améliorer la productivité et la qualité de ces 30 opérations. Par ailleurs les opérateurs sur ces opérations sont soumis à des tensions nerveuses dues notamment à l'attention soutenue nécessaire pour leur exécution ils sont aussi. exposés à des risques de troubles musculo squelettiques (TUS) consécutifs à la réalisation d'actions répétitives. Pour remédier à tous ces inconvénients, la demanderesse propose un. masque de protection pour le traitement de surfaces d'aubes de turbomachines agencé pour résister aux effets du traitement de surface et 2863191 3 pour pouvoir être posé sur la surface à protéger, caractérisé par le fait qu'il constitue un outillage démontable et réutilisable. Le traitement de surface comprend une étape de sablage et/ou une étape 5 de métallisation. Par outillage, on désigne une pièce ou un ensemble de pièces au moins en partie rigides dont la forme et les matériaux sont adaptés au masquage des parties de surfaces à protéger. Les matériaux de l'outillage sont aussi en capacité de résister à l'environnement opératoire des opérations El et E2. Grâce à l'outillage de l'invention, on supprime toute opération d'application manuelle de ruban adhésif, et le masquage est parfaitement répétitif, De préférence, l'étape E2 entraînant une élévation de température, le masque de protection est disposé pour résister aux effets thermiques du traitement de surface, ici un dépôt plasma. De préférence encore, l'étape E2 nécessitant un traitement mécanique 20 préalable, le masque de protection de l'étape El est d'un matériau résistant à l'action abrasive d'un sablage. Avantageusement, le masque de protection est en acier inoxydable ou en matériau silicone ou en matériau polymère. Eventuellement, le masque peut servir à la fois pour le sablage et pour le dépôt plasma, et peut être réutilisé pour une série d'aubes de turbomachines. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un masque de protection pour deux applications de l'invention et du dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente une vue perspective d'une aube de 35 compresseur; la figure 2 représente une vue de côté d'une première application de l'invention consistant en un masque conformé pour permettre le traitement du pied d'une aube, 2863191 4 la figure 3 représente un montage permettant le traitement simultané de plusieurs aubes, les figures 4A et 413 représentent des vues perspectives d'une autre application de l'invention, consistant en des masques pour la protection des surfaces d'une aube contre le sablage et le dépôt plasma sur les surfaces à traiter de son pied; et la figure 5 représente une vue perspective d'une seconde application de l'invention, consistant en un masque pour la protection des surfaces d'une aube contre le sablage et le dépôt plasma sur les surfaces à traiter de ses nageoires La figure 2 représente la partie inférieure d'une aube de compresseur dont on voit la pale 11, la plate-forme 14 et le pied 13. Il est ici en forme de queue d'aronde et rectiligne (cas non exhaustif, cité à titre d'exemple). Afin d'assurer un amortissement des vibrations de l'aube dans son alvéole pendant le fonctionnement du moteur, on applique un revêtement 13R localisé dans les zones qui sont en contact avec les flancs de l'alvéole. Pour pouvoir appliquer ce revêtement par une torche à plasma, on dispose conformément à l'invention, un masque 100 qui épouse la forme du pied de l'aube en partie, et peut être mis en place par simple enchâssement. Le masque 100, avantageusement réalisé en inox, présente une épaisseur déterminée. Une fenêtre 100R est ménagée dans ce masque, de chaque côté du pied. La forme et les dimensions des fenêtres dépendent de celles du revêtement 13R qu'il. s'agit d'appliquer par la torche à plasma. Ce revêtement 13R est localisé sur les deux surfaces du pied qui seront en contact avec le disque sur la turbomachine. Dans la mesure où la torche à plasma T est placée préférentiellement perpendiculairement à la surface à traiter, les parois de la fenêtre sont aussi perpendiculaires à cette surface. La fenêtre permet le passage des particules de métal en fusion pendant l'opération de métallisation avec la torche à plasma. Cette disposition présente l'avantage que les particules de métal en fusion issues de la torche à plasma qui. ne sont pas dirigées dans l'axe de la fenêtre se déposent sur le masque dans la zone bordant la fenêtre 100R sans être réfléchies vers l'intérieur. Ces particules ne viennent donc pas perturber la couche en formation par rebond. Après application d'une couche d'épaisseur voulue, on retire le masque. Le 2863191 5 revêtement 13R a exactement la forme définie par celle de la fenêtre; il n'est pas nécessaire de procéder à une opération de retouche. On remet en service le masque pour le traitement d'autres aubes si la zone métallisée en bordure de la fenêtre n'est pas trop épaisse. Le masque peut être ainsi utilisé plusieurs fois avant de nécessiter une remise en forme par "démétallisation" de la zone bordant la fenêtre. Une telle opération de restauration du masque est avantageusement effectuée par usinage chimique selon les techniques connues de l'homme du métier, Si une opération préalable de préparation de la surface est nécessaire, on utilise le même masque pour protéger les surfaces qui ne doivent pas recevoir le sablage. Un tel masque présente aussi l'avantage d.e permettre le traitement de plusieurs aubes en même temps. Dans ce but on a prévu une rainure 110 dans la paroi de fond du masque pour permettre