Brevet FR3148288A1 — publié le 20241101

Four (40) de chauffage ou préchauffage, ce four (40) comportant une enceinte (42), et des éléments (44) de chauffage de l’enceinte jusqu’à une température supérieure à 1000°C, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de tomographie (46) comportant un émetteur (48) de rayons X et un récepteur (50) de ces rayons, l’enceinte (42) étant disposée entre l’émetteur (48) et le récepteur (50) et comportant des parois (54b) transparentes auxdits rayons. Figure pour l'abrégé : Figure 3 FOUR ET PROCEDE DE CHAUFFAGE OU DE PRECHAUFFAGE POUR UNE ANALYSE PAR TOMOGRAPHIE Domaine technique de l'invention L'invention concerne un four et un procédé de chauffage et de préchauffage en particulier pour une analyse par tomographie d’un moule céramique par exemple pour la fabrication d’aubes de rotor d’une turbomachine d’aéronef. Arrière-plan technique De manière connue, une turbomachine comporte une chambre de combustion dans laquelle de l’air et du carburant sont mélangés avant d’y être brûlés. Les gaz issus de cette combustion s’écoulent vers l’aval de la chambre de combustion et alimentent ensuite une turbine haute pression et une turbine basse pression. Chaque turbine comporte une ou plusieurs rangées d’aubes fixes ou de stator (appelées distributeurs) alternant avec une ou plusieurs rangées d’aubes mobiles ou de rotor (appelées roues mobiles), montées et espacées de façon circonférentielle tout autour du rotor de la turbine. Ces aubes de turbine sont soumises aux températures très élevées des gaz de combustion, lesquelles atteignent des valeurs largement supérieures à celles que peuvent supporter sans dommages ces aubes qui sont en contact direct avec ces gaz, ce qui a pour conséquence de limiter leur durée de vie. Afin de résoudre ce problème, il est connu de munir ces aubes de circuits internes de refroidissement présentant des niveaux d’efficacité thermique élevés et visant à réduire la température de ces dernières. Pour ce faire, les aubes sont creuses et on organise à l'intérieur de cavités internes de celles-ci une circulation d'air, air qui est généralement fourni par un circuit de pressurisation d'enceintes internes des turbines, ce circuit étant lui-même alimenté par un ou plusieurs compresseurs de la turbomachine. Comme décrit dans la demande FR-A1-2 961 552, les aubes de turbine sont classiquement réalisées en fonderie à cire perdue, la géométrie des circuits y étant réalisée, selon sa complexité, par le positionnement dans un premier moule d'un ou plusieurs noyaux en céramique dont la surface extérieure forme la surface interne de l'aube finie. Une cire est coulée dans ce premier moule pour former une empreinte du moule avec la cire. La cire englobe le ou les noyaux et est recouverte d’un second moule, appelé moule carapace, qui est réalisé en céramique et qui épouse la forme externe de l’empreinte formée par la cire. La cire est alors supprimée ou retirée de façon à obtenir un ensemble comportant le moule carapace et un ou plusieurs noyaux logés dans ce moule carapace. Il suffit alors de couler un alliage métallique en fusion à l’intérieur de cet ensemble, entre le moule carapace et les noyaux, pour obtenir un brut de fonderie de l’aube après solidification. Avant l’étape de coulée, le moule carapace avec les noyaux à l’intérieur sont soumis à un procédé de préchauffage jusqu’à la température de coulée du métal liquide. Pendant cette étape de préchauffage, la température du moule peut passer de 20°C à 1600°C. Dû aux phénomènes d’expansion thermique et à la différence de coefficients d’expansion thermiques entre le moule carapace et les noyaux, ainsi que des systèmes de fixation des noyaux dans le moule carapace, il est possible que le noyau change de position à l’intérieur du moule carapace. Un tel déport du noyau a pour conséquence que les dimensions de l’aube ne sont plus conformes aux spécifications et l’aube est rebutée. Or, il est nécessaire de bien maitriser les interactions et mouvements entre le moule carapace et les noyaux pour réussir à tenir les tolérances dimensionnelles spécifiées. Malheureusement, il n’est pas possible de faire des observations sur l’interaction noyau/carapace pendant la phase de préchauffage. Pour comprendre les déports des noyaux, il faut se baser sur la simulation numérique et l’expérience empirique. Par contre, il y a beaucoup de paramètres et des conditions peu connues qui réduisent la précision des calculs. Au-delà de cette situation, il est aussi très difficile de déterminer si le déplacement des noyaux à lieu pendant la phase de préchauffage ou pendant et après la coulée du métal liquide. L’invention a pour but d’apporter une moyen d’analyse simple, efficace et économique afin de comprendre l’origine au moins en partie de ces inconvénients. La présente invention concerne un four de chauffage