Brevet FR3025306A1 — publié le 20160304

PROCÉDÉ NON-DESTRUCTIF DE MESURE DE L'ÉPAISSEUR DE BARRIÈRE THERMIQUE ET/OU DE MUR EN SUPERALLIAGE D'AUBE CREUSE DE TURBOMACHINE La présente invention est relative au domaine des turbomachines. Elle propose un procédé non-destructif pour la mesure de l'épaisseur de la barrière thermique et/ou de l'épaisseur de mur en superalliage d'une aube creuse de turbomachine. Elle trouve avantageusement application en sortie de ligne de production, par exemple, mais non limitativement, dans le cas d'aubes de 10 turbines haute pression de turboréacteurs. DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR Les aubes de turbines de turbomachines, et en particulier les aubes de turbines haute pression destinées à être soumises à des conditions thermiques et mécaniques particulièrement difficiles en sortie de la 15 chambre de combustion, sont classiquement réalisées par moulage d'une paroi dite de mur en un superalliage. Un superalliage utilisé est par exemple un superalliage d'AMI à base de Nickel. La paroi de mur est elle-même recouverte par une ou plusieurs couche(s), par exemple en céramique, formant une barrière thermique. 20 Les épaisseurs de ces différentes couches (paroi de mur, barrière thermique, etc.) font partie des spécifications des pièces et constituent des critères d'acceptation pour ces dernières. Il est donc nécessaire de pouvoir les contrôler de façon très précise sur les chaînes de production. Actuellement, ces contrôles s'effectuent sur des coupes des pièces, 25 par mesure au microscope optique ou au microscope électronique à balayage. Ils sont destructifs et ne peuvent se faire sur l'intégralité des pièces produites. Ils sont en outre d'une mise en oeuvre relativement longue, 30 puisqu'ils nécessitent de réaliser des mesures en de très nombreux endroits de l'aube afin d'être statistiquement représentatifs. 3025306 2 Il est déjà connu par ailleurs d'effectuer des mesures d'épaisseur de paroi d'aube creuse de turbomachine par courants de Foucault. On pourra par exemple se référer aux demandes de brevet EP 1.167.917 et FR 2.900.471 de la demanderesse. 5 Il est également connu de mesurer l'épaisseur de différentes couches successives constituant une paroi d'aube creuse au moyen de sondes à courants de Foucault. On sait en effet que les courants de Foucault sont induits dans un matériau conducteur lorsqu'une bobine générant un champ magnétique 10 est approchée de sa surface. En fonction de la fréquence du champ magnétique et de la conductivité du matériau, les courants de Foucault sont induits à des profondeurs plus ou moins importantes. Ainsi, en faisant varier la fréquence du champ magnétique, il est 15 possible de générer plus ou moins profondément des courants induits. En mesurant l'intensité de ces courants en fonction de la fréquence d'induction, il est possible de reconstituer l'empilement des couches traversées et notamment leur conductivité et épaisseur. Une machine en ce sens est notamment commercialisée par la 20 société italienne CESI sous la dénomination F-SECT. Cette machine permet de balayer une plage de fréquence de 0,6 à 8 MHz et de modéliser jusqu'à cinq couches ayant des conductivités et épaisseurs différentes. À ce jour toutefois, les mesures réalisées de cette façon ne sont 25 pas suffisamment fiables pour pouvoir être utilisées industriellement. Elles connaissent de fortes dérives en fonction des géométries de l'aube, en particulier dans le cas de points de mesure à proximité de zones de courbure de l'aube. PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION 30 Un but de l'invention est notamment de résoudre cette problématique et de proposer un procédé non-destructif de mesure qui 3025306 3 permette des valeurs de mesure d'épaisseur de barrière thermique et/ou de paroi de mur particulièrement fiables et précises. Notamment, l'invention propose une mesure d'épaisseurs qui permette de s'affranchir des artefacts liés à la géométrie complexe de 5 l'aube. Plus particulièrement, il est proposé un procédé non-destructif de mesure de l'épaisseur de barrière thermique et/ou de mur en superalliage d'aube creuse de turbomachine selon lequel on applique en au moins un point de l'aube une sonde à courant de Foucault à laquelle on applique une tension alternative dont on fait varier la fréquence et on détermine l'épaisseur de la barrière thermique et/ou l'épaisseur de mur en fonction du signal mesuré en sortie de ladite sonde, ainsi que des valeurs de conductivité pour une ou plusieurs