d'appliquer ensuite une barre d'alignement 43. On a représenté sur la figure 3 un montage pour e traitement de quelques aubes. On assemble les aubes équipées d.e leur masque de protection 100 sur un seul outillage 40. L'outillage 40 comporte un bâti 42 sur lequel on a fixé les aubes, pale en bas, de manière à présenter les masques sur le dessus. Les fenêtres 100R sont visibles. Une barre 43 relie les masques 100 par les rainures 110. Grâce à cette barre on peut aligner avec précision les masques les uns par rapport aux autres. Des flasques 41 sont placés le long de la rangée de masques de manière à recouvrir et protéger les plates-formes des aubes. Une fois le montage effectué, on place l'outil de traitement en direction de la première fenêtre et on. i.e e déplace à vitesse déterminée parallèlement aux fenêtres. Par cette disposition on permet le traitement de sablage suivi de métallisation ou bien de métallisation seule d'un ensemble N d'aubes en assurant une qualité constante. On a représenté sur les figure 4A et 4B, un dispositif de masquage adapté à des aubes dont le pied est curviligne, telles que des aubes de soufflante de grande taille. 2863191 6 Pour une étape El de sablage des surfaces 18 du pied 13 de la pale Il d'une aube 10, il est prévu, en référence à la figure 4A, un masque 100' de protection comportant, fixé sur 'un socle 132, un bâti 125 en matériau silicone ou matériau. polymère agencé pour pouvoir être monté en emboîtant le pied 13 de la pale 11 tout en laissant apparaître, au travers de lumières 124 les surfaces 18 à traiter. Pour cela, le bâti comporte deux demi-coques 121 épousant les formes io de la surface ci-dessus, réalisées selon les plans même qui en ont permis la réalisation. Ces deux demi-coques 121 sont assemblées par des verrous 123 amovibles, par exemple s'emboîtant eux-mêmes dans les deux demi- coques 121, et peuvent donc être démontées pour rester apte à un nouveau montage et rester disponible pour le traitement d'une autre aube. Pour une étape E2 de dépôt plasma des surfaces 118 du pied 13 de la pale 11, il est prévu, en référence à la figure 4B, un masque 100" de protection comportant, fixés sur un socle 132", quatre supports 1.27 agencés pour pouvoir supporter deux entretoises 126, tous en inox, maintenant la pale 1.1. et deux masques 128, en inox, maintenant et recouvrant le pied 13 de la pale 11, de part et d'autre du pied, tout en laissant apparaître, au travers de lumières 131 les surfaces 18 à traiter. Ici, pour régler exactement l'étendue de la surface à traiter, la périphérie des lumières 131 est garnie de pattes 1.29 limitant cette étendue à volonté. La position des pattes 129 est réglable par coulissement sur les masques 128 et y est maintenue par des vis de serrage 130. Dans l'exemple de la figure les pattes 129 limitent seulement la longueur des lumières 131 mais le même dispositif est possible aussi en largeur, les deux dispositifs pouvant facilement être montés simultanément. On a représenté sur la figure 5 un mode de réalisation de l'invention correspondant au traitement des nageoires de l'aube. Un masque 239 de protection comportant deux demi-coques 233, épouse la forme des nageoires selon une cheminée 234 et des faces 19 voisines de celles-ci. 2863191 7 Ces formes sont directement déduites du. plan de l'aube 10. Les deux demi-coques 233 sont assemblées entre elles sur la surface à protéger par le moyen de quatre pinces 236, par exemple des lames de ressort en inox s'incrustant dans des trous (non visibles sur la figure) ménagés à cet effet dans le masque 239. Le masque dans ce cas est en matériau silicone. Ce matériau est à la fois résistant au traitement mécanique de sablage et au traitement thermique de métallisation. Les deux. demi-coques 233 laissent apparaître les surfaces des extrémités de nageoires 17 à traiter au travers de lumières 235 de façon à ce que ces extTémités restent suffisamment dégagées du masque d'une certaine hauteur e . Le masque 239 sert à la fois pour le sablage et pour le dépôt plasma, il est encore réutilisé un certain nombre de fois. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation 20 représentés. Elle englobe toutes les variantes à la disposition de l'homme du métier. 8 REVENDICATIONS 1- Masque (100, 100', 100", 239) de protection pour le traitement de surface de surfaces (17, 18) d'aubes (10) de turbomachines disposé pour résister aux effets du traitement de surface et pour pouvoir être posé sur la surface à protéger, caractérisé par le fait qu'il constitue un outillage démontable et réutilisable. 2- Masque selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est composé d'au moins une pièce (100) épousant la forme des surfaces à protéger et comportant des lumières laissant apparaître les surfaces à traiter. 3- Masque selon la revendication 2, comportant au moins deux demi-coques (233) maintenus ensemble par des verrous ou des pinces (236). 4- Masque selon l'une des revendications 1 à 3, constitué en un matériau résistant aux effets thermiques d'un dépôt plasma. 5- Masque selon l'une des revendications 1 à 4, constitué en un matériau résistant aux effets mécaniques d'un sablage. 6- Masque selon l'une des revendications 1 à 5, constitué en inox. 7- Masque selon l'une des revendications 1 à 5, constitué en matériau silicone ou polymère. 8- Masque selon la revendication 7 dans lequel, les aubes de turbomachines comportent des nageoires (15) dont les extrémités sont à traiter, lesdites extrémités restent dégagées du masque d'une certaine hauteur e .