ou préchauffage, ce four comportant une enceinte, et des éléments de chauffage de l’enceinte jusqu’à une température supérieure à 1500°C, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de tomographie comportant un émetteur de rayons X et un récepteur de ces rayons, l’enceinte étant disposée entre l’émetteur et le récepteur et comportant des parois transparentes auxdits rayons. L’invention propose ainsi de combiner un four à haute température (supérieure à 1500°C) avec un dispositif de tomographie. La tomographie est une technique d’imagerie qui permet de reconstruire le volume d’un objet à partir d’une série de mesures effectuées depuis l’extérieur de cet objet. On comprend donc que la tomographie d’un objet situé dans le four, pendant le chauffage ou le préchauffage de cet objet, permettra de suivre les variations de volume de cet objet et en particulier ses déplacements éventuels. Dans le cas d’un ensemble tel que décrit dans ce qui précède, cela permettra de détecter les éventuels déplacements relatifs entre le moule carapace et le ou les noyaux situé(s) dans ce moule. L’invention permet ainsi de mesurer, quantifier et comprendre les phénomènes conduisant au déport du ou des noyau(x) dans un tel ensemble. Le four selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : - le four comprend en outre un plateau situé dans l’enceinte et mobile en rotation autour d’un axe vertical, ce plateau étant destiné à supporter un élément à chauffer ou préchauffer ; -- le plateau mobile du four peut être relié à un plateau ou un bras mobile du dispositif de tomographie de façon à ce que le dispositif commande lui-même la rotation du plateau du four ; -- le dispositif de tomographie est apte à prendre des clichés de l’objet ou de l’ensemble en cours de chauffage ou préchauffage, ces clichés étant utilisés pour la reconstruction en trois dimensions de l’objet ou de l’ensemble à des températures successives ; - l’enceinte a une forme générale parallélépipédique et lesdites parois transparentes sont situées sur deux côtés opposées de l’enceinte ; - les éléments de chauffage sont des résistances électriques ; - les éléments de chauffage s’étendent sur et le long de deux parois parallèles de l’enceinte, qui s’étendent entre les parois transparentes ; les éléments de chauffage du four se trouvent ainsi hors du champ de vision de l’émetteur de rayons X pour éliminer des interférences possibles ; - les autres parois de l’enceinte sont isolées thermiquement de façon par exemple à ce que l’environnement extérieur de l’enceinte ne dépasse pas 40°C ; - les autres parois de l’enceinte sont réalisées dans un matériau isolant à faible densité choisi parmi un céramique ou du graphite ; il peut s’agir de fibres céramiques de préférence rigides, de la céramique de préférence à très haut taux de porosité ou un feutre en graphite de préférence rigide ; dans la présente demande, on entend par faible densité, une densité inférieure ou égale à 1 kg par mètre cubique, on entend par un très haut taux de porosité, un taux de porosité supérieur ou égal à 70% ; - les éléments de chauffage sont aptes à chauffer l’enceinte jusqu’à une température de 1600°C, voire 1700°C. La présente invention concerne également un procédé de chauffage ou de préchauffage au moyen d’un four tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes suivantes : positionnement d’un ensemble comportant un moule carapace en céramique et au moins un noyau en céramique situé dans ledit moule, dans l’enceinte du four, chauffage ou préchauffage de l’ensemble au moyen des éléments de chauffage, et observation par tomographie dudit ensemble lors du chauffage de façon à détecter des déplacements relatifs entre le moule carapace et ledit au moins un noyau. Brève description des figures 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 : La est une vue en perspective d'une aube de turbomachine d’aéronef ; La est une vue schématique en perspective et en coupe d’un ensemble comportant un moule carapace et au moins un noyau, pour la réalisation d’une aube du type de celle de la ; La est une vue très schématique d’un mode de réalisation d’un four de préchauffage ou de chauffage selon l’invention ; et La est une autre vue très schématique du four de la . Description détaillée de l'invention On a représenté à la une aube 10 creuse de rotor pour une turbomachine d’aéronef, et en particulier pour une turbine d’une telle turbomachine. De manière connue, l’aube 10 comporte un pied 12 qui est destiné à être reçu dans un disque de rotor (non représenté) et une pale 14 qui s'étend à partir de ce pied. La pale 14 comporte deux parois, respectivement intrados 16 et extrados 18, qui se rejoignent à une extrémité amont de la pale 14 en un bord d'attaque 20, et à une extrémité aval opposée de la pale en un bord de fuite 22. Les termes amont et aval