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WO2024218277A1 - Method for modelling the joining of a blade to a turbine engine rotor stub by orbital welding - Google Patents

Method for modelling the joining of a blade to a turbine engine rotor stub by orbital welding Download PDF

Info

Publication number
WO2024218277A1
WO2024218277A1 PCT/EP2024/060674 EP2024060674W WO2024218277A1 WO 2024218277 A1 WO2024218277 A1 WO 2024218277A1 EP 2024060674 W EP2024060674 W EP 2024060674W WO 2024218277 A1 WO2024218277 A1 WO 2024218277A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
junction
max
section
maximum thickness
blade
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/060674
Other languages
French (fr)
Inventor
Johann PANCRACE
Jeremy Jean-Claude Jacques Louis ESCAFFRE
Yann Jean-Pierre LEFAUX
Original Assignee
Safran Aero Boosters
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aero Boosters filed Critical Safran Aero Boosters
Publication of WO2024218277A1 publication Critical patent/WO2024218277A1/en

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/006Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/1205Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using translation movement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3061Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers by welding, brazing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/34Rotor-blade aggregates of unitary construction, e.g. formed of sheet laminae
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/20Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/20Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F05D2230/239Inertia or friction welding

Definitions

  • the invention relates to a method for modeling a blade junction to a turbomachine rotor, and more particularly to a method for modeling a junction obtained by orbital friction welding of a blade to a stub on a turbomachine rotor.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the invention relates to a method of modeling and orbital friction welding for producing a bladed disk (commonly referred to as: "blisk”) or a bladed drum (commonly referred to as “blum”) for a turbomachine compressor.
  • blisk bladed disk
  • blue bladed drum
  • Orbital friction welding is a welding process in which the parts to be assembled are brought into contact under force and welded by a circular motion generally defined by an eccentric, and accompanied by a uniform tangential speed, so as to generate friction and homogeneous heating at a weld junction between the two parts.
  • progressive machining adapting to the external surface of the blade is then carried out in order to remove the material from the interface which will have been pushed outwards during welding (commonly referred to as: “flash”), so as to avoid any projection linked to the machining.
  • machining after welding may reveal a weld junction of the blade with the rotor disc which may present structural defects and/or material health defects.
  • the welding process disclosed by the document is related to linear friction welding and is not compatible with orbital welding, as it does not allow the orbital welding process to be accurately modeled to control the radial position of the welding zone and to obtain a welded joint that is sound and free of contaminants.
  • the invention aims to solve at least one of the problems posed by the prior art. More specifically, the invention aims to propose a solution for accurately modeling an orbital friction welding process of a blade to a rotor disk stub.
  • the invention is the result of technological research aimed at very significantly improving the performance of aircraft and, in this sense, contributes to reducing the environmental impact of aircraft.
  • the present invention relates to a method for modeling a blade junction to a stub on a turbomachine rotor, by orbital friction welding, comprising the following step:
  • VCA material consumption rate as a function of the following orbital friction welding parameters: eccentricity, frequency and pressure, and of a geometric parameter z of the blade and stump section at the junction;
  • the method further comprises the following step:
  • a maximum thickness e max of the junction as a function of the determined material consumption rate VCA , the geometric parameter z being an average of the mean radii z i sweeping the section of the blade and the stump at the junction at any point i of the periphery of said section.
  • the pressure comprises a forging pressure and/or a pressure applied during an orbital movement of the orbital friction weld.
  • the maximum thickness e max determined and the material consumption rate VCA determined are all the greater as the geometric parameter z is small and vice versa.
  • the mean radii z i sweeping the section of the blade and the stump at the junction at any point i of the periphery of said section are strictly contained in said section.
  • the mean radii z i sweeping the section of the blade and the stump at the junction at any point i of the periphery of said section completely sweep said section.
  • the maximum thickness e max determined and the material consumption rate VCA determined are all the smaller as the eccentricity decreases and vice versa.
