Brevet FR2978076A1 — publié le 20130125

La présente invention concerne un procédé d'assemblage de coques en métal. Certaines pièces sont réalisées en alliage de titane à cause des propriétés particulières de ces alliages, en particulier de tenue mécanique, de tenue en température, et de tenue à la corrosion pour une densité moindre que celle d'un acier ou que celle d'un autre alliage comme ceux à base de Nickel ou à base de Cobalt. C'est notamment le cas de pièces aéronautiques, par exemple de pièces de turbomachines telles que des carters de compresseur haute 10 pression. Dans ce cas la pièce en titane est une coque. Dans la description qui suit, on entend par coque une pièce dont une des trois dimensions (son épaisseur) dans l'espace est faible (au moins cinq fois plus faible) par rapport aux deux autres dimensions (sa longueur et sa largeur) perpendiculaires à cette épaisseur. Une coque englobe ainsi 15 une plaque, un tube, une virole, un carter. Le terme titane est utilisé ci-après pour signifier un alliage où le titane est l'élément majoritaire. Une telle pièce en titane doit être capable de résister au feu titane, c'est-à-dire une inflammation catastrophique du titane en cas d'élévation 20 brutale de température. Diverses solutions sont actuellement employées afin d'empêcher une telle inflammation du titane d'une pièce qui est utilisée dans un environnement haute température. Ces solutions consistent toutes à fixer sur la pièce en titane une pièce en un autre alliage (c'est-à-dire un alliage 25 autre qu'un alliage en titane), cette pièce en un autre alliage étant destinée à être exposée aux températures plus élevées et formant écran entre ces températures élevées et la pièce en titane. Une solution consiste à fixer à l'aide de douilles une coque en un autre alliage (acier, superalliage base nickel ou cobalt, ou autre alliage) 30 sur la surface de la pièce en titane qui est exposée aux températures les plus élevées. Une autre solution consiste à effectuer un colaminage à chaud d'une ébauche en un autre alliage sur l'ébauche en titane. Encore une autre solution consiste à plaquer une coque en un autre 35 alliage sur la coque en titane, par plaquage hydraulique ou par plaquage par explosion. Toutes ces solutions présentes cependant des inconvénients. D'une part il est difficile de maîtriser la position exacte de l'interface entre la pièce en titane et la pièce en un autre alliage. De plus, selon les tolérances de mise en oeuvre, des tolérances d'usinage et des stratégies d'usinage, l'épaisseur d'une ou de l'autre partie n'est pas toujours optimisée. Par exemple, il est souvent impossible que cette interface suive la forme définitive tout au long de la pièce au plus près des côtes lorsque la géométrie de la pièce en titane est en trois dimensions. Il est en outre impossible de maîtriser le ratio d'épaisseur entre les deux matériaux (aux tolérances près). De plus, lorsque l'un des procédés ci-dessus est utilisé, la résistance au cisaillement ou au décollement entre la pièce en titane et la pièce en un autre alliage est assez faible. Cette résistance au cisaillement est d'autant plus faible que la différence entre les coefficients de dilatation du titane et de l'autre alliage est importante. Chacun des procédés ci-dessus sont d'un coût élevé du fait de la complexité et du nombre d'étapes dans le procédé, et de la nécessité d'usiner l'ensemble formé de la pièce en titane et de la pièce en un autre alliage après leur assemblage de façon à mettre cet ensemble aux côtes finales. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention vise à proposer un procédé d'assemblage de coques en métal qui permette d'assembler une coque en titane et une coque en un alliage résistant au feu titane de façon efficace et à moindre coût. Ce but est atteint grâce au fait que ce procédé comporte les étapes suivantes : (a) On fournit une première coque (10) en un premier alliage dans une forme proche de sa forme définitive, cette première coque (10) présentant une première face (11) et une deuxième face (12) opposée à ladite première face (11), (b) On dépose par projection à froid à vitesse supersonique une poudre d'un deuxième alliage sur ladite première face (11) de façon à former sur cette première coque (10) une deuxième coque (20) de ce deuxième alliage qui est solidaire de ladite première coque (10), l'un de ces deux alliages étant un alliage de titane, et l'autre de ces deux alliages étant un alliage résistant au feu titane. Grâce à ces dispositions, l'ensemble constitué des deux coques en métal assemblées selon le procédé de l'invention, tout en étant résistant au feu titane, présente