BE1031533B1 - ORBITAL FRICTION WELDING PROCESS OF A BLADED DISC OF A TURBOMACHINE COMPRESSOR - Google Patents
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Abstract
L'invention a trait à un procédé de soudage par friction d'aubes (12) sur un disque (2). Une première moitié d'aubes (12.1) est d'abord soudée au disque (2). Des surépaisseurs (15, 23) inhérentes au procédé de soudage par friction et/ou prévues sur les aubes (12.1) et/ou sur le disque (2) sont au moins en partie éliminées par usinage. Puis une seconde moitié des aubes est soudée au disque (2).The invention relates to a method for friction welding blades (12) to a disc (2). A first half of the blades (12.1) is first welded to the disc (2). Extra thicknesses (15, 23) inherent in the friction welding method and/or provided on the blades (12.1) and/or on the disc (2) are at least partially removed by machining. Then a second half of the blades is welded to the disc (2).
Description
PROCÉDÉ DE SOUDAGE PAR FRICTION ORBITALE D’UN DISQUE AUBAGÉORBITAL FRICTION WELDING PROCESS OF A BLADED DISC
DE COMPRESSEUR DE TURBOMACHINETURBOMACHINE COMPRESSOR
DomaineDomain
L’invention a trait à un procédé de soudage d’aubes à un disque ou un tambour, pour former un disque aubagé (« blisk ») ou un tambour aubagé (« blum ») de turbomachine.The invention relates to a method of welding blades to a disk or drum, to form a bladed disk ("blisk") or a bladed drum ("blum") for a turbomachine.
Art antérieurPrior art
Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers états. En particulier, une norme ambitieuse s'applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi à ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.Climate change is a major concern for many legislative and regulatory bodies around the world. Indeed, various restrictions on carbon emissions have been, are being or will be adopted by various states. In particular, an ambitious standard applies both to new types of aircraft but also to those in circulation requiring the implementation of technological solutions in order to make them compliant with current regulations. Civil aviation has been mobilizing for several years now to make a contribution to the fight against climate change.
Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dontTechnological research efforts have already made it possible to significantly improve the environmental performance of aircraft. The Applicant takes into consideration the impact factors in all phases of design and development to obtain less energy-intensive, more environmentally friendly aeronautical components and products, whose
Pintégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d'amélioration de l'efficacité énergétique des avions.Integration and use in civil aviation have moderate environmental consequences with the aim of improving the energy efficiency of aircraft.
Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l'emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité.Consequently, the Applicant is constantly working to reduce its negative climate impact by using methods and operating virtuous development and manufacturing processes and minimizing greenhouse gas emissions to the minimum possible in order to reduce the environmental footprint of its activity.
Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d'avions, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l'emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques.This sustained research and development work focuses on new generations of aircraft engines, the weight reduction of aircraft, particularly through the materials used and the lighter on-board equipment, the development of the use of electrical technologies to ensure propulsion, and, essential complements to technological progress, aeronautical biofuels.
A cet effet, l'invention est le résultat des recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des avions et, en ce sens, contribue à la réduction de l'impact environnemental des avions.To this end, the invention is the result of technological research aimed at significantly improving the performance of aircraft and, in this sense, contributes to reducing the environmental impact of aircraft.
Dans ce contexte, l'invention vise un procédé de soudage par friction pour la réalisation d’un rotor de compresseur de turbomachine.In this context, the invention relates to a friction welding method for producing a turbomachine compressor rotor.
Le soudage par friction est un procédé de soudage dans lequel la chaleur nécessaire pour le soudage est fournie en mettant en mouvement l’une et/ou l’autre des pièces à assembler, les frottant ainsi l’une contre l’autre sous une pression axiale.Friction welding is a welding process in which the heat required for welding is provided by moving one or both of the parts to be joined, thereby rubbing them against each other under axial pressure.
Le document de brevet EP 2 535 516 A1 montre un exemple d'outillage permettant un soudage par friction orbitale. La friction est dite orbitale lorsque le mouvement relatif des pièces à assembler est une translation circulaire, généralement régie par un excentrique, par opposition à la friction linéaire dans laquelle le mouvement relatif est rectiligne.Patent document EP 2 535 516 A1 shows an example of tooling enabling orbital friction welding. Friction is said to be orbital when the relative movement of the parts to be assembled is a circular translation, generally governed by an eccentric, as opposed to linear friction in which the relative movement is rectilinear.
