Brevet FR3135909A1 — publié le 20231201

Procédé d’assemblage de pièces métalliques de massivités différentes et d iffuseur centrifuge réalisé avec ce procédé L’invention concerne un procédé d’assemblage d’une première pièce métallique (21) sur une seconde pièce métallique (22), la première et la seconde pièces métalliques comportant des massivités différentes, le procédé comportant les opérations : a) réalisation (110), sur une surface de la première pièce métallique (22), d’une fente (23), b) positionnement (120) de la seconde pièce métallique (22) au droit de la fente (23) de la première pièce métallique, et c) soudage (130), à travers la fente (23), de la seconde pièce métallique (22) sur la première pièce métallique (21) avec un faisceau de soudage à forte énergie, la fente assurant le guidage du faisceau de soudage. L’invention concerne aussi un diffuseur centrifuge pour turbomachine comportant un couvercle métallique (21) et une pluralité de pales métalliques (22), chaque pale (22) étant assemblée avec le couvercle (21) au moyen du procédé ci-dessus. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 6 Procédé d’assemblage de pièces métalliques de massivités différentes et diffuseur centrifuge réalisé avec ce procédé DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne un procédé d’assemblage d’une première et d’une seconde pièces métalliques présentant des massivités différentes, dans lequel la seconde pièce est soudée avec la première pièce à travers une fente réalisée au sein de la première pièce. L’invention concerne également un assemblage, obtenu par ce procédé, d’un couvercle métallique et d’au moins une pale métallique, ainsi qu’un diffuseur centrifuge pour turbomachine comportant un tel assemblage. L’invention trouve des applications dans le domaine de l’aéronautique et, en particulier, dans le domaine de l’assemblage de pièces métalliques pour turbomachines d’aéronefs. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Les turbomachines pour aéronefs, et notamment celles de type turbine à gaz, comportent différents étages montés autour d’un arbre de rotation central. Un exemple d’une turbomachine est représenté schématiquement sur la . Dans cet exemple, la turbomachine 10 comporte un arbre de rotation 11 s’étendant le long d’un axe central AA et autour duquel sont montés, dans le sens amont vers aval, une soufflante 12, un compresseur 13, une chambre de combustion 14 et une turbine 15. Lorsque la turbomachine 10 est en fonctionnement, un flux d'air entre dans la turbomachine par la soufflante 12 ; ce flux d’air est ensuite comprimé par le compresseur 13, puis mélangé et brûlé avec du carburant dans la chambre de combustion 14 avant d’être détendu dans la turbine basse pression 15 puis évacué par une tuyère 16. En sortie du compresseur 13, un diffuseur centrifuge 20 achemine le flux d’air vers la chambre de compression 14. Ce diffuseur centrifuge 20, appelé plus simplement diffuseur, comporte un couvercle circulaire partiellement plan sur lequel sont fixées des pales. Généralement, les pales sont fixées par brasage sur le couvercle. Le brasage est réalisé habituellement par une dépose manuelle de brasure sur les sommets des pales puis un traitement thermique à haute température, c'est-à-dire à environ 1150°C. Cette opération de brasage a l’inconvénient de générer des déformations importantes sur le diffuseur centrifuge 20 ; il déforme notamment la planéité du distributeur. Cette opération de brasage peut, par exemple, engendrer des distorsions, comme représenté sur la , avec un taux pouvant varier de +/-0,2 à +/-0,5. Cette déformation de la planéité du distributeur est en partie aléatoire et donc non maitrisée. En effet, les rayons de brasure se formant entre les sommets des pales et les parois du couvercle sont difficiles à maîtriser et souvent difficile à atteindre. Selon la quantité de brasure déposée, il peut se créer des étalements de la brasure sur la pale et, par capillarité, dans la veine d’air radiale délimitée par le diffuseur, ce qui peut entraîner une modification de la structure métallurgique du diffuseur, hors zone d’assemblage. La dépose de la brasure étant manuelle, des problèmes de mauvaise mouillabilité de la brasure peuvent également être générés et/ou des manques de brasure, qui sont relativement aléatoires et difficilement évitables. La seule solution connue pour résoudre ces problèmes sont d’effectuer des retouches de brasure, parfois nombreuses. Or, chaque retouche de brasure nécessite un cycle complet de brasage, et donc un nouveau traitement thermique à haute température. Comme le traitement thermique est à l’origine des déformations du diffuseur, on comprend que plus le diffuseur est soumis à un nombre élevé de traitements thermiques, plus les déformations sont amplifiées. Pour réduire ces aléas liés au brasage des pales sur le couvercle, les fabricants de diffuseurs centrifuges ont envisagé de remplacer l’opération de brasage par une opération de soudage par faisceau d’électrons, appelés aussi soudage FE. En effet, utiliser un soudage FE permettrait de réduire les aléas de rayons de brasure, de coulures et de mouillage. Cependant, un soudage FE nécessite de fusionner, sur une courte distance, des pièces de massivités différentes et notamment d’épaisseurs différentes. En effet, un couvercle de diffuseur présente une épaisseur d’au moins 2mm, tandis que le sommet des pales, à souder sur le couvercle, présente généralement une épaisseur comprise entre 0,3mm et 2mm. Un exemple d’un profil d’une pale de diffuseur centrifuge est représenté sur la . Cet exemple montre que l’épaisseur de la pale est évolutive, avec une épaisseur