une meilleure précision dimensionnelle car la température de la première coque est restée inférieure à la température à laquelle le procédé de projection à froid à vitesse supersonique (« coldspray ») a été effectué, et la première coque s'est donc peu déformée. Ainsi, moins d'usinage ultérieur et en particulier moins d'usinage de l'alliage de titane est nécessaire par rapport aux procédés selon l'art antérieur, et par conséquent le coût de fabrication est moindre. De plus, cet ensemble présente une meilleure résistance au cisaillement car du fait du dépôt par cold-spray, l'alliage projeté par coldspray se répartit mieux dans tous les interstices de la première coque et épouse mieux sa forme. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1A est une vue en perspective d'une première coque avant dépôt d'une deuxième coque par le procédé selon l'invention, la figure 1B est une vue en perspective d'une première coque et d'une deuxième coque après assemblage par le procédé selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe de la première coque et de la deuxième coque selon le plan II-II de la figure 1B, la figure 3 est une vue en perspective d'une première coque avant dépôt d'une deuxième coque par une variante du procédé selon l'invention. Dans le procédé selon l'invention, on fournit une première coque 10 en un premier alliage, et on dépose par la technique de la projection à froid à vitesse supersonique sur cette première coque 10 un deuxième alliage de façon à former sur cette première coque 10 une deuxième coque 20 qui est solidaire de cette première coque 10. Cette technique de dépôt est communément appelée « cold-spray » et il y sera fait référence ci-dessous par les termes « dépôt par coldspray ». La technique de dépôt par cold-spray consiste à injecter une poudre dans un flux de gaz de vitesse supersonique projeté par une buse 40 et dirigé sur la surface de la pièce à revêtir. Ainsi, la poudre est projetée sur la surface de la pièce. Ce gaz est idéalement un gaz inerte tel que de l'argon (Ar) ou de l'hélium (He) pour éviter l'oxydation des particules de poudre, ou un gaz actif tel que de l'azote N2. La température du gaz est suffisamment basse (par exemple entre 200°C et 700°C, voire à une température pouvant descendre jusqu'à 20°C) pour empêcher la fusion des particules de poudre pendant leur temps de séjour dans le flux gazeux. Les particules impactent donc la surface de la pièce sous forme de poudre solide, ce qui évite l'oxydation des particules et l'apparition de gaz inclus. On décrit ci-dessous un premier mode de réalisation de l'invention. Selon ce premier mode, on fournit une première coque 10 en un alliage résistant au feu titane. Cet alliage est par exemple un acier, ou un alliage de type INCO 909 ou INCO 783. Cette première coque 10 est obtenue par exemple par forgeage d'un lopin ou par emboutissage d'une tôle. Eventuellement, la coque ainsi formée subit ensuite un usinage pour être transformée en cette première coque 10, de façon que cette première coque 10 soit dans une forme proche de sa forme définitive. On entend par coque une pièce dont une des trois dimensions (son épaisseur) dans l'espace est faible (au moins cinq fois plus faible) par rapport aux deux autres dimensions (sa longueur et sa largeur) perpendiculaires à cette épaisseur. Ainsi, comme représenté en figure 1, la première coque 10 présente une surface médiane dans l'espace en trois dimensions. La première coque 10 présente une première face 11 et une deuxième face 12 opposée à cette première face 11 de telle sorte que ces deux faces sont situées de part et d'autre de cette surface médiane. La longueur et la largeur de la première coque 10 sont mesurées le long de cette surface médiane. L'épaisseur de la première coque 10 en un point M de cette coque est mesurée selon une direction perpendiculaire à cette surface médiane passant par ce point M, et est égale à la distance entre la première face 11 et la deuxième face 12. Le terme titane est utilisé ci-après pour signifier un alliage où le titane est l'élément majoritaire, ainsi les termes « titane » ou « alliage de titane » désignent à la fois du titane quasi-pur ou un alliage de titane. Ce titane est par exemple du TA6V ou du Ti 6242. Selon le premier mode de l'invention, on dépose par cold-spray du titane sur la première coque 10, de façon à former sur cette première coque 10 une deuxième coque 20 qui présente une première face 21 et une deuxième face 22 opposée à cette première face 21, et dont la première face 21 épouse la deuxième face 12 de la première coque 10. La deuxième coque (20) est ainsi solidarisée avec la première