Brevet FR2946555A1 — publié le 20101217

- 1 - "Procédé de réduction de diamètre" La présente invention se rapporte à un procédé de réduction de diamètre d'un orifice. Le perçage d'orifices, en particulier par usinage, présente des problèmes de tolérance particuliers. Alors qu'un diamètre insuffisant peut être corrigé en ré-usinant la pièce, il n'est pas possible de récupérer du matériau perdu lorsque l'orifice atteint un diamètre excessif. Pour cette raison, des telles pièces sont normalement irrécupérables et vont au rebut, avec un coût conséquent. Un premier objet de la présente demande est donc de fournir un procédé de réduction de diamètre d'un orifice, permettant de récupérer des pièces dans lesquelles le diamètre d'au moins un orifice dépasse les tolérances requises. Le procédé de l'invention comporte une étape de matage d'un pourtour de l'orifice. En matant un pourtour de l'orifice, une partie du matériau du pourtour est repoussé vers l'intérieur de l'orifice, réduisant son diamètre. Avantageusement, ledit matage peut être effectué avec un outil centré sur l'orifice. De cette manière il est possible d'obtenir une réduction de diamètre régulière sur tout le périmètre de l'orifice, maintenant ainsi la forme initiale de l'orifice. Avantageusement, une extrémité de contact dudit outil peut comporter une bille sensiblement sphérique. L'utilisation d'une telle bille pour le matage permet une réduction sensible du diamètre de - 2 - l'orifice avec un impact minimal sur la surface contactant la bille dans le pourtour de l'orifice. L'extrémité de contact dudit outil peut toutefois présenter d'autres formes, telles que, par exemple, une forme sensiblement tronconique. Avantageusement, ledit pourtour de l'orifice peut être métallique. Un matériau métallique présente une certaine malléabilité permettant, dans certaines limites, la déformation plastique du pourtour. Plus particulièrement, ledit pourtour de l'orifice peut être en alliage réfractaire, tel que, par exemple un alliage à base de nickel, comme l'Inconel� 718 ou l'Hastelloy � X, un alliage à base de cobalt, comme le MAR M 509, ou un alliage à base de nickel-fer. Des tels alliages réfractaires présentent un coût élevé et des difficultés d'usinage. Le taux normal de rebut est donc élevé, tout comme les coûts en résultant. L'application du procédé de l'invention à des pièces en alliage réfractaire ne devient donc que plus intéressante. Le problème des tolérances limitées dans le diamètre d'orifices se présente particulièrement dans des pièces comportant une pluralité d'orifices de passage de fluide gazeux. Des telles pièces sont normalement tenues de présenter une perméabilité prédéterminée audit fluide gazeux. Tandis qu'une perméabilité trop réduite peut être corrigée en élargissant les orifices de passage, une perméabilité trop élevée n'est pas facilement corrigeable et entraîne normalement le rebut des pièces. Un deuxième objet de la présente demande est donc de fournir un procédé de correction de la - 3 - perméabilité d'une pièce comportant une pluralité d'orifices de passage de fluide gazeux. Un procédé de correction de perméabilité suivant l'invention comporte les étapes d'identification d'au moins un orifice dont un diamètre excède une limite supérieure prédéterminée, et de réduction de ce diamètre par le procédé de réduction de diamètre susmentionné. Avantageusement, ledit procédé de correction peut en outre comporter une étape préalable de contrôle de la perméabilité de la pièce. Ainsi, la perméabilité n'est corrigée qu'au delà d'un seuil maximum prédéterminé. Lesdits orifices peuvent être des orifices de refroidissement. Des tels orifices présentent généralement des diamètres réduits, mais présentant des tolérances de fabrication limitées. En outre, afin de maintenir un certain profil de température, ils sont distribués sur la pièce avec des contraintes de position très strictes. Il n'est donc normalement pas possible de corriger une perméabilité excessive d'une telle