couche(s) de la paroi de l'aube, caractérisé en ce que l'on corrige l'épaisseur de la barrière thermique et/ou l'épaisseur de mur ainsi mesurée en appliquant une loi de correction fonction de la conductivité mesurée pour une ou plusieurs couche(s) de la paroi de l'aube. Notamment, une loi de correction utilisée est par exemple fonction des conductivités mesurées pour le mur et la couche de revêtement 20 interposée entre ladite paroi de mur et la barrière thermique. Par hypothèse en effet, la conductivité des matériaux des différentes couches de la paroi d'aube n'est pas censée évoluer en fonction de la position du capteur sur la pièce. Ainsi, les variations de conductivité sont des estimateurs de 25 l'impact de la géométrie sur la mesure. Il est donc proposé d'exploiter cette propriété pour corriger l'impact de la géométrie. L'invention propose un procédé de contrôle de l'épaisseur de barrière thermique et/ou de mur en superalliage d'aubes creuses de 30 turbomachine, notamment d'aubes de turbines haute pression de turboréacteurs, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre en sortie de production un procédé de mesure du type précité. 3025306 4 PRÉSENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : 5 - la figure 1 est une représentation schématique en coupe d'une aube de turbomachine ; - la figure 2 illustre schématiquement une machine de mesure par courant de Foucault utilisée pour la mise en oeuvre du procédé sur une aube de turbomachine du type de la figure 1 ; 10 - la figure 3 illustre les grandes étapes d'un mode de mise en oeuvre possible d'un procédé conforme à l'invention ; - la figure 4 illustre une modélisation possible pour les différentes couches d'une paroi d'aube de turbomachine ; - les figures 5a et 5b illustrent respectivement la dispersion des 15 valeurs d'épaisseur de barrière thermique obtenues avec des données brutes (figure 5a) et avec des données corrigées conformément à une mise en oeuvre possible de l'invention (figure 5b) ; - la figure 6 illustre la dispersion des valeurs d'épaisseur de paroi de mur obtenues avec des données brutes (représentation sous forme de 20 points carrés) et avec des données corrigées (représentation sous forme de points ronds). DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN OEUVRE ET DE RÉALISATION On a représenté sur la figure 1 une aube creuse 1 de turbomachine 25 comportant classiquement une paroi extérieure 2 et différentes cloisons internes 3. Une machine qui peut être utilisée pour mettre en oeuvre une mesure par courant de Foucault des épaisseurs de barrière thermique et/ou de paroi de mur de la paroi 2 est typiquement une machine du type 30 de la machine F-SECT commercialisée par la société CESI. 3025306 5 Elle comporte un détecteur 4, un générateur de courant 5 auquel les bobines du détecteur 4 sont branchées et un voltmètre 6 qui permet d'enregistrer la tension produite aux bornes des bobines du détecteur 4. Le signal de tension ainsi mesuré est transmis à une unité de calcul 5 7 qui le traite, en fonction du modèle sélectionné pour la machine et du nombre de couches attendu, pour en déduire les différentes valeurs d'épaisseur et de conductivité pour les différentes sous-couches que l'on cherche à mesurer. Comme l'illustre la figure 3, on met en oeuvre successivement au 10 moyen de la machine CESI une acquisition (étape I) et un dépouillement (étape II). Une étape de correction (étape III) est ensuite appliquée en utilisant une application tierce. Les paramètres utilisés lors de l'acquisition sont par exemple les suivants : 15 - Tension de sonde (détecteur 4) : 2 V - Fréquences scannées : [0.6-8] MHz - Calles d'étalonnage : 180 et 360 dam Pour dépouiller les mesures, l'opérateur est libre de faire un grand nombre de choix qui influeront sur la qualité du dépouillement. Pour le dépouillement, le logiciel de la machine CESI permet de modéliser un certain nombre de couches, dans la limite de 5, pour lesquelles les valeurs d'épaisseur ainsi que de conductivité ou de permittivité de chaque couche peuvent-être fixées, si elle sont connues, ou laissées libres et c'est le logiciel qui tentera de faire varier ces valeurs pour que la réponse du modèle suive au mieux l'expérience. Ainsi qu'illustré sur la figure 4, la paroi 2 se modélise en une couche de barrière thermique BT et en trois autres couches : - une couche S en superalliage, par exemple en AM1, formant la paroi de mur de l'aube ; - une sous-couche R de revêtement, qui est interposée entre les deux et qui assure