Brevet FR3074813A1 — publié le 20190614

Procédé de dépôt d'un matériau anti-usure sur un élément aubagé pour une turbomachine d'aéronef DOMAINE TECHNIQUE [0001 ]La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication des éléments aubagés pour une turbomachine d'aéronef, ces éléments aubagés pouvant être des éléments de stator ou de rotor. Elle concerne plus particulièrement un procédé de dépôt d'un matériau anti-usure sur un tel élément aubagé. ÉTAT DE LA TECHNIQUE [0002]Classiquement, une turbine axiale de turbomachine se compose d'une succession d'étages axiaux (selon l'axe de circulation des flux de gaz) disposés les uns derrière les autres. Chaque étage comporte une roue mobile à aubes formant le rotor et un distributeur aubagé formant le stator. La roue mobile est mise en rotation en vis-à-vis du distributeur correspondant. [0003]Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal des flux d'air (de l'amont vers l'aval) à travers la turbomachine. On appelle "axe de la turbomachine", l'axe de rotation du rotor principal de la turbomachine. La direction axiale correspond à la direction de l'axe de la turbomachine, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe de la turbomachine et coupant cet axe. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe de la turbomachine, et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe. Les adjectifs "intérieur" et "extérieur" sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est, suivant une direction radiale, plus proche de l'axe de la turbomachine que la partie extérieure du même élément. L'axe d'empilement d'une aube est l'axe perpendiculaire à l'axe de la turbomachine, qui passe par le centre de gravité de la section la plus intérieure de la pale de l'aube (i.e., la section la plus proche de l'axe de la turbomachine). Typiquement, une aube de turbomachine comprend une pale s'étendant suivant l'axe d'empilement de l'aube, entre les extrémités proximale et distale (i.e., intérieure et extérieure) de l'aube. 2 [0004]La roue mobile est classiquement constituée d'un disque annulaire centré sur l'axe de rotation de la roue, sur lequel sont fixées une pluralité d'aubes. [0005] Un exemple d'aube est représenté sur la figure 1. Une aube de ce type est décrite dans le document de brevet FR-B1-2 985 759. Cette aube 10 comprend 5 une pale 16 s'étendant suivant l'axe d'empilement X de l'aube, entre les extrémités proximale 10A et distale 10B de l'aube 10. A son extrémité proximale 10A, l'aube comprend une plateforme 19 et un pied 12 par lequel elle est fixée au disque (non représenté). A son extrémité distale 10B, l'aube 10 présente un talon 14. Lorsque plusieurs aubes 10 sont fixées sur le disque, leurs talons 14 sont 10 disposés bord à bord de manière à former une couronne circonférentielle délimitant une surface de révolution autour de l'axe A de rotation de la roue. Cette couronne a notamment pour fonction de délimiter la surface extérieure de la veine d'écoulement des flux de gaz circulant entre les pales 16 et de limiter les fuites de gaz au niveau de l'extrémité distale 10B des aubes 10. 15 [0006] Le talon 14 comprend une plateforme 20 délimitant extérieurement la veine d'écoulement du gaz circulant entre les pales 16, et présentant des bords latéraux 21, 22 opposés. La plateforme 20 comporte une partie amont 24 appelée « becquet amont » et une partie aval 28 appelée « becquet aval ». Le talon 14 comprend également des léchettes d'étanchéité amont 31 et aval 32 s'étendant 20 radialement vers l'extérieur à partir de la face extérieure de la plateforme 20. Chacun des bords latéraux 21, 22 de la plateforme présente, entre les léchettes amont 31 et aval 32, un profil sensiblement en « U » Dans le cas d'autres aubes, ce profil peut prendre la forme d'un « Z» ou d'un « V », par exemple. [0007] Dans le but d'amortir les vibrations auxquelles les aubes 10 sont soumises 25 en fonctionnement et de donner de la rigidité à l'ensemble, les aubes 10 sont montées sur leur disque avec une contrainte de torsion autour de leur axe d'empilement X. La géométrie des talons 14 est telle que chaque aube 10 est mise en contrainte de torsion par appui sur les aubes 10 voisines au niveau des bords latéraux 21 et 22. Ces bords latéraux 21, 22 définissent donc des surfaces 30 de contact inter-aubes et sont le lieu de frottements importants lors du fonctionnement de la turbomachine. Pour être protégées contre l'usure, ces bords 3 sont munis d'un matériau anti-usure résistant aux frottements. Il peut, par exemple, s'agir d'un matériau commercialisé sous la marque Stellite®. Ce matériau anti-usure 36 est