Brevet FR2931715A1 — publié le 20091204

La présente invention concerne le domaine des turbomachines notamment aéronautiques et vise la fabrication de pièces les constituant. Les turbomachines sont composées de parties dont la fabrication met en oeuvre des techniques très différentes comprenant la fonderie et le forgeage. Pendant les phases de développement de nouveaux moteurs ou de nouvelles versions de ces derniers, la définition d'au moins une partie des pièces les constituant est en constante évolution. Pour les prototypes et les préséries, il est ainsi nécessaire de réaliser de nouvelles pièces à un rythme rapide, dans des délais courts parfois incompatibles avec les cycles de fabrication standard. La présente invention a pour objet de réduire les cycles d'élaboration et de fabrication de pièces de turbomachines, notamment pour des utilisations en tant que prototypes ou bien pour des préséries avant mise en production industrielle. Elle a aussi pour objet l'élaboration d'un procédé de fabrication se distinguant des techniques conventionnelles lourdes à mettre en oeuvre telles que le forgeage, la fonderie ou l'usinage dans la masse. L'invention concerne ainsi un procédé de fabrication d'un secteur de redresseur de turbomachine comprenant un secteur d'anneau radialement interne, un secteur d'anneau radialement externe et au moins deux aubes disposées entre lesdits secteurs d'anneau, ledit secteur d'anneau externe comprenant au moins une bride de fixation du secteur de redresseur à la structure de la turbomachine et ledit secteur d'anneau interne comprenant un élément d'étanchéité fixé sur sa face opposée aux aubes. Conformément à l'invention le procédé est caractérisé par le fait qu'il comprend la fabrication séparée d'un premier anneau externe et d'un deuxième anneau interne de diamètres correspondant à ceux desdits secteurs d'anneau externe et interne, la découpe des anneaux en secteurs, la fabrication individuelle des aubes puis leur assemblage pour former ledit secteur de redresseur. Conformément à une caractéristique de l'invention, la fabrication du premier anneau externe comprend la mise en forme d'une tôle roulée soudée. La construction de la bride sur la surface externe dudit anneau est effectuée par dépôt métallique. Plus particulièrement la construction des brides est réalisée par soudage MIG avec apport de fil. Conformément à une autre caractéristique, on usine des ajours dans l'anneau externe agencés pour recevoir une extrémité desdites aubes et permettre leur fixation à l'anneau externe. Conformément à une autre caractéristique, l'anneau interne est réalisé par façonnage à froid. Conformément à une autre caractéristique, la découpe des anneaux en secteurs est réalisée par une technique d'usinage par électroérosion. Cette technique est adaptée à la découpe de métaux à hautes caractéristiques mécaniques tels qu'utilisés dans les turbomachines. Le métal est enlevé par l'action de successions rapides de décharges électriques produites entre une électrode filaire et le métal à usiner. Conformément à une autre caractéristique, les aubes sont fabriquées par une technique MIM qui est l'acronyme de � Metal Injection Molding �. Le procédé MIM est issu du moulage par injection des plastiques, adapté à la technologie des poudres. Un alliage métallique sous forme pulvérulente est mélangé avec un liant et d'autres constituants tels qu'un lubrifiant pour obtenir un mélange fluide. Celui-ci est injecté sous pression dans un moule selon une technique semblable à celle mise en oeuvre pour la fabrication de pièces en matière plastique ; la pièce est ensuite déliantée, pour faire disparaître les constituants essentiellement non métalliques, généralement dans un four sous atmosphère contrôlée mais aussi au moyen d'un solvant. L'ébauche obtenue a la forme de la pièce mais sa résistance mécanique est faible. L'ébauche est consolidée par frittage pour obtenir la pièce finale. Cette technique permet la fabrication de pièces aux formes complexes avec des tolérances dimensionnelles précises et un excellent état de surface. Conformément à une variante les aubes sont fabriquées par fusion laser. La méthode proposée de constitution en prototypage rapide sera désignée par la suite méthode IWTA qui est l'acronyme de :"Integral