maximale d’environ 2mm au centre de la pale et une épaisseur minimale d’environ 0,3mm à 0,5mm aux extrémités de la pale et donc au sommet de la pale. Cette différence de massivité entre le sommet de la pale et le couvercle empêche de fusionner ces deux zones ensemble, notamment par le fait que l’assemblage se fait depuis la face extérieure du couvercle (c'est-à-dire la face opposée à la face sur laquelle est fixée la pale), le faisceau d’électrons étant positionné au-dessus d la face extérieure du couvercle. L’opération d’assemblage par soudage FE de la pale et du couvercle engendre un autre inconvénient. En effet, l’assemblage entre la pale et le couvercle est réalisé traditionnellement, avec la technique de brasage, selon une configuration dite « pale traversante » et une configuration dite « pale non-traversante ». Un exemple de configuration traversante est représenté sur la et un exemple de configuration non-traversante est représentée sur la . En configuration traversante, le sommet 22a de la pale traverse le couvercle 21 par une lumière adaptée et débouche en saillie de la face extérieure 21a du couvercle. En configuration non-traversante, le sommet 22a de la pale est positionné contre la face intérieure 21b du couvercle. Ces deux configurations, utilisées conjointement pour un même diffuseur, ont été définies pour permettre un positionnement du couvercle par rapport aux pales et pour obtenir une résistance mécanique de la jonction améliorée. Si la configuration traversante est adaptée à un assemblage par soudage FE, la configuration non-traversante entraîne une instabilité du faisceau d’électrons avec une déviation dudit faisceau au sommet de la pale lors d’un soudage FE. La représente schématiquement un faisceau d’électrons FE lors du soudage FE à la jonction entre le couvercle 21 et le sommet 22a de la pale 22 du diffuseur, en configuration non-traversante. La déviation du faisceau d’électrons FE, représentée par des flèches de part et d’autre du sommet 22a de la pale, empêche l’assemblage du couvercle et de la pale par fusion locale des matériaux. Les pales montées en configuration non-traversante ne peuvent donc pas être fixées sur le couvercle par soudage FE. Il existe donc un réel besoin d’une solution permettant d’assembler par soudage FE une pale sur un couvercle de diffuseur. Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus de l’assemblage des pales sur un couvercle de diffuseur centrifuge, le demandeur propose un procédé d’assemblage par soudage à forte énergie, comme le soudage FE, dans lequel le faisceau de soudage est guidé au moyen d’une fente réalisée dans la surface du couvercle. Le demandeur propose également un assemblage de pièces métalliques obtenu par ce procédé. Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé d’assemblage d’une première pièce métallique sur une seconde pièce métallique, la première et la seconde pièces métalliques comportant des massivités différentes, caractérisé en ce qu’il comporte les opérations suivantes : réalisation, sur une surface de la première pièce métallique, d’une fente, positionnement de la seconde pièce métallique au droit de la fente de la première pièce métallique, et soudage, à travers la fente, de la seconde pièce métallique sur la première pièce métallique avec un faisceau de soudage à forte énergie, la fente assurant le guidage du faisceau de soudage. Ce procédé permet, en guidant le faisceau de soudage via une fente, d’assembler des pièces métalliques au moyen d’une technique de soudage à forte énergie, même lorsque les pièces métalliques présentent une massivité différente. Dans toute la description, l’expression « pièce métallique » intègre aussi bien une pièce en métal qu’une pièce formée dans un alliage. De plus, on considère que deux pièces ont une « massivité différente » lorsque ces deux pièces présentent des volumes, des dimensions et/ou des épaisseurs relativement distinctes l’une de l’autre, c'est-à-dire dont le rapport entre l’épaisseur de la première pièce métallique (par exemple le couvercle dans les exemples détaillés par la suite) et celle de la seconde pièce métallique (par exemple la pale à son niveau le plus fin, pour les exemples détaillés ci-dessous où la seconde pièce est une pale à épaisseur évolutive) varie entre 1 et 10. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé d’assemblage selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : l’opération de soudage consiste en un soudage par faisceau d’électrons. l’opération de soudage consiste en un soudage par LASER. la seconde pièce métallique est positionnée selon une configuration non-traversante par rapport à la première pièce métallique. la fente réalisée pendant l’opération de réalisation de la fente est traversante, avec une forme sensiblement similaire à un profil de la seconde pièce métallique. Un deuxième aspect de l’invention concerne un assemblage d’une première et d’une seconde pièces métalliques, obtenu par le procédé défini ci-dessus, dans lequel la première pièce métallique est un couvercle de diffuseur centrifuge et la seconde pièce métallique est une pale de diffuseur centrifuge, le couvercle et la pale étant assemblés par une fusion locale du métal desdits couvercle et pale métalliques. Un troisième aspect de l’invention concerne un diffuseur centrifuge pour turbomachine comportant un couvercle métallique et une pluralité de pales métalliques, le couvercle comportant une surface sensiblement plane, les pales s’étendant sensiblement perpendiculairement à la surface plane du couvercle, caractérisé en ce que chaque pale est assemblée avec le couvercle au moyen du procédé tel que défini ci-dessus. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le diffuseur centrifuge selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : certaines de la pluralité de pales sont assemblées avec le couvercle selon une configuration traversante et d’autres de la pluralité de pales sont assemblées selon une configuration non-traversante. chaque pale comporte une portion de pale assemblée avec le couvercle selon une configuration traversante et une portion de pale assemblée avec le couvercle selon une configuration non-traversante. une portion de pale assemblée avec le couvercle selon une configuration non-traversante est localisée à une extrémité de la pale. Un quatrième aspect de l’invention concerne une turbomachine pour aéronef, comportant un diffuseur centrifuge tel que défini ci-dessus, monté en sortie d’un compresseur de ladite turbomachine. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles : La , déjà décrite, représente une vue schématique en coupe longitudinale d’un exemple de turbomachine selon l’état de la technique. La , déjà décrite, représente une vue schématique de côté et une vue schématique en perspective d’un diffuseur selon l’état de la technique, déformé par le traitement thermique de l’opération de brasage. La , déjà décrite, représente une vue schématique du profil d’une pale de diffuseur selon l’état de la technique. La , déjà décrite, représente une vue schématique en coupe d’une jonction couvercle/pale d’un diffuseur selon l’état de la technique lors d’une opération de soudage FE. Les figures 5A et 5B, déjà décrites, représentent des vues schématiques en coupe d’une jonction couvercle/pale d’un diffuseur selon l’état de la technique, respectivement, dans une configuration pale traversante et dans une configuration pale non-traversante. La représente une vue schématique en coupe d’une jonction couvercle/pale d’un diffuseur selon l’invention, avant soudage. La représente une vue schématique en perspective d’un couvercle de diffuseur selon l’invention lorsque des pales sont soudées avec ledit couvercle au moyen d’une soudure à forte énergie. La représente une vue schématique en coupe d’une extrémité de pale soudée sur le couvercle du diffuseur selon l’invention. La représente une vue schématique en perspective de plusieurs pales d’un diffuseur selon l’invention assemblées selon une configuration traversante et non-traversante. La représente un diagramme fonctionnel du procédé d’assemblage selon l‘invention. La représente une vue de dessus et une vue de dessus tronquée d’un exemple du diffuseur selon l’invention avec une zone de configuration non-traversante en bout de pale. Procédé d’assemblage d’une première pièce métallique (21) sur une seconde pièce métallique (22), la première et la seconde pièces métalliques comportant des massivités différentes, caractérisé en ce qu’il comporte les opérations suivantes : réalisation (110), sur une surface de la première pièce métallique (22), d’une fente (23), positionnement (120) de la seconde pièce métallique (22) au droit de la fente (23) de la première pièce métallique, et soudage (130), à travers la fente (23), de la seconde pièce métallique (22) sur la première pièce métallique (21) avec un faisceau de soudage à forte énergie, la fente assurant le guidage du faisceau de soudage. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’opération de soudage (130) consiste en un soudage par faisceau d’électrons. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’opération de soudage (130) consiste en un soudage par LASER. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde pièce métallique (22) est positionnée selon une configuration non-traversante par rapport à la première pièce métallique (21). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la fente (23) réalisée pendant l’opération a) est traversante, avec une forme sensiblement similaire à un profil de la seconde pièce métallique (22). Assemblage d’une première et d’une seconde pièces métalliques, obtenu par le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la première pièce métallique (21) est un couvercle de diffuseur centrifuge et la seconde pièce métallique (22) est une pale de diffuseur centrifuge, le couvercle et la pale étant assemblés par une fusion locale du métal desdits couvercle et pale métalliques. Diffuseur centrifuge pour turbomachine comportant un couvercle métallique (21) et une pluralité de pales métalliques (22), le couvercle comportant une surface sensiblement plane, les pales s’étendant sensiblement perpendiculairement à la surface plane du couvercle, caractérisé en ce que chaque pale (22) est assemblée avec le couvercle (21) au moyen du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5. Diffuseur centrifuge selon la revendication 7, caractérisé en ce que certaines de la pluralité de pales (22) sont assemblées avec le couvercle (21) selon une configuration traversante et d’autres de la pluralité de pales sont assemblées selon une configuration non-traversante. Diffuseur centrifuge selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque pale (22) comporte une portion de pale (22b) assemblée avec le couvercle (21) selon une configuration traversante et une portion de pale (22c) assemblée avec le couvercle (21) selon une configuration non-traversante. Diffuseur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’une portion de pale (22c) assemblée avec le couvercle (21) selon une configuration non-traversante est localisée à une extrémité de la pale. Turbomachine pour aéronef, comportant un diffuseur centrifuge selon l’une quelconque des revendications 7 à 10 monté en sortie d’un compresseur (13) de ladite turbomachine.