Brevet FR3093017A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE REPARATION D'UNE AUBE D'HELICE DE TURBOMACHINE Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne un procédé de réparation d'une aube d'hélice de tur- bomachine, en particulier de soufflante de cette turbomachine. Arrière-plan technique [0002] Une turbomachine d'aéronef comporte une ou plusieurs hélice(s) qui peuvent être carénée(s) ou non carénée(s). La présente invention s'applique notamment aux aubes d'une soufflante, c'est-à-dire aux aubes d'une hélice carénée mais aussi à d'autres types d'hélices, telles que les hélices non carénées des turbopropulseurs par exemple. [0003] Une hélice de turbomachine est traversée par un flux d'air et ses aubes peuvent subir des dommages par usure ou impact, par exemple du type FOD (acronyme de l'anglais Flying Object Damage) provoqué par l'impact d'un oiseau par exemple suries aubes. [0004] La présente invention concerne la réparation d'une aube d'hélice présentant une zone endommagée, et plus particulièrement d'une aube d'hélice comportant une pale en composite à matrice organique (CMO) et un bouclier métallique collé sur un bord d'attaque de la pale. [0005] De façon connue, la pale en CMO peut comprendre une préforme tissée noyée dans une matrice polymérique. La préforme est obtenue par tissage de fibres de carbone en trois dimensions. [0006] Le bouclier, tel que décrit dans la demande FR-A1-3 046 557, comporte deux ailes latérales s'étendant respectivement sur un intrados et un extrados de la pale, et un nez reliant les deux ailes. [0007] En particulier, ces deux ailes latérales et ce nez étant fortement exposés au flux de gaz qui traverse l'hélice sont particulièrement sujets à des risques d'usure par abrasion, impact ou érosion. En particulier le nez, qui est orienté vers l'amont de la turbomachine et forme le bord d'attaque du flux de gaz qui traverse l'hélice en fonctionnement, est le plus exposé aux risques d'endommagement. [0008] La présente invention propose une solution simple, efficace et économique pour réparer une aube d'hélice de ce type. Résumé de l'invention [0009] La présente invention propose un procédé dc réparation d'une aube d'hélice de tur- bomachine, en particulier dc soufflante de turbomachine, cette aube comportant une pale en composite à matrice organique et un bouclier métallique collé sur un bord d'attaque de la pale, le bouclier métallique présentant une zone endommagée, ca- 2 ractérisé en ce que le procédé comprend une étape de rechargement de la zone endommagée, par apport d'un matériau métallique sur cette zone endommagée et fusion laser du matériau, et une étape d'ajustage de la zone métallique par usinage du matériau fondu. [0010] L'invention propose ainsi de réparer le bouclier de l'aube in situ, c'est-à-dire sans décollage et retrait du bouclier vis-à-vis de la pale de l'aube. Ceci est particulièrement avantageux car cela simplifie et accélère la réparation de ce type d'aube et évite de mettre au rebus une aube lorsque le bouclier est endommagé mais reste réparable. [0011] Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : le bouclier métallique comporte deux ailes latérales s'étendant respectivement sur un intrados et un extrados de la pale, et un nez reliant les deux ailes, la zone endommagée étant située sur le nez, un seuil de température est prédéterminé, ce seuil de température correspondant à une température maximale admissible par la colle et/ou la pale, la fusion laser étant réalisée au moyen d'une machine dont des paramètres sont réglés pour éviter que la colle et/ou la pale atteigne ce seuil, le seuil est de 120°C, le matériau d'apport est identique au matériau du bouclier, le matériau d'apport est du TA6V, lors de l'étape de rechargement au moins, l'aube est maintenue sur un bâti de façon à ce que la zone soit orientée vers le haut, la zone est refroidie lors de l'étape de rechargement, le refroidissement est réalisé par conduction, par gaz neutre à température ambiante, par gaz neutre refroidit, par projection d'éléments liquides ou solides, etc. le refroidissement est assuré par cryogénie ou par effet Peltier, la fusion laser est réalisé au moyen d'une tête laser mobile et le refroidissement est assuré par un système qui suit les mouvements de la tête laser, et la fusion laser est réalisée par LMD (acronyme de l'anglais Laser Metal De-position) ou fflaser. Brève description des figures [0012] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : 3 100131 Ifig.11 La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une aube d'hélice de tur- bomachine, et en particulier de soufflante de turbomachine, [0014] [fig.2] La figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'un bouclier d'une aube telle que celle représentée à la figure 1, et [0015] [fig.3] La figure 2 est une vue schématique partielle en perspective d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Description détaillée de l'invention [0016] La figure 1 montre une aube 10 d'hélice et en particulier de soufflante d'une tur- bomachine d'aéronef Cette aube 10 comprend une pale 12 en composite à matrice organique et un bouclier