Welding Transfer Application" signifiant : la mise en oeuvre d'apport de matière par des soudages combinés. On décrit maintenant un mode de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente une vue partielle d'un compresseur de moteur à turbine à gaz en coupe axiale, la figure 2 est une vue partielle et éclatée d'un étage de redresseur du compresseur de la figure 1, la figure 3 montre en coupe axiale le schéma de fabrication d'un secteur de redresseur conformément à l'invention. Le compresseur 1 du moteur à turbine à gaz est ici un compresseur à haute pression composé d'une pluralité d'étages dont les derniers sont séparés entre eux par des roues de redresseurs fixes. La roue formant redresseur de flux par exemple entre les deux derniers étages mobiles du compresseur est composée de plusieurs secteurs de redresseur 5 montés dans le stator 4 Élu compresseur. Chacun des secteurs de redresseur 5 est constitué d'un secteur d'anneau 6 externe et d'un secteur d'anneau radialement interne 7 entre lesquels s'étendent radialement une pluralité d'aubes fixes 8. Les secteurs de redresseur sont suspendus dans le stator 4 par des moyens d'accrochage ménagés sur les secteurs (l'anneau externe 6. Il s'agit ici de brides amont 21, respectivement aval 22 solidaires du secteur d'anneau externe 6 coopérant avec des rainures usinées dans des cloisons radiales 12 et 13 du stator. Le secteur 7 d'anneau radialement interne du secteur de redresseur 5 supporte un organe d'étanchéité 71. Cet organe est à structure en nid d'abeille par exemple et coopère avec des léchettes ou autres lames radiales transversales solidaires du rotor pour former un joint à labyrinthes. La présente invention porte sur la fabrication d'une pièce telle qu'un secteur de redresseur de compresseur mais ne se limite pas à cette application. La méthode ITWA s'applique également par exemple à la fabrication de distributeurs de turbine. Actuellement une telle pièce est fabriquée par fonderie, forge et usinage ce qui n'est pas compatible avec les délais requis en phase d'évolution de moteur. On réduit le cycle de fabrication en passant par la réalisation de composants élémentaires élaborés par des moyens offrant une grande flexibilité de mise au point. Le secteur de redresseur conforme à la méthode ITWA comprend : La réalisation d'un secteur de virole externe, La réalisation d'un secteur de virole interne, La réalisation des aubages, L'assemblage des éléments ci-dessus pour former un secteur de redresseur. On commence par former un anneau 16 à partir d'une tôle rectangulaire en métal approprié, alliage à base nickel par exemple, que l'on roule et dont on soude les bords d'extrémité. Le soudage des bords de la tôle peut être réalisé par l'un des moyens connus tel que le soudage par faisceau d'électrons ou au moyen d'un faisceau laser ou encore par un procédé de soudage à l'arc. On forme ainsi un anneau 16 de diamètre et de largeur correspondants à celui de l'anneau externe 6 du secteur de redresseur 5 que l'on souhaite obtenir. 35 Sur cet anneau, on construit les brides 16A et 16B par dépôt de métal. Ce dépôt peut être réalisé selon la technique de soudage TIG c'est-à-dire par apport de métal chauffé dans un arc produit par une électrode au tungstène sous atmosphère d'un gaz inerte. Une autre technique d'apport métallique consiste à utiliser une électrode 40 MIG avec un fil continu fusible et de préférence à régime de courant pulsé. Comme cela a été représenté sur la figure 3, on dépose des 'cordons 16B' sur la surface extérieure de l'anneau 16 le long du bord. On empile les cordons 16B' de manière à obtenir le volume requis. On usine ensuite la bride 16B à la forme souhaitée, représentée en traits pointillés sur la figure 3. 