font référence à l’écoulement des gaz dans la turbine et sur la pale 14 de l’aube 10. A l'intérieur de l'aube 10 se trouve au moins une cavité interne qui est destinée à permettre la circulation d'un flux d'air de refroidissement destiné à refroidir l'aube 10 afin de préserver son intégrité. En effet, les gaz précités sont issus de la chambre de combustion et sont très chauds. Le flux d'air de refroidissement provient d'un circuit interne de pressurisation d'enceintes de la turbomachine, ce circuit interne de pressurisation étant alimenté en air sous pression provenant d'au moins un piquage effectué sur un compresseur de la turbomachine. La cavité interne de l’aube communique avec des surfaces externes 26 des paroi intrados 16 et extrados 18 par l'intermédiaire d'une pluralité d’orifices de refroidissement 28. La présence de ces canaux 28 permet de baigner les surfaces externes 26 de l'aube 10 dans un flux d'air de refroidissement permettant de limiter l'action des gaz chauds sur les surfaces externes 26 de l'aube 10. Conventionnellement, pour fabriquer une telle aube 10, on fabrique d'abord au cours d'une première phase de moulage l'aube 10 pourvue de sa cavité interne par un procédé de moulage à cire perdue. Les orifices 28 sont réalisés par perçage laser ou par électroérosion (EDM) sur l’aube 10 métallique avec le procédé de coulée et solidification. Cette phase de moulage comprend en premier lieu une première étape au cours de laquelle on fabrique au moins un noyau en céramique 32 définissant au moins une contreforme de la cavité interne de l'aube 10 à fabriquer (cf. ). Puis, on place le noyau 32 dans un moule métallique dont des parois internes épousent la forme externe de l’aube 10 à fabriquer. On injecte ensuite une cire dans le moule métallique, entre le noyau 32, et les parois internes du moule. Une fois la cire solidifiée, on procède à l'ouverture du moule et au retrait d’un premier ensemble formé du noyau emprisonné dans la cire solidifiée. On forme sur ce premier ensemble un second moule, appelé moule carapace 34, qui est en céramique et qui épouse une forme externe de cet ensemble (cf. ). On procède au retrait de la cire du moule carapace 34. Il ne reste donc plus qu'un espace libre 36 entre le noyau 32 et le moule carapace 34. Ce retrait est en général effectué par fusion de la cire en plaçant l’ensemble dans un autoclave de décirage. Le moule carapace 34 est soumis à un procédé de cuisson, puis il est préchauffé à une température supérieure à la température de fusion de l’alliage métallique utilisé pour la fabrication de l’aube 10. Ensuite, on réalise une coulée de métal en fusion dans l'espace 36 laissé libre entre le noyau 32 et le moule carapace 34. On ouvre ensuite ou on détruit le moule carapace 34 de façon à ce qu’il ne subsiste plus que le noyau 32 emprisonné dans le métal solidifié. On procède ensuite au retrait du noyau 32 en céramique afin d'obtenir un brut de fonderie de l’aube de rotor 10 creuse. Le retrait est généralement effectué par dissolution chimique dans un autoclave, parfois combiné avec l'immersion de la pièce dans un bain à ultrasons. La présente invention propose un four 40 qui est schématiquement illustré aux figures 3 et 4 et qui peut être utilisé pendant une ou plusieurs des étapes décrits dans ce qui précède. Avantageusement, il est utilisé pour le préchauffage de l’ensemble illustré à la comportant le ou les noyaux 32 et le moule carapace 34. Il est par exemple utilisé pour chauffer cet ensemble depuis une température ambiante jusqu’à au moins 1500°C, de préférence au moins 1600°C, et plus préférence jusqu’à 1700°C. Le métal en fusion est par exemple à 1600°C et le préchauffage de l’ensemble à cette température permet de limiter l’écart de température entre l’ensemble et le métal. Le four 40 comporte une enceinte 42 et des éléments 44 de chauffage de l’enceinte 42. Le four 40 comporte en outre un dispositif de tomographie 46 comportant un émetteur 48 de rayons X et un récepteur 50 de ces rayons. L’enceinte 42 est disposée entre l’émetteur 48 et le récepteur 50 et comporte des parois 54b transparentes aux rayons X. Dans l’exemple représenté, l’enceinte 42 a une forme générale parallélépipédique et comprend donc quatre parois latérales 54 formant les côtés de l’enceinte 42, et deux parois, respectivement supérieure 56, et inférieure 58. Parmi les quatre parois latérales 54, il y a deux parois 54a parallèles en regard qui sont transparentes aux rayons X, et deux autres parois 54b parallèles et en regard qui ne sont pas nécessairement transparentes et qui peuvent donc être opaques aux rayons X. On comprend que les rayons X sont destinés à traverser les parois 54a de l’enceinte 42 et ne sont pas forcément destinés à traverser les parois 54b de l’enceinte 42. Les éléments de chauffage 44 peuvent être situés à l’intérieur de l’enceinte 