  • the maximum thickness e max determined and the material consumption rate VCA determined are all the smaller as the frequency decreases and vice versa.
  • the determination of the maximum thickness e max and the material consumption rate VCA is based on experimental orbital friction welding data, where for each welding operation the material consumption rate VCA is measured and correlated with the eccentricity, the frequency, the pressure and the geometric parameter z .
  • the correlations of the experimental data are made so as to provide a model for determining the rate of consumption of material VCA and possibly the maximum thickness e max .
  • the invention also relates to a method of orbital friction welding a blade to a stub on a turbomachine rotor to form a junction, comprising the following step:
  • a maximum thickness e max of the junction as a function of the determined material consumption rate VCA and as a function of a geometric parameter z corresponding to an average of the mean radii z i sweeping the section of the blade and the stump at the junction at any point i of the periphery of said section.
  • determination of a material consumption rate VCA corresponds to a measurement on the machine and/or the tooling performing the orbital welding.
  • the determination of the maximum thickness e max of the junction is also based on the following orbital friction welding parameters: eccentricity, frequency and forging pressure, said parameters being determined by measurement on the machine and/or the tooling performing the orbital welding.
  • the welding method further comprising a step of comparing the maximum thickness e max determined with an interval of values of the maximum thickness e max predefined during a modeling method of the blade junction to the stump, said modeling method being according to the invention.
  • the invention also relates to a method for dimensioning a blade and a corresponding stub on a turbomachine rotor, intended to be joined by orbital friction welding, according to a maximum thickness e max of the predetermined junction, remarkable in that the dimensioning method comprises an iteration of determining the maximum thickness e max of the junction according to different dimensions of the junction, according to a modeling method according to the invention.
  • the different dimensions of the junction, in the iteration of determining the maximum thickness e max of the junction are selected so as to correspond to different values of the geometric parameter z .
  • the iteration of determining the maximum thickness e max of the junction according to different dimensions of the junction is stopped when the maximum thickness e max determined corresponds to the maximum thickness e max of the junction predetermined with a given tolerance.
  • the measures of the invention are particularly advantageous in that the determination of the material consumption rate VCA , in particular as a function of the geometric parameter z of the junction section, makes it possible to ensure an efficient and precise estimation of the maximum thickness e max of said junction.
  • Modeling the junction by determining its maximum thickness e max allows, from the design stage, to define an optimal dimensioning of the radial extents of the blades and the stubs so as to guarantee an optimal radial position of a weld plane of the junction before orbital welding.
  • the contact section presented between the blades and the stubs is also dimensioned by means of a robust process so as to ensure homogeneity of the mixing of the material and thus obtain a healthy welded junction free of defects.
  • FIG. 1 There schematically illustrates a side view of a blade joined to a stub extending radially from a turbomachine rotor, having an orbital friction welded junction comprising a maximum thickness e max determined by a method of modeling the junction according to the invention
  • junction section of the showing three measurement marks of the maximum thickness of the welded joint, with two of these joint sections identical;
  • the terms “internal” and “external” refer to a positioning relative to the axis of rotation of an axial turbomachine.
  • the axial direction corresponds to the direction along the axis of rotation of the turbomachine, the lengths being measured axially.
  • the widths are measured along the circumference.
  • the radial direction is perpendicular to the axis of rotation.
  • the upstream and downstream refer to the main flow direction of the flow in the turbomachine.
  • FIG. 1 There schematically illustrates a side view of a blade 4 joined to a stub 6 extending radially from an external surface 8 of a turbomachine rotor 2, having a junction 10 welded by orbital friction comprising a maximum thickness e max determined by a method of modeling the junction according to the invention.
  • the junction 10 has a diabolo or butterfly shape, with a wider peripheral end (in the radial direction) than its inner central part, this is due to a concentration of the excess material displaced during orbital welding.
  • the maximum thickness e max is measured at the peripheral end of the junction 10.
  • the present invention proposes a modeling method and a method of dimensioning the blades 4 and the stubs 6 so as to allow the manufacture of a bladed disk for a turbomachine.