Dans un procédé de soudage par friction, un volume de matière sacrificiel est prévu sur les deux pièces à assembler. Ce volume sacrificiel est amené à être malaxé (cisaillement plastique) et extrudé en dehors de l'interface de contact entre les deux pièces, formant ainsi une bavure, dite « flash », qui sera ensuite éliminée, par exemple par usinage.In a friction welding process, a sacrificial volume of material is provided on the two parts to be joined. This sacrificial volume is caused to be kneaded (plastic shear) and extruded out of the contact interface between the two parts, thus forming a burr, called a "flash", which will then be eliminated, for example by machining.
Un outillage (préhenseur) saisit l'aube et lui impulse son mouvement pour effectuer le soudage. Pour manipuler les aubes, celles-ci peuvent être équipées de surépaisseurs massives, dites plateformes, qui évitent à l'outillage de déformer les aubes lors du soudage.A tool (gripper) grabs the blade and drives its movement to perform the welding. To handle the blades, they can be equipped with massive extra thicknesses, called platforms, which prevent the tool from deforming the blades during welding.
Une plateforme trop fine présente des risques de déformation des aubes et donc des défauts dimensionnels sur la pièce finie (rotor, disque, tambour).A platform that is too thin presents risks of deformation of the blades and therefore dimensional defects on the finished part (rotor, disk, drum).
A l'inverse, une plateforme trop massive limite la « densité » d’aubes qui peuvent être soudées sur un support donné, pour des raisons d’accessibilité de l’outillage de soudage. Cette limite entrave la liberté de conception, ou impose un autre procédé de fabrication que la soudure orbitale pour des rotors ayant de nombreuses aubes.Conversely, a platform that is too massive limits the "density" of blades that can be welded on a given support, for reasons of accessibility of the welding tooling. This limit hinders freedom of design, or imposes a manufacturing process other than orbital welding for rotors with many blades.
Résumé de l’inventionSummary of the invention
Problème techniqueTechnical problem
L’invention vise donc à proposer un procédé de fabrication qui permet d'assembler les aubes par soudage par friction tout en conservant une grande flexibilité de conception, en termes de densité d’aubes, et sans détériorer la qualité dimensionnelle de la pièce finie.The invention therefore aims to propose a manufacturing method which makes it possible to assemble the blades by friction welding while retaining great design flexibility, in terms of blade density, and without deteriorating the dimensional quality of the finished part.
Solution techniqueTechnical solution
L’invention a trait à un procédé de fabrication d’un disque aubagé de compresseur de turbomachine, le procédé comprenant : la fabrication d’un disque avec une rangée annulaire de moignons ; la fabrication d'autant d’aubes que de moignons, les aubes comportant une plateforme destinée à leur manipulation durant l’opération subséquente de soudage ; le soudage par friction d’une première moitié des aubes à une première moitié de moignons, la première moitié de moignons étant constituée d’un moignon sur deux dans la direction circonférentielle ; l’enlèvement au moins partiel, par usinage, des plateformes respectives des aubes de la première moitié d’aubes ; le soudage de la seconde moitié des aubes à la seconde moitié de moignons ; l'enlèvement au moins partiel, par usinage, des plateformes respectives des aubes de la seconde moitié d'aubes.The invention relates to a method for manufacturing a turbomachine compressor bladed disk, the method comprising: manufacturing a disk with an annular row of stubs; manufacturing as many blades as stubs, the blades comprising a platform for handling them during the subsequent welding operation; friction welding a first half of the blades to a first half of the stubs, the first half of the stubs consisting of every other stub in the circumferential direction; at least partially removing, by machining, the respective platforms of the blades of the first half of the blades; welding the second half of the blades to the second half of the stubs; at least partially removing, by machining, the respective platforms of the blades of the second half of the blades.
Ainsi, le fait d’usiner, potentiellement en ébauche, les plateformes de la première moitié d’aubes, permet, même lorsque le rotor nécessite fonctionnellement des aubes très rapprochées, l’accessibilité de l’outilage pour les opérations de soudage. On augmente alors le nombre d’'aubes soudables sur la rangée annulaire de moignons.Thus, machining, potentially in rough form, the platforms of the first half of the blades, allows, even when the rotor functionally requires very close blades, the accessibility of the tooling for welding operations. This increases the number of weldable blades on the annular row of stubs.