visible à la figure 2. [0008]Classiquement, ce matériau 36 anti-usure est déposé sur bords latéraux 5 21, 22 par soudure, par exemple par soudure à la goutte, impliquant la création d'un arc électrique pour la fusion de la matière. Il s'agit souvent d'une opération manuelle, l'alliage de type Stellite® étant sous forme d'une goutte liquide lors du dépôt. [0009]L'alliage Stellite® est un alliage d'acier à haute teneur en chrome (Cr) et en 10 cobalt (Co). Il peut aussi contenir une petite quantité de tungstène (W) ou de molybdène (Mo) et une petite quantité de carbone (C). L'alliage Stellite® n'est pas forgeable et doit être soit moulé, soit fixé par soudure sur un objet dont il forme une partie ou auquel il est inséré. [0010] L'opération de dépôt est complexe à réaliser, et il a été constaté 15 l'apparition de criques après la dépose de la goutte de Stellite® sur des aubes, ce qui induit la mise au rebut de ces aubes. [0011]La présente invention propose une solution simple, efficace et économique à ce problème. [0012]EXPOSÉ DE L'INVENTION 20 [0013]La présente invention propose un procédé de dépôt d'un matériau anti- usure sur un élément aubagé pour une turbomachine d'aéronef, cet élément aubagé étant réalisé dans un matériau ayant une température de fusion Tf et comportant au moins une pale s'étendant entre des plateformes, respectivement interne et externe, au moins une de ces plateformes comportant des bords 25 latéraux configurés pour coopérer par emboîtement circonférentiel avec des bords latéraux complémentaires d'éléments aubagés adjacents, ces bords latéraux comportant chacun un matériau anti-usure obtenu par une étape de dépose d'une goutte de ce matériau fondu à une température Ti qui est supérieure à Tf, caractérisé en ce que l'étape de dépose est précédée des étapes de : 4 - détermination d'un seuil de température Ts qui est fonction de la température Ti, et en dessous duquel un risque de criques peut apparaît lors de l'étape de dépose, et - chauffage d'au moins une partie de l'élément aubagé, jusqu'à une température 5 T2, comprise entre Ts et k.Tf, k étant compris entre 0 et 1. [0014]Les inventeurs ont constaté que les criques qui apparaissaient sur les éléments aubagés étaient dues à un gradient thermique trop élevé entre la température de l'élément aubagé (trop froide) et la température de la goutte de 10 matériau par exemple de Stellite® (trop chaude). Le chauffage de la pièce permet de réduire le gradient et éviter l'apparition de criques. Pour cela, un gradient ou écart thermique maximal que la pièce peut supporter est déterminé et permet de calculer la température seuil Ts au-delà de laquelle le risque d'apparition de criques est significativement diminué ou annulé. La pièce est alors chauffée 15 jusqu'à une température T2 supérieure à Ts pour garantir la dépose d'une goutte sans risque d'apparition de criques. T2 est choisie en fonction de la température de fusion de la pièce et est naturellement inférieure à cette température. [0015] Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes ci-dessous, prises isolément les unes des autres ou 20 en combinaison les unes avec les autres : - au moins la ou chaque plateforme destinée à recevoir une goutte de matériau fondu est chauffée à l'étape b), - l'intégralité de l'élément aubagé est chauffée à l'étape b), - l'élément aubagé est une aube de rotor de turbine ou un secteur de distributeur 25 de turbine ; dans le cas d'une aube de rotor, la plateforme externe est un talon de l'aube et comprend au moins un matériau anti-usure par exemple du type Stellite® ; dans le cas d'un distributeur de turbine, les plateformes interne et externe sont reliées par plusieurs pales et la plateforme interne comprend au moins un matériau anti-usure par exemple du type Stellite®, 30 - le chauffage est réalisé à l'étape b) par rayonnement, par exemple au moyen d'une résistance chauffante ; le chauffage par rayonnement évite tout contact entre le dispositif de chauffage et la pièce, ce qui est avantageux car cela simplifie 5 la mise en oeuvre du chauffage et donc du procédé de fabrication ; le chauffage par rayonnement permet en outre de limiter le risque d'apparition d'un gradient de température au sein même de la pièce ; - l'étape de chauffage comprend une sous-étape de montée progressive en 5 température de l'élément aubagé puis une sous-étape de maintien de l'élément aubagé à la température T2 pendant une durée prédéterminée, - le procédé comprend, après l'étape de dépose, une étape de réduction progressive et maîtrisée de la température de l'élément aubagé, - le procédé comprend une étape préliminaire de montage de l'élément aubagé 10 dans un outillage, et une étape ultime de démontage de l'élément aubagé de cet outillage ; l'étape préliminaire précède l'étape de chauffage et l'étape ultime suit l'étape de dépose ou de réduction de la température de l'élément aubagé, - Ts est inférieure à Ti, - k est par exemple 0,95 et de préférence 0,90. 