à la fois la protection de la couche de superalliage S et l'accroche de la barrière thermique BT ; cette sous-couche de revêtement R est par exemple en NiAIPt ; - une couche C correspondant au vide dans les creux de l'aube. 3025306 6 On a également représenté sur la figure 4 la courbe I d'intensité des courants de Foucault en fonction de la profondeur traversée dans les différentes couches S et R. L'épaisseur de la barrière thermique BT est mesurée par la mesure 5 du décollement de la sonde 4 vis-à-vis de la paroi conductrice (valeur dite « lift-off ») ; ce décollement donne une image de l'épaisseur de la barrière thermique BT traversée avant la sous-couche R. L'épaisseur de la couche S en superalliage est une donnée de dépouillement fournie, avec des valeurs de conductivité pour les couches 10 R et S, en tant que données de sortie par l'unité de calcul 7. Les hypothèses de modélisation suivantes sont par exemple utilisées pour le paramétrage de l'unité 7: - Couche R : conductivité comprise dans l'intervalle [0,85-1] MS/m, permittivité égale à 1, épaisseur fixée à 55 dam ; 15 - Couche S : conductivité comprise dans l'intervalle [0,61-0,69] MS/m, permittivité égale à 1, épaisseur comprise dans l'intervalle [0,5-1,5] mm ; - Couche de vide en creux C : cette couche est considérée comme ayant une épaisseur infinie, une conductivité très faible (63=0.001 20 MS/m) et une permittivité de 1. En l'absence de correction, les mesures d'épaisseurs obtenues pour la couche BT (distance de « lift-off ») et l'épaisseur S sont fortement dispersées, en particulier dans le cas d'aubes de turbine HP, dont la géométrie présente des surfaces convexes et concaves, percées ou non, 25 plus ou moins lisses du fait des canaux de refroidissement et des raidisseurs définis par ses parois intérieures 3. C'est ce qu'illustre la figure 5a, sur laquelle on a représenté l'évolution de l'épaisseur de BT mesurée par courant de Foucault sans correction, en fonction de l'épaisseur mesurée en coupe au microscope. 30 Il est proposé de mettre en oeuvre sur les données en sortie du calculateur 7 une correction qui permet de supprimer la dispersion des valeurs mesurées et d'obtenir une mesure fiable des épaisseurs à mesurer. 3025306 7 La loi de correction utilisée sur les données d'épaisseur a la caractéristique d'être fonction des conductivités des couches S et R mesurées. On constate en effet que, alors que sur une aube saine, la 5 conductivité du revêtement R, ainsi que celle du substrat S sont les mêmes, quel que soit l'emplacement de la mesure sur l'aube, les défauts et les géométries des aubes induisent également dans les volumes analysés une déviation de la conductivité mesurée et qu'il existe une corrélation entre l'erreur de mesure des épaisseurs et les variations de 10 conductivité des couches mesurées. En utilisant les conductivités comme des valeurs représentatives de la courbure locale de l'aube, il est alors possible de corriger les valeurs mesurées pour la distance de « lift-off » ou l'épaisseur S, ainsi de s'affranchir de la géométrie de l'aube et de disposer de mesures fiables 15 qui dépendent essentiellement des matériaux des différentes couches constituant la paroi 2. Ainsi, l'épaisseur corrigée de barrière thermique eBT peut notamment être obtenue grâce à la loi de correction suivante : eBT A+B*(Lifi-Off)+C0-+D0- 1 +E +F G + +H*o-2 +I*o-2 1 2 61 62 0-1* 0-2 61 0-2 20 avec : - 61 conductivité électrique de la couche de revêtement R - 62 conductivité de la couche de mur S et où A, B, C, D, E, F, G, H, I sont des constantes. 25 Dans le cas d'une paroi S de mur en AM1, d'un revêtement R de NiAIPt et d'une barrière thermique BT en céramique, les valeurs prises par ces constantes sont résumées dans le tableau ci-après. 30 3025306 8 Constantes Valeurs Intervalle de précision (%) A 283521,33 40 B 705,24 8 C 319871 30 D 45838 50 E 175979 40 F -456515 40 G -181448 50 H -23982 50 I -172802 30 On comprend de ce tableau que la valeur de la constante B est particulièrement sensible, les autres constantes gérant les artéfacts de 15 courbure. En appliquant cette formule de correction aux données obtenues suite à l'utilisation du programme de dépouillement, on obtient (figure 5b) une bonne corrélation entre les épaisseurs de BT mesurées en coupe de manière destructive et les valeurs mesurées par courant de Foucault 20 corrigées. La précision de la mesure est ici de ±15 dam, précision suffisante en production. La formule de correction peut être directement appliquée sur les données de