En parallèle, cela permet de rendre l’outillage plus massif et plus rigide, et donc de diminuer les déformations (de l’outillage ou de l’aube) lors du soudage. Il s’en suit un meilleur contrôle dimensionnel de l'opération. Par voie de conséquence,At the same time, this makes it possible to make the tooling more massive and more rigid, and therefore to reduce deformations (of the tooling or the blade) during welding. This results in better dimensional control of the operation. As a consequence,
* BE2023/5303 un outillage plus rigide permet d'éloigner la plateforme de la surface à souder de l'aube et/ou d'agrandir les moignons, puisque la déflexion du moignon et la déflexion du pied de l'aube seront moindres avec un outillage plus rigide.* BE2023/5303 more rigid tooling allows the platform to be moved away from the surface to be welded on the blade and/or the stubs to be enlarged, since the deflection of the stub and the deflection of the blade root will be less with more rigid tooling.
Préférentiellement, le disque aubagé est un disque dit: « bi-matière » comprenant deux alliages de titane différents, plus préférentiellement, les aubes sont obtenues à partir d’un alliage Ta6v, et le disque à partir d’un des alliages suivants : Ti17, Ti575, Ti1023.Preferably, the bladed disc is a so-called “bi-material” disc comprising two different titanium alloys, more preferably, the blades are obtained from a Ta6v alloy, and the disc from one of the following alloys: Ti17, Ti575, Ti1023.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le procédé comprend, avant le soudage de la seconde moitié d’aubes, une étape d’enlèvement au moins partiel, par usinage, de chaque bavure résultant du soudage de la première moitié d’aubes. Selon le volume sacrificiel envisagé, la bavure, ou « flash », qui se forme lors du soudage peut être imposante et il peut être utile de l'enlever, au moins en partie, pour assurer l'accessibilité de outillage pour le soudage de la seconde moitié d'aubes.According to an advantageous embodiment of the invention, the method comprises, before welding the second half of the blades, a step of at least partial removal, by machining, of each burr resulting from the welding of the first half of the blades. Depending on the sacrificial volume envisaged, the burr, or "flash", which forms during welding may be large and it may be useful to remove it, at least in part, to ensure the accessibility of the tooling for welding the second half of the blades.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le procédé comprend deux étapes de traitement thermique faisant suite au soudage de chaque moitié des aubes et précédant les opérations d’usinage respectives. Ce traitement thermique permet de relaxer les contraintes internes, il est réalisé avant l’usinage d’ébauche des plateformes et donc avant l'enlèvement par usinage (adaptatif).According to an advantageous embodiment of the invention, the method comprises two heat treatment steps following the welding of each half of the blades and preceding the respective machining operations. This heat treatment makes it possible to relax the internal stresses, it is carried out before the rough machining of the platforms and therefore before the removal by (adaptive) machining.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le disque dispose d’un renfort entourant chaque moignon et le procédé comprend une étape d'enlèvement au moins partiel, par usinage, de chaque renfort d’un moignon sur lequel une aube a été soudée, avant le soudage de la seconde moitié d’aubes.According to an advantageous embodiment of the invention, the disk has a reinforcement surrounding each stub and the method comprises a step of at least partial removal, by machining, of each reinforcement of a stub on which a blade has been welded, before welding the second half of the blades.