coque (10). Cette solidarisation fait que les deux coques forment alors un ensemble monobloc. La solidarisation entre les deux coques résulte d'une liaison mécanique par accrochages de micro-aspérités présentes sur la première face 21 de la deuxième coque 20 et sur la deuxième face 12 de la première coque 10. Le début du dépôt du titane sur la première coque 10 est illustré sur la figure 1A. La figure 1B montre la deuxième coque 20 entièrement déposée sur la première coque 1A à l'issue du procédé selon l'invention. Avantageusement, l'épaisseur de la coque déposée par cold-spray peut être ajustée localement en insistant ou en minimisant le nombre de passes de dépôt de poudre (chaque passe de la buse 40 déposant une certaine quantité de poudre). Grâce au dépôt par cold-spray de la deuxième coque 20, la deuxième coque 20 épouse parfaitement la deuxième face 12 de la première coque 10, même dans les zones de cette deuxième face 12 qui présentent des usinages (tel que des perçages), ou dont le rayon de courbure est faible (c'est-à-dire inférieur à l'épaisseur de cette première coque 10). Le dépôt par cold-spray présente en outre l'avantage de créer une bonne adhésion entre le titane et l'alliage résistant au feu titane. Ainsi, on obtient une bonne résistance au cisaillement à l'interface entre la première coque 10 et la deuxième coque 20. Avantageusement, en utilisation, l'écart Aa entre le coefficient de dilatation de l'alliage de titane et le coefficient de dilatation de l'alliage résistant au feu titane est inférieur à 310-6/°C. Ainsi, pour une variation de température extérieure d'une amplitude donnée, les contraintes générées à l'interface entre ces deux coques sont moins élevées. En conséquence, la résistance au cisaillement de l'ensemble constitué de ces deux coques est plus élevée. Avantageusement, on maintient la première coque 10 à une température inférieure à une première température Ti à laquelle l'alliage de la première coque 10 se déforme peu. Par exemple, cette première température T1 est inférieure à 200°C. Par exemple, cette première température T1 est égale à la température ambiante, dans ce cas la première coque 10 doit être refroidie durant la projection de l'alliage formant la deuxième coque (20). Ce refroidissement est par exemple obtenu en faisant circuler un fluide à une température inférieure à la première température T1 le long de la première face 11 de la première coque 10. Ainsi, le fait que la première coque 10 ne se déforme que très faiblement durant le procédé selon l'invention conduit à obtenir un ensemble formé de la première coque 10 et de la deuxième coque 20 qui est au plus près de ses dimensions et de sa forme finales, ce qui minimise ou évite un usinage ultérieur de cet ensemble. En variante, la première coque 10 présente à l'étape (a), sur sa deuxième face 12, des reliefs sur lesquels ledit deuxième alliage est apte à se fixer, de telle sorte que ces reliefs agissent comme des points d'ancrage 19 de la deuxième coque 20 avec la première coque 10. Par exemple, ces reliefs sont des dépressions dans la deuxième face 12 de la première coque 10. Alternativement, ces reliefs sont des protubérances. Ces protubérances ont par exemple la forme de crochets. Ces reliefs peuvent également être un mélange de dépressions et de protubérances. La figure 2 est une vue en coupe de la première coque 10 et de la deuxième coque 20 après leur assemblage, qui montrent ces reliefs. Ces points d'ancrages 19 contribuent ainsi à une meilleure solidarisation entre la première coque 10 et la deuxième coque 20, et par conséquent contribuent à augmenter la résistance au cisaillement de l'ensemble constitué de ces deux coques. Cette variante peut notamment être utilisée lorsque l'écart Aa entre les coefficients de dilatation du titane et de l'alliage de la première coque 10 est supérieur à 3'10-6/°C. On décrit maintenant ci-dessous le deuxième mode de réalisation de l'invention. Le deuxième mode de réalisation de l'invention est identique au premier mode de réalisation de l'invention tel que décrit ci-dessus, à la différence que les matériaux constituant la première coque 10 et la deuxième coque 20 sont inversés, c'est-à-dire que la première coque 10 est en un alliage de titane, et la deuxième coque 20 est en un alliage résistant au feu titane. Ainsi, on dépose par cold-spray de la poudre d'un alliage résistant au feu titane sur la première coque 10 qui est en titane, de façon à former sur la première coque 10 une deuxième coque 20 en un alliage résistant au feu titane. Les avantages et les variantes décrits dans le premier mode de réalisation de l'invention sont valables