pièce en rebouchant simplement certains des trous de refroidissement. Un autre objet de la présente invention est de limiter le rebut et les coûts de production de turbines à gaz, incluant turboréacteurs, turbopropulseurs, turbomoteurs, etc. Ladite pièce peut être une pièce de section chaude et/ou chambre de combustion, par exemple un bol de chambre de combustion ou un fond de chambre de combustion. Des détails concernant l'invention sont décrits ci-après faisant référence aux dessins. - 4 - La figure 1 montre une vue schématique d'un orifice avant d'y appliquer un procédé de réduction de diamètre suivant un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 montre une vue schématique de l'étape de matage du pourtour de l'orifice de la figure 1 dans le procédé de réduction de diamètre suivant un mode de réalisation de l'invention, la figure 3 montre une vue schématique de l'orifice de la figure 1 après y avoir appliqué le procédé de réduction de diamètre suivant un mode de réalisation de l'invention, la figure 4a montre une vue d'un outil de matage pour le procédé de réduction de diamètre suivant un mode de réalisation de l'invention, la figure 4b montre une vue d'un outil de matage alternatif pour le procédé de réduction de diamètre suivant un mode de réalisation de l'invention, et la figure 5 montre une vue de coupe d'une chambre de combustion de turbine à gaz présentant deux orifices de refroidissement pouvant être traités par le procédé de réduction de diamètre suivant un mode de réalisation de l'invention. Dans la figure 1, une paroi 1 illustrée présente un orifice 2 dont le diamètre réel Dr est supérieur, jusqu'à 10%, à un diamètre maximum désiré Dmax. Dans un mode de réalisation, illustré sur la figure 2, du procédé de réduction de diamètre suivant l'invention, le pourtour 3 de l'orifice 2 est maté avec un outil 6 comportant, sur une extrémité de contact 7, une bille 4 au diamètre sensiblement - 5 - supérieur, par exemple entre 5 et 10 fois supérieur, au diamètre Dr de l'orifice 1. Cet outil 6 est illustré sur la figure 4a. Pendant le matage illustré sur la figure 2, la bille 4 est centrée sur l'axe A de l'orifice 2. Pour éviter une déformation en flexion de la paroi 1, celle-ci est appuyée sur un support 5. Ainsi, la pression de la bille 4 provoque une déformation plastique du pourtour 3 d'entrée de l'orifice 2 faisant fluer le matériau vers l'intérieur de l'orifice 2. Il se forme ainsi un bourrelet vers l'intérieur. Quand le matage est terminé, comme illustré sur la figure 3, le diamètre de l'orifice 2 au niveau de son pourtour d'entrée a diminué et se retrouve en dessous du diamètre maximum désiré Dmax. En même temps, les qualités mécaniques et thermiques de la paroi 1 sont faiblement affectées, de telle manière qu'il est possible d'utiliser la paroi 1 de la manière pour laquelle elle est conçue. Bien que dans l'étape de matage illustrée sur la figure 2 l'outil de matage 6 soit terminé par une bille 4 sphérique ou sensiblement sphérique, d'autres formes peuvent être utilisées. Par exemple, l'outil 6 pourrait être terminé par une extrémité de contact 7 tronconique, comme illustré sur la figure 4b. De préférence, l'angle de conicité a serait supérieur à 120°. Plus particulièrement, il serait supérieur à 150°. Bien que dans le mode de réalisation illustré, l'outil 6 soit aligné avec l'axe de l'orifice 2, le procédé de l'invention peut être aussi appliqué sur des orifices présentant un angle avec la - 6 - pression de matage. Cet angle peut être, par exemple, de 30°, ou moins de 30°, de préférence moins de 20°. Le procédé de l'invention est particulièrement utile pour corriger un excès de perméabilité sur des pièces présentant des orifices pour le refroidissement par passage d'un fluide gazeux, tel que l'air. En particulier, le procédé de l'invention peut être utile pour corriger un excès de perméabilité sur des pièces de section chaude d'une turbine de gaz, comme par exemple un bol, un film ou un fond de chambre de combustion. La figure 5 illustre un détail d'une chambre de combustion 8 dans une telle section chaude de turbine de gaz. Cette chambre de combustion 8 comporte un bol 9 et un film 10, présentant des orifices 2 de refroidissement. Des telles pièces de section chaude de turbine de gaz sont généralement produites en alliage réfractaire, tel que l'Inconel� 718, l'Hastelloy� X, ou le MAR M 509. Les orifices 2 sont percés par des techniques d'usinage connues, tel que l'usinage laser. Il est donc normalement difficile de corriger une perméabilité excessive après usinage. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre pour corriger un excès de perméabilité de ces pièces en réduisant le diamètre de certains de ses orifices 2 de refroidissement. Pour cela, dans une première étape, la perméabilité de la pièce 8 ou 9 est contrôlée. Si elle dépasse un seuil maximum, les orifices 2 sont mesurés individuellement pour identifier lesquels dépassent un diamètre maximum Dmax. Ensuite, ces derniers orifices 2 sont traités suivant le procédé de réduction de diamètre décrit ci-dessus, afin de réduire la - 7 - perméabilité de la pièce et rentrer dans l'intervalle de tolérance. Les alliages réfractaires utilisés dans des telles pièces présentent aussi une dureté élevée. Des forces de matage élevées seront donc normalement requises. La table 1, ci-dessous, reproduit des exemples de matage de tels orifices dans des parois d'alliage réfractaire : 0 Avant 0 Après Reduction Force [Kp] 0,9 0,83 0,07 500 0,9 0,82 0,08 300 0,9 0,86 0,04 200 1,14 1,04 0,1 500 1,13 1,03 0,1 450 1,15 1,07 0,08 400 1,14 1,09 0,05 300 1,14 1,11 0,03 200 1,12 1,09 0,03 150 1,2 1,13 0,07 450 1,19 1,1 0,09 400 1,2 1,15 0,05 300 1,18 1,12 0,06 200 1,19 1,18 0,01 150 1,39 1,26 0,13 650 1,41 1,31 0,1 600 1,42 1,35 0,07 500 1,42 1,38 0,04 400 1,43 1,39 0,04 300 1,43 1,4 0,03 250 Table 1 : Exemples de matage Grâce au procédé suivant l'invention, il est donc possible de récupérer des pièces qui seraient autrement destinées au rebut. Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de - 8 - l'invention telle que définie par les revendications. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif. REVENDICATIONS1.Procédé de réduction de diamètre d'un orifice (2), caractérisé par le fait qu'il comporte une étape de matage d'un pourtour (3) de l'orifice (2). 2.Procédé suivant la revendication 1, dans lequel ledit matage est effectué avec un outil (6) centré sur l'orifice (2). 3. Procédé suivant la revendication 2, dans lequel une extrémité de contact (7) dudit outil (6) comporte une bille (4), sphérique ou sensiblement sphérique. 4.Procédé suivant la revendication 2, dans lequel une extrémité de contact (7) dudit outil 15 présente une forme tronconique. 5.Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit pourtour (3) de l'orifice (2) est métallique. 6.Procédé suivant la revendication 4, dans 20 lequel ledit pourtour (3) de l'orifice (2) est en alliage réfractaire. 7.Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre de l'orifice (2) est compris entre 0,5 et 3 mm. 25 8.Procédé de correction de la perméabilité d'une pièce (9,10) comportant une pluralité d'orifices (2) de passage de fluide gazeux, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes : - identification d'au moins un orifice (2) dont un diamètre (Dr) excède une limite supérieure (Dmax) prédéterminée ; - réduction dudit diamètre excessif (Dr) par un procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 7. 9.Procédé suivant la revendication 8, comportant une étape préalable de contrôle de la perméabilité de la pièce (9,10). 10.Procédé suivant l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel lesdits orifices (2) sont des orifices de refroidissement. 11.Procédé suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel ladite pièce (9,10) fait partie d'une section chaude de turbine à gaz. 12.Procédé suivant la revendication 8 à 11, dans lequel ladite pièce (9,10) fait partie d'une chambre de combustion (8).