Ceci permet de prévoir un imposant renfort qui rigidifie le moignon et qui permet une bonne qualité dimensionnelle du produit fini.This allows for an imposing reinforcement to be provided which stiffens the stump and which allows good dimensional quality of the finished product.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'étape d’enlèvement au moins partiel, par usinage, des plateformes respectives des aubes de la première moitié d'aubes est une étape d’ébauche enlevant uniquement la matière nécessaire à l'accessibilité de l’outillage de soudage de la deuxième moitié des aubes. Par « enlevant uniquement » il faut entendre que la matière enlevée permet de garantir l'accessibilité de l'outillage notamment avec une marge de tolérance de quelques millimètres. L’objectif de l'étape intermédiaire d’usinage n’est pas de s'approcher au plus proche des dimensions nominales de la pièce finie mais bien d'offrir la plus grande flexibilité à la conception du rotor.According to an advantageous embodiment of the invention, the step of at least partial removal, by machining, of the respective platforms of the blades of the first half of the blades is a roughing step removing only the material necessary for the accessibility of the welding tool of the second half of the blades. By "removing only" it is meant that the material removed makes it possible to guarantee the accessibility of the tooling, in particular with a tolerance margin of a few millimeters. The objective of the intermediate machining step is not to get as close as possible to the nominal dimensions of the finished part but rather to offer the greatest flexibility to the design of the rotor.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le procédé comprend une étape d'usinage de finition après l'enlèvement au moins partiel, par usinage, 5 des plateformes respectives des aubes de la seconde moitié d'aubes. Cette étape permet de compléter l’enlèvement de matière des plateformes, des bavures et des éventuels renforts.According to an advantageous embodiment of the invention, the method comprises a finishing machining step after at least partial removal, by machining, of the respective platforms of the blades of the second half of the blades. This step makes it possible to complete the removal of material from the platforms, burrs and any reinforcements.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le procédé comprend une étape de contrôle dimensionnel faisant suite au soudage de la première moitié des aubes et précédant le soudage de la seconde moitié des aubes. Ce contrôle permet de garantir la qualité dimensionnelle de la pièce à un moment intermédiaire de la fabrication, ouvrant la possibilité de rebuter ou corriger des défauts avant que toutes les aubes ne soient soudées au disque. D’autres étapes de contrôle peuvent suivre la phase de soudage de la seconde moitié des aubes.According to an advantageous embodiment of the invention, the method comprises a dimensional control step following the welding of the first half of the blades and preceding the welding of the second half of the blades. This control makes it possible to guarantee the dimensional quality of the part at an intermediate moment in the manufacturing, opening the possibility of rejecting or correcting defects before all the blades are welded to the disk. Other control steps can follow the welding phase of the second half of the blades.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les étapes de soudage par friction sont des étapes de soudage par friction orbitale. Cette technique implique un mouvement complexe des aubes et rend d'autant plus avantageux le fait de libérer de l'espace pour l'accessibilité de l’outillage de soudage.According to an advantageous embodiment of the invention, the friction welding steps are orbital friction welding steps. This technique involves a complex movement of the blades and makes it all the more advantageous to free up space for the accessibility of the welding tooling.
L’invention porte également sur une couronne destinée à la fabrication d’un disque aubagé pour un compresseur de turbomachine, la couronne comprenant un disque avec une rangée annulaire de moignons, et des aubes soudées par friction sur une première moitié de moignons, la première moitié étant constituée d’un moignon sur deux dans la direction circonférentielle, une seconde moitié de moignons étant libres d’aube. Cette couronne constitue une pièce intermédiaire du procédé de fabrication décrit ci-dessus.The invention also relates to a crown intended for the manufacture of a bladed disk for a turbomachine compressor, the crown comprising a disk with an annular row of stubs, and blades friction-welded to a first half of the stubs, the first half consisting of every other stub in the circumferential direction, a second half of the stubs being free of blades. This crown constitutes an intermediate part of the manufacturing method described above.
Ensemble pour la fabrication d’un disque aubagé de compresseur de turbomachine, l'ensemble comprenant un disque avec une rangée annulaire de moignons et autant d’aubes que de moignons, les moignons étant séparés les uns des autres circonférentiellement d’une distance inter-moignons, chaque aube disposant d’une plateforme sensiblement parallélépipédique dont la largeur additionnée à un outillage de maintien de l’aube pendant le soudage, est au plus égale à la distance inter-moignons. De telles plateformes permettent de limiter les déflexions de l'outillage et de l’aube durant le soudage et permettent de garantir la qualité dimensionnelle de la pièce finie.Assembly for manufacturing a turbomachine compressor bladed disk, the assembly comprising a disk with an annular row of stubs and as many blades as there are stubs, the stubs being separated from each other circumferentially by an inter-stub distance, each blade having a substantially parallelepiped platform whose width, added to a tool for holding the blade during welding, is at most equal to the inter-stub distance. Such platforms make it possible to limit the deflections of the tool and the blade during welding and make it possible to guarantee the dimensional quality of the finished part.
Ainsi, les différents aspects de l'invention permettent la conception et la fabrication d’un rotor avec une importante densité circonférentielle d’aubes, où les aubes sont soudées par friction, sans détériorer la qualité structurelle et dimensionnelle du rotor.Thus, the various aspects of the invention allow the design and manufacture of a rotor with a high circumferential density of blades, where the blades are friction welded, without deteriorating the structural and dimensional quality of the rotor.