45 Une fois les brides 16A et 16B construites, on procède à un traitement thermique de détente des contraintes internes et /ou de précipitation pour restaurer les propriétés mécaniques de la pièce. L'étape suivante consiste à usiner dans cet anneau 16 des ajours 16C correspondants, en dimension et positionnement aux logements des extrémités des aubes à venir. Cet usinage peut être effectué par découpe au faisceau laser ou bien par poinçonnage ou bien par un procédé d'étincelage. Lorsque l'anneau est prêt on le découpe en secteurs 6 aux dimensions des secteurs de redresseur souhaités. L'usinage est réalisé de préférence par découpe EDM fil. Parallèlement, on fabrique les aubes 8 individuellement. On utilise avantageusement une technique de fabrication dans des moules appropriés par un procédé MIM (Metal Injection Molding) ou encore par fusion laser de poudre métallique. Les aubes 8 obtenues comprennent une pale 8A au profil requis pour le redressement du flux d'air entre deux étages mobiles du compresseur. La pale 8A se prolonge par une extrémité 8B du côté destiné à venir dans le logement usiné dans le secteur 6 d'anneau radialement externe du secteur de redresseur. Cette extrémité 8B est conformée en conséquence. Les pales des aubes sont polies de manière à obtenir l'état de surface souhaité. Parallèlement à la fabrication de cette partie on réalise un secteur 7 d'anneau radialement interne. Dans ce but on met en forme une virole 17 au diamètre du secteur 7 que l'on découpe à la dimension du secteur de redresseur souhaité. On obtient la virole par façonnage à froid. On réalise pour la face opposée à celle qui reçoit les aubes un élément 9 en nid d'abeille qui est un constituant comme cela est en soi connu pour former un élément de joint à labyrinthe. Lorsque l'ensemble des constituants du secteur de redresseur est prêt, on peut procéder à leur assemblage : secteur 6 de virole externe, aubes 8, secteur 7 de virole interne et élément 9 de nid d'abeille. Ce dernier est par exemple effectué par brasage au four. Selon cette technique on maintient les pièces ensemble par des moyens provisoires et on dépose une brasure dans la zone de jonction. L'ensemble est déposé dans un four qui est mis à chauffer à la température de fusion de la brasure. La méthode ITWA de fabrication des redresseurs est ainsi réalisée par mise en oeuvre de techniques connues individuellement et offrant l'avantage de pouvoir être adaptées aux modifications dimensionnelles et de forme requises par l'évolution de la pièce au fur et à mesure que le développement progresse. On s'affranchit de la lourdeur des procédés conventionnels de fabrication. Revendications. 1. Procédé de fabrication d'un secteur (5) de redresseur de turbomachine comprenant un secteur d'anneau radialement interne (7), un secteur d'anneau radialement externe (6) et au moins deux aubes (8) disposées radialement entre lesdits secteurs d'anneau (6, 7), ledit secteur d'anneau externe (6) comprenant au moins une bride (6A, 6B) de fixation du secteur de redresseur (5) à la structure de la turbomachine et ledit secteur d'anneau interne (7) comprenant un élément d'étanchéité (7A) fixé sur sa face opposée aux aubes (8), caractérisé par le fait qu'il comprend la fabrication séparée d'un premier anneau externe (16) et d'un deuxième anneau interne (17) de diamètres correspondant à ceux desdits secteurs d'anneau externe (6) et interne (7), la découpe des anneaux en secteurs, la fabrication individuelle des aubes (8) puis leur assemblage pour former ledit secteur de redresseur (5). 2. Procédé selon la revendication précédente, selon lequel la fabrication du premier anneau externe (16) comprend la mise en forme d'une tôle roulée soudée. 3. Procédé selon la revendication précédente comprenant la construction d'une bride (16A, 16B) sur la surface externe dudit premier anneau (16) par dépôt métallique correspondant à ladite bride (6A, 6B)., 4. Procédé selon la revendication précédente, selon lequel la construction de la bride (16A, 16B) est réalisée par soudage MIG avec apport de fil. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4 comprenant l'usinage d'ajours (16C) dans le premier anneau externe (16) agencés pour recevoir l'extrémité (8B) des aubes (8) et permettre leur fixation audit anneau (16). 6. Procédé selon la revendication 1 selon lequel l'anneau interne (17) est réalisé par façonnage à froid. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes selon lequel la découpe 35 des anneaux (16, 17) en secteurs (6, 7) est réalisée par procédé EDM fil. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes selon lequel les aubes (8) sont fabriquées selon la technique � Metal Injectiion Molding �. 40 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 selon lequel les aubes (8) sont fabriquées par fusion laser.30