  • the bladed disk is a mobile wheel intended to be arranged upstream of an air flow separation nozzle in a turbomachine.
  • the external surface 8 corresponds to an air guide surface of a fluid stream along the turbomachine.
  • the bladed disk may correspond to a drum-type rotor belonging to a high-pressure or low-pressure compressor.
  • the bladed disk is a so-called “bi-material” disk comprising two different titanium alloys.
  • the blades 4 can be made from a Ta6v alloy, and the rotor disk 2 from one of the following alloys: Ti17, Ti575, Ti1023.
  • the mixture of the two different titanium alloys presents easier machinability, and makes it possible to achieve a gain in mass compared to a solution based, for example, solely on a Ti17 alloy, this is notably due to a density of Ta6v which is slightly lower than that of Ti17.
  • the Ti17 alloy was preferentially chosen for the disc part for its good HCF (High Cycle Fatigue) and LFC (Low Cycle Fatigue) fatigue characteristics.
  • a Ti17 disc will also display a greater margin in burst speed than a Ta6v disc.
  • the Ta6v alloy was chosen because it provides the blades with a higher elongation at break (better impact resistance), and better crack propagation behavior which results in better durability to low energy impacts.
  • junction 10 comprises a weld plane 10.1 illustrated in a central position relative to the maximum thickness e max of said junction 10.
  • the determination of the e max makes it possible to control the radial position h of the weld plane 10.1 from the external surface 8 of the rotor 2, as well as to size the radial extent of the blade 4 and the stub 6, prior to the manufacture of the bladed disk.
  • the method of modeling the junction 10 comprises a step of determining the maximum thickness e max as a function of a material consumption rate VCA (which can be expressed in mm/s) which is presented at the contact interface between the blade 4 and the stub 6 during orbital friction welding.
  • VCA material consumption rate
  • the method of the invention makes it possible to determine the material consumption rate VCA analytically by an estimation as a function of a geometric parameter z of the section of the blade 4 and the stub 6 at the junction 10, and also as a function of the following orbital friction welding parameters: eccentricity (corresponding to the eccentric e of the orbital oscillation movement during welding); frequency (oscillation speed); and the pressure applied during the maximum axial consumption phase during the orbital movement.
  • the welding parameters can be predefined as input instructions on a welding machine prior to the execution of said welding.
  • the section of the blade 4 and the stub 6 at the junction 10 preferably corresponds to a flat section.
  • Each stub 6 of the disk and the corresponding blade 4, which are intended to be welded by orbital friction, have an identical junction section.
  • the analytical estimation of the VCA material consumption rate is based on experimental orbital friction welding data, for example by means of test specimens using the same orbital welding parameters, where for each welding operation the actual VCA rate is measured and correlated with the eccentricity, frequency, forging pressure and geometric parameter z .
  • a model for determining the VCA rate can be defined.
  • the maximum thickness e max determined by means of the modeling method of the invention makes it possible, prior to orbital welding, to control the radial position h of the welding plane 10.1, and thus to size the radial extent of each of the blade 4 and the stub 6.
  • section 11 of the blade 4 and/or the stub 6 at the weld junction 10 visible in the .
  • section 11 is identical for blade 4 and for stub 6 of rotor 2.
  • Section 11 is modeled from an aerodynamic profile 4.1 of the blade 4, preferably, the latter includes a section widening by means of an excess thickness e corresponding, more preferably, to the eccentric e of the orbital oscillation movement during welding.
  • the eccentric e corresponds to the offset value of the tool (for holding the blade) and the disk relative to a reference center, making it possible to create the orbital oscillation movement.
  • the eccentric corresponds to the distance between the axis of rotation of the tool and the central point around which it performs its orbital movement.
  • the excess thickness e is not necessarily constant around profile 4.1; it may present variations around said profile 4.1.