Description des dessinsDescription of the drawings
La figure 1 montre partiellement le disque et une aube tête-bêche avant assemblage ;Figure 1 partially shows the disc and a head-to-tail blade before assembly;
La figure 2 montre partiellement le disque après le soudage de la première moitié d’aubes ;Figure 2 shows part of the disc after welding the first half of the blades;
La figure 3 illustre le disque après une première étape d'usinage ;Figure 3 illustrates the disc after a first machining step;
La figure 4 montre le disque après le soudage et l’usinage de la seconde moitié d’aubes ;Figure 4 shows the disc after welding and machining of the second half of the blades;
La figure 5 décrit le procédé selon l’invention.Figure 5 describes the method according to the invention.
Description d’un mode de réalisationDescription of an embodiment
Dans la présente demande, le terme « disque aubagé » désigne un ensemble monobloc comprenant un disque ou moyeu généralement axisymétrique et une rangée annulaire d’aubes agencées à la périphérie du disque. Pour faciliter la lecture de la présente demande, la description se focalise sur un « disque » aubagé mais l'invention peut également concerner un « tambour » aubagé, comportant plusieurs rangées d’aubes.In the present application, the term "bladed disk" designates a single-piece assembly comprising a generally axisymmetric disk or hub and an annular row of blades arranged at the periphery of the disk. To facilitate the reading of the present application, the description focuses on a bladed "disk" but the invention may also relate to a bladed "drum", comprising several rows of blades.
Le disque aubagé est destiné à être utilisé à tout étage de compression (soufflante incluse) ou de turbine d’une turbomachine. Préférentiellement, le disque peut être agencé à une position intermédiaire du compresseur.The bladed disc is intended to be used at any compression stage (including the fan) or turbine of a turbomachine. Preferably, the disc can be arranged at an intermediate position of the compressor.
La figure 1 montre un disque 2 et une aube 12 destinés à être assemblés par soudage.Figure 1 shows a disc 2 and a blade 12 intended to be assembled by welding.
Le disque 2 est représenté en partie. Un système de coordonnées cylindriques (A, R, T) peut être utilisé pour matérialiser les directions axiale A, radiale R etDisk 2 is partially represented. A cylindrical coordinate system (A, R, T) can be used to materialize the axial A, radial R and
/ BE2023/5303 tangentielle T. La direction axiale A est selon un axe de symétrie du disque. En fonctionnement, l’axe A est un axe de rotation du disque aubagé./ BE2023/5303 tangential T. The axial direction A is along an axis of symmetry of the disc. In operation, the axis A is an axis of rotation of the bladed disc.
Sur une partie radialement extérieure du disque est agencée une surface 3.On a radially outer part of the disc is arranged a surface 3.
Celle-ci est rehaussée par rapport à une surface extérieure 4 du disque 2, formant ainsi un moignon M. La surface 4 est destinée à constituer une surface de guidage d’un flux d’air. La surface 3 peut être sensiblement située dans un plan perpendiculaire à un rayon du disque 2.This is raised relative to an outer surface 4 of the disk 2, thus forming a stump M. The surface 4 is intended to constitute a surface for guiding an air flow. The surface 3 may be substantially located in a plane perpendicular to a radius of the disk 2.
La surface 3 est délimitée par un contour P qui peut prendre la forme d’un profil d'aube, avec un côté généralement convexe, un côté généralement concave, et deux rayons de raccordements.Surface 3 is delimited by a contour P which can take the form of a blade profile, with a generally convex side, a generally concave side, and two connecting radii.
Le moignon M peut être optionnellement entouré d’un renfort 5 qui forme un épaulement ou un escalier par rapport au moignon M. Le renfort 5 est moins haut radialement que le moignon M. Le renfort 5 peut aussi être plus large tangentiellement, et/ou plus long axialement que le moignon M. Le renfort garantit notamment la raideur transverse du moignon.The stump M may optionally be surrounded by a reinforcement 5 which forms a shoulder or a staircase relative to the stump M. The reinforcement 5 is lower radially than the stump M. The reinforcement 5 may also be wider tangentially, and/or longer axially than the stump M. The reinforcement guarantees in particular the transverse stiffness of the stump.
