Brevet FR2959434A1 — publié le 20111104

PROCEDE DE REPARATION D'UN CARTER DE RETENTION DE TURBOMACHINE La présente invention se rapporte au domaine des carters de turbomachine. Elle vise plus particulièrement un procédé de réparation de brides de fixation d'un carter de rétention de turbomachine. La soufflante d'une turbomachine aéronautique se compose essentiellement d'un arbre rotatif qui comporte une pluralité d'aubes. A leur extrémité radiale, les aubes sont entourées circonférentiellement par un carter de rétention. Le carter de rétention a pour fonction de définir la veine d'entrée d'air dans le moteur, mais surtout de retenir d'éventuels corps étrangers, comme de la glace ou encore des fragments d'aubes endommagées, projetés radialement par centrifugation, de façon à éviter qu'ils traversent le carter et atteignent d'autres parties de l'aéronef. De façon générale, le carter de rétention comporte une pluralité de brides externes permettant son montage mais aussi la fixation de supports d'équipements tels que des canalisations, des harnais, etc. Les carters de rétention sont classiquement réalisés en acier. Cependant certains carters de rétention sont réalisés dans un alliage d'aluminium. Dans ce cas, les brides de fixation ont une faible résistance au serrage du fait de la faible limite élastique du matériau. Ainsi, les différents supports d'équipements peuvent se desserrer et occasionner par vibration une usure et/ou à une ovalisation prématurée des orifices des brides de fixation. Il n'existe pas de réel moyen de réparation de telles usures ou déformations. Il a été proposé de réparer les brides en soudant des « patchs », formés par des plaques d'aluminium, sur le carter en remplacement des brides usagées. Cependant, de nombreuses difficultés ont été rencontrées lors du soudage de l'aluminium, ou des alliages d'aluminium, notamment à cause de leur propriété de diffusivité thermique, de leur coefficient de dilatation élevé et de leur très faible solubilité des gaz à l'état solide. Lors du soudage, toutes ces caractéristiques intrinsèques aux alliages d'aluminium engendrent des difficultés de réalisation telles que la fissuration à chaud, la formation de soufflures, etc. Il a été également proposé de réparer les brides d'un carter de rétention au moyen d'un procédé de soudage à l'arc TIG (pour Tungsten Inert Gaz en langue anglaise). Mais l'aluminium étant un matériau difficilement soudable et comportant une haute conductivité thermique, la réparation des brides de fixation du carter par soudage TIG affecte thermiquement de façon trop sévère les zones alentours et notamment la peau du carter, ce qui entraîne une diminution importante des caractéristiques mécaniques des zones affectées. Par conséquent, ce procédé de réparation n'est pas acceptable et présente de nombreux inconvénients car il fragilise le carter de rétention qui voit sa capacité de rétention d'objets projetés diminuée de fait de cette diminution des caractéristiques mécaniques de la peau du carter. Dans ce contexte, l'invention vise à résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus en proposant un procédé de réparation d'un carter de rétention de turbomachine permettant une remise à neuf des brides de carter de rétention tout en garantissant une liaison métallurgique optimale entre la partie réparée et le carter de rétention, ceci sans modification de la capacité de rétention du carter. A cette fin, l'invention propose un procédé de réparation d'un carter de rétention de turbomachine comportant au moins une bride de fixation à réparer, ledit procédé comportant successivement : - une étape d'arasage de la bride de fixation à réparer : - une étape de reconstruction de ladite bride de fixation par rechargement de métal d'apport sur la surface de la partie restante de ladite bride, sous la forme de cordons de métal, au moyen d'un appareillage de soudage MIG comportant un générateur de courant pulsé et présentant un débit de fil d'apport pulsé ; - une étape d'usinage dudit métal rechargé de façon à réaliser une géométrie finale de ladite bride de fixation. Grâce à l'invention, le carter de rétention d'un rotor de turbomachine est réparé de façon simple et rapide au moyen d'un procédé de reconstruction de matière par soudage MIG (pour « Metal Inert Gaz » en langue anglaise) reconstruisant une bride à partir de la surface arasée de la bride du carter. Préférentiellement, le procédé MIG utilisé est un perfectionnement appelé CMT (« Cold Metal Transfert » en langue anglaise) qui est décrit dans la demande de brevet FR0802986. Ce procédé particulier permet de déposer des volumes de matière importants tout en minimisant la zone d'affectation thermique de la pièce et donc sa fragilisation. Ce procédé permet ainsi d'apporter une réelle solution de réparation des carters de rétention de turbomachine en garantissant leur capacité de rétention après réparation de façon durable. En effet, l'utilisation du procédé de reconstruction de matière par soudage MIG permet de réduire par trois la taille de la zone affectée