15 - la température Ti est comprise entre 100 et 1600°C, et de préférence entre 1300 et 1500°C, Tf est comprise entre 1000 et 1500°C, et est par exemple aux alentours de 1300°C, et la température Ts est comprise entre 500 et 900°C, et de préférence entre 600 et 700°C, et - la température T2 est comprise entre 800 et 1200°C, en particulier pour la plage 20 de valeurs de Tf ou l'exemple de valeur de Tf indiqué ci-dessus. [0016]BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0017]L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et 25 avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une aube de roue mobile de turbine, 30 - la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle d'une partie supérieure de l'aube de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique d'un secteur de distributeur de turbine, 6 - la figure 4 est un schéma bloc illustrant des étapes d'un procédé de fabrication d'un élément aubagé, selon la technique antérieure, - la figure 5 est un schéma bloc illustrant des étapes d'un procédé de fabrication d'un élément aubagé, selon l'invention, et 5 - la figure 6 est une vue schématique en perspective et en coupe axiale partielle d'un dispositif de chauffage pour la mise en oeuvre d'une des étapes du procédé selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLÉE D'UN MODE DE RÉALISATION 10 [0018]L'invention s'applique à un élément aubagé qui peut être une aube 10 de roue mobile telle que décrite ci-dessus en référence aux figures 1 et 2, ou un distributeur de turbine tel qu'illustré à la figure 3. [0019]Dans les deux cas, l'élément aubagé comprend au moins une pale 16 qui s'étend entre deux plateformes, respectivement interne 19 et externe 20. La 15 plateforme interne 19 est reliée à l'extrémité radialement interne de chaque pale et comprend des revêtements ou matériaux 36 anti-usure dans le cas du secteur de distributeur de turbine de la figure 3. La plateforme externe 20 est reliée à l'extrémité radialement externe de chaque pale et comprend des matériaux 36 anti-usure dur dans le cas de l'aube des figures 1 et 2. 20 [0020]La figure 4 illustre un procédé selon la technique antérieure de fabrication d'un élément aubagé. Le procédé comprend pour l'essentiel trois étapes à savoir une première étape El de préparation de l'élément aubagé, une seconde étape E2 de dépose d'une goutte de matériau dur fondu destiné à former le matériau anti-usure, et une troisième étape E3 de finalisation de l'élément aubagé. 25 [0021 ]Comme évoqué dans ce qui précède, dans ce procédé, la température de l'élément aubagé n'est pas contrôlé (d'où la mention « #T» dans la figure 4) et un écart significatif de température peut exister lors de l'étape E2 entre la température Ti du matériau en fusion de la goutte et de l'élément aubagé. 7 [0022111 est important de noter que l'élément aubagé est réalisé dans un matériau, en général un alliage métallique, qui a une température de fusion Tf qui est inférieure à la température Ti. [0023]L'invention est illustrée par la figure suivante et propose, avant l'étape E2 5 de dépose, de procéder : - à la détermination d'un seuil de température Ts qui est fonction de la température Ti, et en dessous duquel un risque de criques peut apparaître lors de l'étape de dépose, et - au chauffage (étape E4) d'au moins une partie de l'élément aubagé, jusqu'à une 10 température T2, comprise entre Ts et k.Tf, k étant compris entre 0 et 1 et étant par exemple égal à 0,95 et de préférence égal à 0,90. [0024] L'invention propose ainsi une étape E4 de de chauffage de l'élément aubagé avant la dépose de la goutte à l'étape E2, afin de réduire le gradient ou 15 écart de température précité et limiter voire supprimer le risque d'apparition de criques. [0025]Tout ou partie de l'élément aubagé peut être chauffé à l'étape E4. L'intégralité de l'élément aubagé peut être chauffé, de préférence par rayonnement en utilisant par exemple une résistance chauffante 40 telle 20 qu'illustrée à la figure 6. La résistance chauffante 40 forme avantageusement un tore tubulaire à l'intérieur duquel est logé l'élément aubagé, ici une aube 10 telle qu'illustrée aux figures 1 et 2. En variante, la pièce pourrait être chauffée en la disposant dans un four ou par des systèmes de conduction