Un volume de matière sacrificiel, noté V2 et mis en évidence par un trait en pointillés 9, est voué à être extrudé lors de la friction. L’éventuel renfort ne s'élève pas radialement jusqu’à ce volume. Cela permet de s'assurer que même à la fin de l'opération de soudage, l’aube n'entre pas au contact du renfort 5.A sacrificial volume of material, denoted V2 and highlighted by a dotted line 9, is intended to be extruded during friction. Any reinforcement does not rise radially to this volume. This ensures that even at the end of the welding operation, the blade does not come into contact with the reinforcement 5.
Une aube 12 destinée à être assemblée au disque 2 est illustrée à droite sur la figure 1, dans une position avec la tête en bas pour mettre en évidence le fait que l’aube 12 dispose d’une surface 13 délimitée par le même contour P que la surface 3.A blade 12 intended to be assembled to the disk 2 is illustrated on the right in FIG. 1, in a position with the head down to highlight the fact that the blade 12 has a surface 13 delimited by the same contour P as the surface 3.
Pour l’opération de soudage, les surfaces 3 et 13 sont mises en contact l’une de l’autre. L’aube 12 est mise en mouvement tout en subissant un effort (selon la direction R) qui maintient l'aube au contact du disque. Le mouvement de l'aube 12 est un mouvement de translation circulaire (friction orbitale), c’est-à-dire que chaque point de l’aube 12 a la même trajectoire circulaire dans un plan parallèle à la surface 3. Pour être exact, la trajectoire est hélicoïdale mais avec un pas qui correspond à la vitesse de consommation de la matière sacrificielle et qui est donc très petit en comparaison de la vitesse dans le plan du mouvement circulaire. Dans une variante, le mouvement peut être linéaire, chaque point de l'aube décrivant un segment de droite dans un mouvement de va-et-vient. Le segment de droite peut être sensiblement parallèle à l’axe A (= friction linéaire longitudinale) ou à l’axe T (= friction linéaire transversale).For the welding operation, the surfaces 3 and 13 are brought into contact with each other. The blade 12 is set in motion while undergoing a force (in the direction R) which keeps the blade in contact with the disk. The movement of the blade 12 is a circular translation movement (orbital friction), that is to say that each point of the blade 12 has the same circular trajectory in a plane parallel to the surface 3. To be exact, the trajectory is helical but with a pitch which corresponds to the speed of consumption of the sacrificial material and which is therefore very small in comparison with the speed in the plane of the circular movement. In a variant, the movement can be linear, each point of the blade describing a straight line segment in a back-and-forth movement. The straight line segment can be substantially parallel to the axis A (= longitudinal linear friction) or to the axis T (= transverse linear friction).
Un volume de matière sacrificiel du côté de l’aube, noté V12, est voué à être 5 extrudé lors de la friction. Le trait en pointillés 19 matérialise la limite de V12.A sacrificial volume of material on the blade side, denoted V12, is destined to be 5 extruded during friction. The dotted line 19 materializes the limit of V12.
L’aube comprend une plateforme 15 à une distance d de la surface 13. Cette plateforme 15 peut être parallélépipédique, de largeur L, et permet la préhension de l'aube 12 par l'outillage lui impulsant son mouvement. La plateforme 15 permet également de renforcer mécaniquement l’aube 12 pour limiter la déflexion du volume sacrificiel V12 lors de la friction. La distance d est suffisante pour garantir que la plateforme 15 ne rentre pas en contact avec le disque 2 durant l'opération de soudage. Selon les matériaux en présence, la distance d peut être choisie telle que le volume V12 puisse être environ quatre fois plus grand que le volume V2. Un tel ratio entre le volume V12 et V2 est particulièrement valable lorsque l’aube est en alliage de titane Ta6v et que le moignon du disque est en alliage de titane Ti17. Un autre couple de matière amènera un ratio différent (généralement inférieur à 4).The blade comprises a platform 15 at a distance d from the surface 13. This platform 15 can be parallelepipedal, of width L, and allows the blade 12 to be gripped by the tool impelling its movement. The platform 15 also makes it possible to mechanically reinforce the blade 12 to limit the deflection of the sacrificial volume V12 during friction. The distance d is sufficient to ensure that the platform 15 does not come into contact with the disk 2 during the welding operation. Depending on the materials present, the distance d can be chosen such that the volume V12 can be approximately four times greater than the volume V2. Such a ratio between the volume V12 and V2 is particularly valid when the blade is made of titanium alloy Ta6v and the stump of the disk is made of titanium alloy Ti17. Another material pair will bring a different ratio (generally less than 4).