thermiquement par rapport à un procédé de soudage classique, ce qui permet ainsi d'effectuer une reconstruction d'une bride de carter de rétention sans dégrader la résistance de la peau du carter et sans affecter les épaisseurs de peau qui sont certifiées lors de la conception du carter pour la rétention. Ce procédé permet également de s'affranchir des coûts de remplacement d'un tel carter de rétention. Le procédé de réparation d'un carter de rétention de turbomachine selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - ladite étape de reconstruction est précédée par une étape de préparation de la surface de ladite partie restante ; - ladite étape de préparation consiste en un usinage mécanique et/ou en un nettoyage chimique ; - le procédé comporte une étape de traitement thermique de relaxation des contraintes ; - ladite étape de traitement thermique est réalisée localement sur la partie de la bride reconstruite par ladite étape de reconstruction ; - ladite étape de reconstruction comporte une sous-étape d'évacuation de la chaleur via un outillage de refroidissement ; - le procédé comporte une étape de contrôle visuel ; - le procédé comporte une étape de contrôle non destructif de la bride reconstruite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique d'une turbomachine aéronautique - la figure 2 est une vue partielle en coupe d'un carter de rétention de turbomachine nécessitant une réparation ; - la figure 3 est un schéma synoptique présentant les principales étapes d'un exemple de procédé de réparation d'un carter de rétention de turbomachine selon l'invention ; - la figure 4 est une vue partielle en coupe d'un carter de rétention de turbomachine lors de la première étape du procédé illustré en figure 3 - la figure 5 est une vue partielle en coupe d'un carter de rétention de turbomachine lors de la troisième étape du procédé illustré en figure 3 - la figure 6 est une vue partielle en coupe d'un carter de rétention de rotor de turbomachine lors de la quatrième étape du procédé illustré en figure 3. Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence sauf précision contraire. La figure 1 est une vue très schématique d'une turbomachine aéronautique comportant de l'amont vers l'aval, dans le sens de l'écoulement du flux gazeux, une soufflante 1 disposée en entrée de la turbomachine 100, un compresseur 2, une chambre de combustion 3, une turbine haute-pression 4 et une turbine basse pression 5. La soufflante 1 se compose d'un arbre rotatif 7 sur lequel est montée une pluralité d'aubes 6. Les aubes 6 sont régulièrement réparties autour de l'arbre 7 et s'étendent radialement. En fonctionnement, les aubes 6 sont animées d'un mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal XX' de la turbomachine 100. La turbomachine 100 comporte un carter de rétention 300 entourant circonférentiellement la soufflante 1, le carter de rétention 300 étant apte à retenir d'éventuels corps étrangers projetés radialement par centrifugation lors de la rotation des aubes 6. En effet, lors du fonctionnement de la turbomachine 100, des corps étrangers à la turbomachine 100, comme par exemple de la glace, peuvent être ingérés par la soufflante 1 puis projetés radialement sous l'effet de la force centrifuge de rotation. Le carter de rétention 300 est illustré plus précisément à la figure 2. La surface interne 320 du carter de rétention 300 définit la veine d'entrée d'air 310 de la turbomachine 100. Le carter de rétention 300 comporte à ses extrémités des brides externes 340 permettant son montage et sa liaison avec d'autres éléments de la turbomachine 100. Le carter 300 comporte une pluralité de ces brides externes 340 réparties circonférentiellement sur le pourtour du carter 300. Entre les brides extrêmes 340 situées aux extrémités du carter 300, le carter 300 présente une épaisseur variable avec une partie centrale de plus forte épaisseur que les parties extrêmes. L'épaisseur de peau du carter 300 conditionne sa capacité de rétention. Classiquement, le carter de rétention est réalisé dans un alliage d'aluminium, par exemple de type 6061. Le carter de rétention 300 comporte également une pluralité de brides externes intermédiaires 330 situées entre des brides 340 d'extrémités. Les brides intermédiaires 330 sont également réparties sur le pourtour périphérique du carter 300, généralement de façon sensiblement radiale, et permettent la fixation de divers équipements ou supports d'équipements tels que des canalisations, des harnais, etc. Au cours de la vie de la turbomachine, il peut arriver que les différents supports d'équipements se desserrent légèrement et conduisent à une usure et/ou à une ovalisation prématurée des orifices de fixation 332 des brides intermédiaires 330. Lorsque la zone endommagée est trop importante, les brides 330 n'assurent plus leur fonction et il est alors nécessaire de les réparer. Dans la présente description, la bride intermédiaire 330 sera indifféremment nommée bride ou encore bride de fixation. A cet effet, la figure 3 illustre un schéma synoptique présentant les