42 et au niveau des parois 54b pour ne pas gêner la transmission des rayons X. Les éléments de chauffage 44 peuvent s’étendre sur et le long des deux parois 54b. Les éléments de chauffage 44 sont par exemple des résistances électriques. Ils sont aptes à chauffer l’enceinte jusqu’à une température de 1500°C, voire 1600°C. Les parois 54, 56, 58 de l’enceinte 42, et en particulier les parois 54a, 56 et 58, sont de préférence isolées thermiquement de façon par exemple à ce que l’environnement extérieur de l’enceinte 42 ne dépasse pas 40°C. L’isolation des parois est par exemple obtenue en les réalisant dans un matériau isolant à faible densité choisi parmi une céramique ou un graphite. Il peut s’agir de fibres céramiques de préférence rigides, de la céramique de préférence à très haut taux de porosité ou un feutre en graphite de préférence rigide. Le four 40 comprend de préférence un plateau 60 situé dans l’enceinte 42 et mobile en rotation autour d’un axe vertical A. Ce plateau 60 est destiné à supporter l’objet ou l’ensemble à chauffer ou à préchauffer. Ce plateau 60 peut être relié directement à un plateau ou à un bras mobile du dispositif de tomographie 46 de façon à ce que le dispositif puisse commander directement le déplacement en rotation de l’objet ou l’ensemble. L’invention concerne également un procédé de chauffage ou de préchauffage au moyen du four 40 décrit dans ce qui précède pour la fabrication d’une aube 10 telle qu’illustrée par exemple à la . Ce procédé comprenant les étapes suivantes : positionnement de l’ensemble comportant un moule carapace 34 en céramique et au moins un noyau 32 en céramique situé dans le moule 34, dans l’enceinte 42 du four 40, chauffage ou préchauffage de l’ensemble au moyen des éléments de chauffage 44, et observation par tomographie de l’ensemble lors du chauffage de façon à détecter des déplacements relatifs entre le moule carapace 34 et le noyau 32. L’invention permet de mieux comprendre et de maîtriser le déport du noyau 32 à l’intérieur du moule carapace 34 pour améliorer la robustesse du procédé de fabrication d’aubes de rotor à circuit de refroidissement avancé et à très haute valeur ajoutée. Les autres avantages de l’invention sont par exemple : - amélioration de la qualité dimensionnelle des aubes, - validation de la simulation numérique et la modélisation du déport noyau, - réduction des coûts de production, - etc. Four (40) de chauffage ou préchauffage, ce four (40) comportant une enceinte (42), et des éléments (44) de chauffage de l’enceinte jusqu’à une température supérieure à 1500°C, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de tomographie (46) comportant un émetteur (48) de rayons X et un récepteur (50) de ces rayons, l’enceinte (42) étant disposée entre l’émetteur (48) et le récepteur (50) et comportant des parois (54b) transparentes auxdits rayons. Four (40) selon la revendication 1, dans lequel il comprend en outre un plateau (60) situé dans l’enceinte (42) et mobile en rotation autour d’un axe vertical (A), ce plateau (60) étant destiné à supporter un élément à chauffer ou préchauffer. Four (40) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’enceinte (42) a une forme générale parallélépipédique et lesdites parois transparentes (54b) sont situées sur deux côtés opposées de l’enceinte (42). Four (40) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les éléments de chauffage (44) sont des résistances électriques. Four (40) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les éléments de chauffage (44) s’étendent sur et le long de deux parois (54b) parallèles de l’enceinte (42), qui s’étendent entre les parois transparentes (54a). Four (40) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les autres parois (54, 56, 58) de l’enceinte (42) sont isolées thermiquement de façon par exemple à ce que l’environnement extérieur de l’enceinte ne dépasse pas 40°C. Four (40) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les autres parois (54, 56, 58) de l’enceinte (42) sont réalisées dans un matériau isolant à faible densité choisi parmi une céramique ou un graphite. Four (40) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les éléments de chauffage (44) sont aptes à chauffer l’enceinte (42) jusqu’à une température de 1600°C, voire 1700°C. Procédé de chauffage ou de préchauffage au moyen d’un four (40) selon l’une des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes : positionnement d’un ensemble comportant un moule carapace (34) en céramique et au moins un noyau (32) en céramique situé dans ledit moule (34), dans l’enceinte (42) du four (40), chauffage ou préchauffage de l’ensemble au moyen des éléments de chauffage (44), et observation par tomographie dudit ensemble lors du chauffage de façon à détecter des déplacements relatifs entre le moule carapace (34) et ledit au moins un noyau (32).