La figure 2 montre une vue en coupe perpendiculaire à l’axe A d’une couronne 18, i.e., produit intermédiaire du procédé de fabrication (détaillé en figure 5). Sur la couronne 18 ont été soudées la moitié des aubes 12. Cette première moitié d'aubes 12.1 occupe une première moitié de moignons, notés M1, qui sont régulièrement espacés autour du disque.Figure 2 shows a cross-sectional view perpendicular to the axis A of a crown 18, i.e., an intermediate product of the manufacturing process (detailed in Figure 5). Half of the blades 12 have been welded onto the crown 18. This first half of blades 12.1 occupies a first half of stubs, denoted M1, which are regularly spaced around the disk.
La figure 2 montre que le soudage de chaque aube 12.1 engendre l'effondrement des volumes sacrificiels V2, V12 qui forment une bavure 23 ou « flash ».Figure 2 shows that the welding of each blade 12.1 causes the collapse of the sacrificial volumes V2, V12 which form a burr 23 or “flash”.
Il est à noter que les moignons M1, M2 comprennent préférentiellement un renfort ou une surépaisseur en pied de moignon (similaire au renfort 5 illustré à la figure 1) non représenté ici pour simplifier la lecture des figures.It should be noted that the stumps M1, M2 preferably include a reinforcement or extra thickness at the foot of the stump (similar to reinforcement 5 illustrated in figure 1) not shown here to simplify the reading of the figures.
La figure 2 illustre en pointillé l’outillage 30 qui maintient l'aube 12.1 pendant le soudage, via la plateforme 15. Un effort radial (vertical sur la figure 2) est appliqué pendant le mouvement de friction et le positionnement latéral (et l’inclinaison) de l’aube sont maîtrisés grâce à la forme de la plateforme 15.Figure 2 illustrates in dotted lines the tooling 30 which holds the blade 12.1 during welding, via the platform 15. A radial force (vertical in Figure 2) is applied during the friction movement and the lateral positioning (and the inclination) of the blade are controlled thanks to the shape of the platform 15.
L’écartement des moignons M peut être matérialisée par une distance inter- moignons D, par exemple une distance curviligne mesurée au niveau de la surface 4.The spacing of the stumps M can be materialized by an inter-stump distance D, for example a curvilinear distance measured at the level of the surface 4.
L’invention prévoit de ne souder qu’une aube sur deux pour ensuite éliminer en partie la plateforme 15 par enlèvement de matière. Ceci permet une conception du rotor avec des aubes rapprochées (D devient plus petit) sans contrainte sur l’outillage 30, et donc sans fragiliser la rigidité de l’outil (ce qui diminuerait la qualité dimensionnelle de la pièce finie et/ou la qualité structurelle de la soudure).The invention provides for welding only one blade out of two and then partially eliminating the platform 15 by removing material. This allows a design of the rotor with closely spaced blades (D becomes smaller) without stress on the tooling 30, and therefore without weakening the rigidity of the tool (which would reduce the dimensional quality of the finished part and/or the structural quality of the weld).
La largeur L de la plateforme peut donc être importante et peut dépasser un tiers de D. Sur la figure 2 qui est une vue en coupe perpendiculaire à l'axe A, la largeur L’ est annotée (qui est un peu plus grande que L étant donnée l'orientation de l’aube autour de l’axe R).The width L of the platform can therefore be significant and can exceed a third of D. In Figure 2, which is a sectional view perpendicular to the axis A, the width L’ is annotated (which is a little larger than L given the orientation of the blade around the axis R).
La figure 3 montre la couronne 18 de la figure 2 après usinage et avant le soudage de la deuxième moitié d’aubes.Figure 3 shows crown 18 of Figure 2 after machining and before welding of the second half of the blades.
Selon la distance disponible entre deux de ces aubes 12.1 (= 2xD), et les dimensions de la plateforme 15 et de l’éventuel renfort 5, l’usinage intermédiaire peut nécessiter l'enlèvement de plus ou moins de matière.Depending on the distance available between two of these blades 12.1 (= 2xD), and the dimensions of the platform 15 and the possible reinforcement 5, the intermediate machining may require the removal of more or less material.