dépouillement par le calculateur 7 lui-même quand ce dernier 25 peut être programmé pour y intégrer des codes de la formule de correction. Elle peut être appliquée ultérieurement par un autre calculateur. Il est procédé similairement pour obtenir l'épaisseur de mur corrigée emiur en fonction de l'épaisseur de mur d mesurée et fournie par 30 le programme de dépouillement. L'équation de correction utilisée est la suivante : emur=a+ 13*d+ y + Ô 61 61* G2 5 10 3025306 9 où a, 13, y, 15 sont des constantes. Dans le cas d'une paroi S de mur en AM1, d'un revêtement R de NiAIPt et d'une barrière thermique BT en céramique, les valeurs prises par les constantes sont par exemple les suivantes : 5 Constantes Valeurs A 183,94 B 915,14 r 813,06 A -662,94 Le résultat de la correction, comparé au cas non corrigé est présenté figure 6. On obtient ainsi une mesure fiable de l'épaisseur de mur en 10 corrigeant les effets liés à la géométrie complexe de l'aube, l'incertitude de mesure après correction étant de ± 150 dam. Ainsi, comme on l'aura compris, le procédé qui vient d'être décrit permet à partir d'un appareil disponible dans le commerce, sans apporter de modifications au programme ni à la sonde qui est fournie avec 15 l'appareil, de mesurer l'épaisseur de la barrière thermique BT et l'épaisseur de mur S en tout point d'une aube de turbine HP, en corrigeant les artefacts liés à la courbure de la surface, aux variations d'épaisseurs locales ou aux perçages. Ainsi, avantageusement, nul n'est besoin d'utiliser un appareil spécifique, les mesures d'un appareil 20 disponible étant utilisées en étant corrigées afin de supprimer les dispersions, des variations de mesures après correction résultant des variations de conductivité induites par la géométrie complexe de l'aube expertisée. 25 REVENDICATIONS1. Procédé non-destructif de mesure de l'épaisseur de barrière thermique et/ou de mur en superalliage d'aube creuse de turbomachine selon lequel on applique en au moins un point de l'aube une sonde à courant de Foucault à laquelle on applique une tension alternative dont on fait varier la fréquence et on détermine l'épaisseur de la barrière thermique et/ou l'épaisseur de mur en fonction du signal mesuré en sortie de ladite sonde, ainsi que des valeurs de conductivité pour une ou plusieurs couche(s) de la paroi de l'aube, caractérisé en ce que l'on corrige l'épaisseur de la barrière thermique et/ou l'épaisseur de mur ainsi mesurée en appliquant une loi de correction fonction de la conductivité mesurée pour une ou plusieurs couche(s) de la paroi de l'aube. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une loi de correction utilisée est fonction des conductivités mesurées pour le mur et la couche de revêtement interposée entre ladite paroi de mur et la barrière thermique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, l'épaisseur corrigée de barrière thermique eBT est obtenue par la loi de correction suivante : eBT = A+B*(Lifi-Off)+C0-+D0- 1 +E +F G + +H*o-2 +I*o-2 1 2 61 62 0-1* 0-2 0-1 0-2 1 où « lift-off » est la valeur du décollement de la sonde et où al et 62 sont respectivement les conductivités de la couche de revêtement et du mur, A, B, C, D, E, F, G, H, I étant des constantes. 3025306 11 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans le cas d'une paroi de mur en AM1, d'un revêtement de NiAIPt et d'une barrière thermique en céramique, la constante B est égale à 705,24 ±8%. 5 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les constantes A à I ont les valeurs et plages de variations suivantes : Constantes Valeurs Intervalle de précision (%) A 283521,33 40 B 705,24 8 C 319871 30 D 45838 50 E 175979 40 F -456515 40 G -181448 50 H -23982 50 I -172802 30 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de mur corrigée emiur est obtenue par l'équation de correction suivante : emur=a+ 13*d+ y + Ô 0-1 Gi* G2 20 où a, 13, y, 15 sont des constantes et d est la valeur d'épaisseur de mur mesurée. 10 15 3025306 12 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les constantes ont les valeurs suivantes : Constantes Valeurs a 183,94 r3 915,14 Y 813,06 15 -662,94 5 8. Procédé de contrôle de l'épaisseur de barrière thermique et/ou de mur en superalliage d'aube creuse de turbomachine, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre en sortie de production un procédé de mesure selon l'une des revendications précédentes. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les aubes 10 sont des aubes de turbines haute pression de turboréacteurs.