principales étapes du procédé selon l'invention permettant la réparation du carter de rétention 300 et plus particulièrement des brides intermédiaires 330. La première étape 210 du procédé 200 est une étape d'arasage d'une partie plus au moins partielle de la bride intermédiaire 330 usagée, la partie arasée étant principalement déterminée fonction de l'état d'usure de la bride 330 et de la zone de propagation de l'usure. Cette étape est particulièrement illustrée à la figure 4 sur laquelle la section d'arasage est illustrée, à titre d'exemple, par la ligne horizontale 334 séparant la bride 330 en une partie supérieure 330a et une partie inférieure 330b, la partie supérieure 330a de la bride 330 usée étant usinée lors de cette première étape. La hauteur limite d'arasage est définie de sorte que la hauteur minimale H, de la partie inférieure de la bride 330b, reste suffisamment importante pour que la zone affectée thermiquement par la réparation n'atteigne pas un rayon de raccordement 336 entre la partie inférieure 330b de la bride 300 et la partie 340 du carter définissant la peau et la veine d'entrée d'air 310. Grâce au procédé selon l'invention, cette hauteur minimale peut être réduite à une valeur proche de 4mm, ce qui signifie qu'une réparation est possible dès lors que la zone endommagée de la bride ne se propage pas dans cette zone minimale. La deuxième étape 220 du procédé 200 est une étape de préparation de la surface 338 de la partie restante de la bride 330. Cette étape de préparation de la surface consiste par exemple en un usinage mécanique, et/ou en un nettoyage chimique, par exemple par alcool, etc. La troisième étape 230 du procédé 200 selon l'invention est une étape de reconstruction de la partie supérieure 330a de la bride 330 par un rechargement massif de matière (ou de métal d'apport), au moyen d'un procédé de soudage par arc du type MIG (pour « Metal Inert Gaz ») à courant pulsé et à débit de fil d'apport pulsé. Cette troisième étape 230 du procédé de réparation 200 est représentée plus particulièrement à la figure 5. En effet, la figure 5 illustre une vue en coupe de la bride 330 après l'étape de rechargement de matière. Le rechargement de matière est réalisé par superposition de cordons de matière métallique 342 (ou de métal d'apport), de sections importantes, sur la surface 338 de la partie inférieure 330b de la bride 330. Le nombre de passes, c'est-à-dire le nombre de cordons de matière 342 à appliquer, est déterminé en fonction de la hauteur de matière désirée ainsi que de la largeur des cordons définis. Le procédé de soudage MIG permet de construire ou de reconstruire des parties de pièces grâce à un taux de dépôt important sous la forme de cordons de sections importantes. La longueur et la largeur des cordons du rechargement sont définies par l'opérateur en fonction du débit du fil. Selon un mode avantageux de l'invention, le cordon de métal d'apport a une largeur comprise sensiblement entre quelques dixièmes de millimètres et quelques millimètres. La largeur du cordon de métal d'apport est déterminée par l'opérateur et correspond à un compromis entre un faible apport énergétique, limitant la zone affectée thermiquement de la pièce, et une rapidité de réalisation. La zone affectée thermiquement est illustrée à titre d'exemple par la zone grisée ZAT sous la partie massive 344 de matière rechargée à la figure 5. Dans cette zone, dite zone affectée thermiquement, les caractéristiques mécaniques sont réduites. Il est donc important que cette zone soit la plus restreinte possible et n'affecte pas la partie 340 du carter 300 et notamment l'épaisseur de la peau du carter afin d'éviter toute diminution de la capacité de rétention du carter qui est sa fonction primaire. Le choix du métal d'apport est déterminé en fonction de la nature de l'alliage d'aluminium du carter de sorte que la nuance du métal d'apport soit compatible avec l'alliage du carter 300. On obtient la compatibilité d'une nuance de métal d'apport compatible avec un alliage dès lors que la nuance respecte au moins l'une des exigences suivantes : exigence de compacité, exigence de tenue mécanique. Avantageusement, la nuance du métal d'apport est choisie dès lors qu'elle remplit ces deux exigences. A titre d'exemple, pour réaliser une réparation par rechargement de matière sur une bride de fixation d'un carter de rétention réalisé dans un alliage d'aluminium de nuance 6061, les nuances d'aluminium 5356 et 4043 peuvent être utilisées comme métal d'apport. De façon préférentielle, la partie inférieure 330b de la bride 300 est placée dans un outillage de refroidissement (non représenté) lors de l'étape de reconstruction 230. L'outillage de refroidissement permet de dissiper l'énergie apportée par le procédé MIG de façon à limiter au maximum le rayonnement de la zone affectée thermiquement (ZAT) vers le rayon de raccordement 336 et ainsi garantir la plus faible zone affectée thermiquement. L'outillage de refroidissement est réalisé préférentiellement en cuivre ou dans un alliage à base de cuivre et d'aluminium. L'étape