métallique 14 collé sur un bord d'attaque. [0017] La pale 12 comporte en outre un bord de fuite 16, opposé au bord d'attaque, et un intrados et un extrados s'étendant entre les bords d'attaque et de fuite de la pale. [0018] L'aube présente un axe d'allongement noté A. Une extrémité longitudinale de la pale 12 est libre et l'extrémité longitudinale opposée est reliée à un pied 18 pour la fixation de l'aube à un rotor de la turbomachine. [0019] Comme cela est visible à la figure 2, le bouclier 14 comporte deux ailes latérales 14a s'étendant respectivement sur l'intrados et l'extrados de la pale 12, et un nez 14b reliant les deux ailes 14a. [0020] Les ailes 14a, 14h définissent entre elles une cavité de réception du bord d'attaque de la pale 12, ainsi que de colle de sol idarisation du bouclier à la pale. [0021] L'ensemble du bouclier métallique 14 est susceptible d'être endommagé et de présenter dès lors une zone endommagée 20. Le bouclier 14 doit alors être soumis à un procédé de réparation. En particulier, le nez 14e est susceptible d'être endommagé comme illustré sur la figure 3. Toutefois ceci n'est qu'un exemple et la présente invention s'applique sans différenciation sur toute partie du bouclier métallique 14. [0022] Le nez 14e est susceptible d'être endommagé et peut alors être soumis à un procédé de réparation. [0023] L'invention propose un procédé de réparation d'une zone endommagée 20 d'un bouclier 14 d'une aube 10 d'hélice, ce procédé comprenant (a) une étape de rechargement de la zone 20, par apport d'un matériau métallique sur cette zone et fusion laser du matériau (de base et d'apport idéalement), et (b) une étape d'ajustage de la zone par usinage du matériau fondu. [0024] La figure 3 montre un exemple d'installation 22 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [0025] Cette installation 22 comprend un bâti 24 de fixation et de positionnement de l'aube 10. L'aube 10 est positionnée de sorte que son axe A soit sensiblement horizontal. Le bâti 24 peut être conçu pour que l'aube 10 soit montée mobile autour de l'axe A et puisse être positionnée de façon à ce que le bouclier 14, et en particulier sa zone endommagée 20, soit orientée vers le haut comme dans l'exemple représenté (de préférence perpendiculairement à la tête laser 26). [0026] L'installation 22 comprend une tête laser 26 apte à générer un faisceau laser destiné à être focalisé sur la zone 20. La tête 26 est de préférence équipée d'un système 28 d'apport de matériau de rechargement sur la zone 20, ainsi que d'un système 30 de refroidissement de la zone 20, de préférence par conduction. [0027] La tête laser 26 est mobile et les systèmes 30 sont configurés pour suivre les mouvements de la tête laser 26. [0028] Le matériau d'apport est de préférence identique au matériau du bouclier 14 et est par exemple du TA6V. [0029] Le matériau est fondu par laser et plus particulièrement par une méthode LMD ou micro laser. Le LMD met en oeuvre un faisceau laser continu alors que le micro laser met en oeuvre un faisceau par impulsions. Pour le laser continu, un laser vient chauffer le matériau de base et celui d'apport en permanence. Par conséquent, la chaleur s'accumule dans une même zone et se propage dans la matière de base. Pour le laser pulsé, le laser -tire" en pointillé et est moins invasif, cc qui permet de maîtriser la zone de diffusion de la chaleur. [0030] Pour garantir la santé de l'aube 10, il peut être important de maîtriser avec précision la température du bouclier 14, car plus le bouclier est chaud et plus la chaleur peut se propager par conduction dans la colle et le matériau de la pale, et les détériorer. Un risque de fusion de la colle et de désolidarisation du bouclier de la pale, est par exemple possible. [0031] En pratique, un seuil de température est de préférence prédéterminé, ce seuil de tem- pérature correspondant à une température maximale admissible par la colle et/ou la pale. Les paramètres de la tête laser 26 et du système de refroidissement 30 sont de préférence réglés pour éviter que la colle et/ou la pale atteigne ce seuil. Ce seuil est par exemple de 120°C. [0032] Le système de refroidissement 30 peut être conçu pour refroidir la zone 20 ou le bouclier 14 par cryogénie (par exemple par projection de CO2 liquide ou de carboglace ou d'un gaz neutre refroidit en amont du circuit de projection) ou par effet Peltier. [0033] L'invention présente plusieurs avantages : réparer plus rapidement les aubes afin de les remettre en service le plus tôt possible ; ne pas avoir à retirer le bouclier et à le nettoyer afin de retirer les résidus de colle ; éviter le retrait du bouclier pour éviter les problématiques d'appairage ; réparer une pièce comportant un hi-matériau (matériau composite - matériau métallique) sans utiliser de moyens spécifiques du type étuve, salle blanche, machine à vide, etc. recharger le bouclier métallique sans altération du matériau composite (ou de la colle permettant l'assemblage hi-matériau) grâce notamment au peu d'énergie mise en oeuvre en soudage laser et au système de refroidissement ; limiter la déformation du bouclier induit par le rechargement. 6