également pour ce deuxième mode de réalisation. En variante, quel que soit le mode de réalisation de l'invention, comme représenté en figure 3, avant l'étape (b), la première face 11 de la première coque 10 repose sur un noyau 30 avec lequel elle est en contact. Le noyau 30 épouse sensiblement la première face 11 de la première coque 10, et la surface du noyau 30 au contact de cette première face 11 présente une forme au plus des côtes finales désirées de la première coque 10. Ainsi, durant le procédé selon l'invention, la déformation de la première coque 10 est alors minimisée car cette première coque 10 est restreinte dans ses déformations par le noyau 30. Avantageusement le noyau 30 est maintenu à une température inférieure à la première température Ti de telle sorte qu'il est plus aisé de maintenir la première coque 10 à cette température inférieure à la première température T1 durant le dépôt par cold-spray, ce qui confère plus de rigidité au noyau 30. Avantageusement, le noyau 30 possède un système de chauffage et/ou de refroidissement afin d'être maintenu à cette température inférieure à la première température T1. Par exemple, le noyau 30 possède un système de circulation interne de liquide. La deuxième coque 20 est une coque unique ou un ensemble de plusieurs coques. Les premières faces sont la face concave (respectivement convexe) de chacune de ces coques, les deuxièmes faces sont la face convexe (respectivement concave) de chacune de ces coques. Dans un cas particulier, la première coque 10 et la deuxième coque 20 sont une virole, par exemple en forme de tube ou de cône. Les premières faces sont alors la face concave de chacune de ces coques, les deuxièmes faces sont la face convexe de chacune de ces coques. Dans ce cas la première coque 10 peut subir, avant l'étape (a), un pré-laminage ou pré-forgeage pour être formée en une virole. Avantageusement, selon l'invention, on choisit de déposer par projection à froid à vitesse supersonique la coque dont l'épaisseur finale est la plus faible. Par « épaisseur finale » on entend l'épaisseur moyenne de la coque mesurée sur toute sa surface, cette coque étant choisie entre la première 20 coque 10 et la deuxième coque 20. Ainsi, on minimise la durée du procédé d'assemblage de ces coques, puisque le temps de formation de la coque déposée par cold-spray est moindre. REVENDICATIONS1. Procédé d'assemblage de coques en métal caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : (a) On fournit une première coque (10) en un premier alliage dans une forme proche de sa forme définitive, cette première coque (10) présentant une première face (11) et une deuxième face (12) opposée à ladite première face (11), (b) On dépose par projection à froid à vitesse supersonique une poudre d'un deuxième alliage sur ladite première face (11) de façon à former sur cette première coque (10) une deuxième coque (20) de ce deuxième alliage qui est solidaire de ladite première coque (10), l'un de ces deux alliages étant un alliage de titane, et l'autre de ces deux alliages étant un alliage résistant au feu titane. 2. Procédé d'assemblage de coques en métal selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier alliage est un alliage résistant au feu titane, et ledit deuxième alliage est un alliage de titane. 3. Procédé d'assemblage de coques en métal selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier alliage est un alliage de titane, et ledit deuxième alliage est un alliage résistant au feu titane. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite première coque (10) présente à l'étape (a), sur sa dite deuxième face (12), des reliefs sur lesquels ledit deuxième alliage est apte à se fixer, de telle sorte que ces reliefs agissent comme des points d'ancrage (19) de ladite deuxième coque (20) avec ladite première coque (10). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'écart Aa entre le coefficient de dilatation dudit alliage de titane et le coefficient de dilatation dudit l'alliage résistant au feu titane est inférieur à 3.10-6/°C. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'on maintient ladite première coque (10) à une température inférieure à une première température Ti. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que ladite température T1 est inférieure à 200°C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que, avant l'étape (b), la première face (11) de la première coque (10) repose sur un noyau (30) avec lequel elle est en contact. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'on dépose par projection à froid à vitesse supersonique la coque dont l'épaisseur finale est la plus faible.