de reconstruction 230 permet ainsi de recharger la bride de fixation 330 usagée avec une continuité métallurgique au moyen d'un procédé par fusion tout en minimisant les dégradations mécaniques des zones voisines au rechargement par une très faible zone affectée thermiquement. La quatrième étape 240 du procédé de réparation 200 est une étape d'usinage de la zone rechargée. Cette étape 240 est illustrée à la figure 6. Cette étape 240 permet d'usiner la partie massive 344 de matière rechargée, illustrée en pointillés sur la figure 6, de façon à lui donner la géométrie finale de la bride de fixation 330, avec son orifice traversant 332. L'usinage de la partie massive 344 permet ainsi de garantir un état de surface et une santé matière satisfaisante de la bride de fixation 330. La cinquième étape 250 du procédé de réparation 200 est une étape de traitement thermique de détensionnement, ou de relaxation, de la bride 330 permettant de relaxer les contraintes résiduelles. Le traitement thermique de détentionnement est préférentiellement réalisé localement au niveau de la matière rechargée afin de ne pas traiter thermiquement les zones non affectées par la réparation. En association avec ces principales étapes de réalisation, le procédé selon l'invention peut également comporter des étapes de contrôle visuel, de contrôle non destructif de la bride rechargée permettant de s'assurer de la conformité géométrique et métallurgique de l'ensemble obtenu. A titre d'exemple les contrôles non destructifs peuvent être réalisés par un procédé par rayon X, par ressuage. A titre d'exemple, grâce au procédé selon l'invention, pour un rechargement de matière d'une hauteur de l'ordre de 15 mm, la zone affectée thermiquement est inférieure à 4 mm. Ainsi, il est possible avec le procédé selon l'invention d'effectuer une réparation de bride de fixation dès lors que la partie saine de la bride a une hauteur d'au moins 4 mm par rapport au rayon de courbure entre la bride et la peau du carter. Le procédé selon l'invention a été décrit principalement pour la réparation d'une bride de fixation d'un carter de rétention à base aluminium ; toutefois, le procédé selon l'invention est également applicable pour la réparation de carter de rétention à base nickel ou encore à base acier. L'utilisation d'un procédé de soudage de type MIG avec apport de fil pulsé permet de construire par rechargement, une partie de pièce ayant des caractéristiques structurelles et mécaniques du niveau d'un matériau coulé ou intermédiaires entre le coulage et le forgeage.. En effet, la liaison soudée obtenue par le procédé MIG comporte les mêmes caractéristiques mécaniques que le matériau corroyé.20 REVENDICATIONS1. Procédé de réparation (200) d'un carter de rétention (300) de turbomachine (100) comportant au moins une bride de fixation (330) à réparer, ledit procédé (200) comportant successivement : - une étape (210) d'arasage de la bride de fixation (330) à réparer : - une étape (230) de reconstruction de ladite bride de fixation (330) par rechargement de métal d'apport sur la surface (338) de la partie restante (330b) de ladite bride (330), sous la forme de cordons de métal, au moyen d'un appareillage de soudage MIG comportant un générateur de courant pulsé et présentant un débit de fil d'apport pulsé ; - une étape (240) d'usinage dudit métal rechargé de façon à réaliser une géométrie finale de ladite bride de fixation (330). 2. Procédé de réparation (200) d'un carter de rétention (300) de turbomachine (100) selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite étape (230) de reconstruction est précédée par une étape de préparation (220) de la surface (338) de ladite partie restante (330b). 3. Procédé de réparation (200) d'un carter de rétention (300) de turbomachine (100) selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite étape de préparation (220) consiste en un usinage mécanique et/ou en un nettoyage chimique. 4. Procédé de réparation (200) d'un carter de rétention (300) de turbomachine (100) selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte une étape (250) de traitement thermique de relaxationdes contraintes. 5. Procédé de réparation (200) d'un carter de rétention (300) de turbomachine (100) selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite étape (250) de traitement thermique est réalisée localement sur la partie de la bride (330) reconstruite par ladite étape (230) de reconstruction. 6. Procédé de réparation (200) d'un carter de rétention (300) de turbomachine (100) selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ladite étape de reconstruction (230) comporte une sous-étape d'évacuation de la chaleur via un outillage de refroidissement. 7. Procédé de réparation (200) d'un carter de rétention (300) de turbomachine (100) selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de contrôle visuel. 8. Procédé de réparation (200) d'un carter de rétention (300) de turbomachine (100) selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de contrôle non destructif de la bride reconstruite (330). 1225