L’usinage peut se faire essentiellement par fraisage. Si l'état de surface ou la précision dimensionnelle de cette étape sont accessoires, l'important est de garantir l’accessibilité de l’outillage 30 (avec une marge de tolérance) pour le soudage des aubes restantes.Machining can be done mainly by milling. If the surface condition or dimensional precision of this step are secondary, the important thing is to guarantee the accessibility of the tool 30 (with a tolerance margin) for welding the remaining blades.
La figure 4 montre le disque aubagé 20, c’est-à-dire la couronne 18 sur laquelle la seconde moitié des aubes 12.2 a été soudée. Les surépaisseurs (bavures, plateformes et éventuel renforts) ont été usinées.Figure 4 shows the bladed disc 20, i.e. the crown 18 on which the second half of the blades 12.2 has been welded. The excess thicknesses (burrs, platforms and possible reinforcements) have been machined.
La figure 5 montre la succession des étapes du procédé de l'invention. En pointillés sont illustrées les étapes optionnelles.Figure 5 shows the sequence of steps of the method of the invention. The optional steps are illustrated in dotted lines.
Le procédé commence par la fabrication 100 du disque 2. Le disque 2 peut être obtenu par forgeage, puis usinage. Le disque 2 peut être à l’état d’ébauche lors du soudage des aubes et il n’est pas exclu que des opérations soient effectuées sur le disque après le soudage des aubes.The process begins with the manufacture 100 of the disc 2. The disc 2 can be obtained by forging, then machining. The disc 2 can be in the rough state when the blades are welded and it is not excluded that operations are carried out on the disc after the blades are welded.
En parallèle, une étape 110 illustre la fabrication des aubes 12.In parallel, a step 110 illustrates the manufacture of the blades 12.
L’étape 120 concerne le soudage de la moitié des aubes au disque. Les plateformes 150 sont ensuite usinées. La deuxième moitié d’aubes est soudée à l'étape 180 et les plateformes de cette deuxième moitié d’aubes sont usinés à l'étape 210.Step 120 involves welding half of the blades to the disk. The platforms 150 are then machined. The second half of the blades is welded at step 180 and the platforms of this second half of the blades are machined at step 210.
D’autres étapes, optionnelles, peuvent venir compléter le procédé, parmi lesquelles l’une ou plusieurs des étapes suivantes : un contrôle dimensionnel ou structurel 130 de la couronne 18 (par exemple contrôle FPI, « fluorescent penetrant inspection »), un traitement thermique 140 l’usinage au moins partie 160 des bavures 23, l’'usinage au moins partiel 170 des renforts 5, le contrôle 190 du disque aubagé 20, son traitement thermique 200, l’'usinage 220 au moins partiel des bavures de la seconde moitié des soudures, l’usinage 230 au moins partiel des renforts 5 des seconds moignons, et un usinage 240 de finition.Other optional steps may be added to the method, including one or more of the following steps: a dimensional or structural inspection 130 of the crown 18 (for example FPI inspection, “fluorescent penetrant inspection”), a heat treatment 140, machining at least part 160 of the burrs 23, at least partial machining 170 of the reinforcements 5, inspection 190 of the bladed disk 20, its heat treatment 200, at least partial machining 220 of the burrs of the second half of the welds, at least partial machining 230 of the reinforcements 5 of the second stumps, and finishing machining 240.
L’étape de fabrication des aubes 110 est illustrée en parallèle des autres étapes.The manufacturing step of the blades 110 is illustrated in parallel with the other steps.
En effet, il n’est pas nécessaire que toutes les aubes 12 aient été fabriquées avant que ne commence l'étape de soudage 120 : une aube à la fois est soudée au disque et compte tenu de la durée des étapes 120 à 170, il est possible d'imaginer réaliser la fabrication des aubes 12 au moins en partie en parallèle de certaines des étapes 120 à 170.Indeed, it is not necessary for all the blades 12 to have been manufactured before the welding step 120 begins: one blade at a time is welded to the disk and given the duration of the steps 120 to 170, it is possible to imagine carrying out the manufacture of the blades 12 at least partly in parallel with some of the steps 120 to 170.
Les étapes d’usinage 150, 160 et 170 peuvent être réalisées dans une même phase d'usinage, c’est-à-dire sans que la couronne 18 ne soit démontée de la table d'usinage. Il peut en être de même des étapes 210 à 240.The machining steps 150, 160 and 170 can be carried out in the same machining phase, that is to say without the crown 18 being removed from the machining table. The same can be true of steps 210 to 240.
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