thermique (exemple : chauffage du mors pour transférer la chaleur vers l'élément aubagé) ou encore de 25 convection thermique dans un espace prévue à cet effet (exemple : cabine pressurisée et chauffée via un fluide environnant intégrant l'outillage de stellitage). [0026]E n variante, seule une partie de l'élément aubagé est chauffée, à savoir la partie destinée à recevoir la goutte de matériau fondu. Il s'agit dans les exemples représentés de la plateforme externe ou du talon de l'aube des figures 1 et 2, et 30 de la plateforme interne du distributeur de la figure 3. Dans ce cas, la partie à 8 chauffer peut l'être par exemple au moyen d'un chausson chauffant qui recouvre cette partie ou d'un dispositif de conduction thermique local (passage d'un courant électrique dans l'élément aubagé par exemple). [0027]Comme cela est schématiquement illustré à la figure 5, l'étape E4 5 comprend avantageusement mais de manière facultative une sous-étape E4a de montée progressive en température de l'élément aubagé puis une sous-étape E4b de maintien de l'élément aubagé à la température T2, et donc de maintien à un palier de température. [0028]13ar ailleurs, le procédé comprend avantageusement mais de manière 10 facultative, après l'étape de dépose E2, une étape E5 suivante de réduction progressive et maîtrisée de la température de l'élément aubagé. [0029] Lors de l'étape El, appelée étape préliminaire, l'élément aubagé est de préférence monté dans un outillage dédié d'immobilisation de l'élément aubagé. L'étape E3, appelée étape ultime, comprend alors le démontage de l'élément 15 aubagé de cet outillage. [0030]Avantageusement, la température Ti est comprise entre 1200 et 1600°C, et de préférence entre 1300 et 1500°C, Tf est comprise entre 1000 et 1500°C, et est par exemple aux alentours de 1300°C, Ts est comprise entre 500 et 900°C, et par exemple entre 600 et 700°C, REVENDICATIONS1. Procédé de dépôt d'un matériau anti-usure sur un élément aubagé (10, 10') pour une turbomachine d'aéronef, cet élément aubagé étant réalisé dans un matériau ayant une température de fusion Tf et comportant au moins une pale s'étendant entre des plateformes, respectivement interne (19) et externe (20), au moins une de ces plateformes comportant des bords latéraux (21, 22) configurés pour coopérer par emboîtement circonférentiel avec des bords latéraux (22, 21) complémentaires d'éléments aubagés adjacents, ces bords latéraux comportant chacun un matériau anti-usure (36) obtenu par une étape (E2) de dépose d'une goutte de ce matériau fondu à une température Ti qui est supérieure à Tf, caractérisé en ce que l'étape de dépose est précédée des étapes de : - détermination d'un seuil de température Ts qui est fonction de la température Ti, et en dessous duquel un risque de criques peut apparaître lors de l'étape de dépose, et - chauffage (E4) d'au moins une partie de l'élément aubagé, jusqu'à une température T2, comprise entre Ts et k.Tf, k étant compris entre 0 et 1. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins la ou chaque plateforme (19, 20) destinée à recevoir une goutte de matériau fondu est chauffée à l'étape b). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'intégralité de l'élément aubagé (10, 10') est chauffé à l'étape b). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément aubagé est une aube de rotor (10) ou un secteur de distributeur (10'). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chauffage est réalisé à l'étape b) par rayonnement, par exemple au moyen d'une résistance chauffante. 10 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de chauffage (E4) comprend une sous-étape (E4a) de montée progressive en température de l'élément aubagé puis une sous-étape 5 (E4b) de maintien de l'élément aubagé à la température T2 pendant une durée prédéterminée. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, après l'étape de dépose (E2), une étape (E5) de réduction 10 progressive et maîtrisée de la température de l'élément aubagé. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préliminaire (El) ) de montage de l'élément aubagé dans un outillage, et une étape ultime (E3) de démontage de l'élément 15 aubagé de cet outillage. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température Ti est comprise entre 100 et 1600°C, et de préférence entre 1300 et 1500°C, Tf est comprise entre 1000 et 1500°C, et est 20 par exemple aux alentours de 1300°C, et la température Ts est comprise entre 500 et 900°C, et de préférence entre 600 et 700°C. 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la température T2 est comprise entre 800 et 1200°C. 25