  • a sacrificial volume of material (extending essentially radially) is provided on each of the blades 4 and the stubs 6 to be assembled. This sacrificial volume is caused to be extruded outside the contact interface between the sections 11, thus forming a burr, commonly referred to as: "flash", which will then be eliminated, to reach the profile 4.1 of the blade.
  • the widening of the contact section makes it possible to avoid the recirculation of the material (potentially harmful because it prevents the evacuation of impurities) towards narrower regions of the section of the final aerodynamic profile 4.1 of the blade and thus to ensure thermal homogeneity during welding, precisely in the final section 4.1 of the blade 4.
  • an excess thickness e at least equal to the value of the eccentric, this means that the points of the final aerodynamic surface 4.1 are always in contact during welding (between the stump and the blade). Unlike the points in this excess thickness e which, by the orbital movement, are in contact with the opposite surface only during part of the orbital oscillation movement.
  • the resulting local VCA speeds are more homogeneous, which allows the blade profile 4.1 to be preserved more and a stronger joint to be obtained.
  • the modeled section 11 makes it possible to determine the geometric parameter z .
  • z is an average of the mean radii z i sweeping the section 11 at any point i of its periphery 11.1.
  • Each of the mean rays z i corresponds to an average length z i of rays z i, ⁇ extending entirely in the section 11 from a point i to the periphery 11.1 and sweeping said section 11.
  • the rays z i, ⁇ correspond to projections of the point i onto an entire portion of the periphery 11.1 which is opposite said point i .
  • the evolution of the mean radii z i on the periphery of the section 11 to be welded physically represents the homogeneity of the length to be sheared during rotation (orbital movement during welding) and therefore the homogeneity of the material flow rate expelled in the flash along the contour of the blade. It is representative of the homogeneity of ejection of contaminants from the weld.
  • the determination of the geometric parameter z includes the determination of the mean radius z i for the plurality of points i over the entire periphery 11.1.
  • the determination of the geometric parameter z is an automated process using a computer algorithm.
  • an algorithm applying a method of the type: "ray tracing” can be adapted, the latter also being known under the English name “ray tracing”.
  • the inventors have wisely adopted an innovative approach by introducing the ray tracing technique, which is hitherto unknown in the field of mechanics. They realized that this is the optimal way to characterize the junction section intended for orbital friction, in order to arrive at a more accurate estimation of the VCA material consumption rate and therefore of the radial position (height) of the weld, and this prior to the orbital welding operation.
  • the ray tracing method on section 11 can be performed using the following steps:
  • the number of rays z i, ⁇ projected preferably depends on an angle ⁇ between 0.001° and 10°;
  • Figures 3 and 4 illustrate an example of projection of rays z A, ⁇ and z B, ⁇ , respectively, from points A and B of the periphery 11.1.
  • the two points A and B correspond to the two points which have allowed, respectively, the measurement of an average length z A and an average length z B .
  • the determination of the geometric parameter z for section 11 corresponds to the calculation of the average of all the average lengths z i , for example, 2000 average lengths including the average lengths z A and z B .
  • section 11 when determining a mean radius z A sweeping said section 11 from a point A of the periphery 11.1.
  • rays z A, ⁇ are projected onto a portion of the periphery 11.1 visible from said point A.
  • the rays z A, ⁇ can be between two extreme rays z A, ⁇ tangent to the periphery 11.1.
  • the number of projected rays z A, ⁇ can depend on the chosen angle ⁇ , the latter allows to establish the precision of determination of the average radius z A.
  • the angle ⁇ can be between 0.001° and 10°.
  • the mean radius z A thus corresponds to the mean of all the projections z A, ⁇ .
  • section 11 when determining a mean radius z B sweeping said section 11 from a point B of the periphery 11.1.
  • the angle ⁇ is identical for all the projections of the rays z i, ⁇ for the plurality of points i of the periphery 11.1.
  • the number of points i of the periphery 11.1 from which the rays will be projected is approximately 2000 points, this number being able to vary according to the desired calculation precision.
  • the rays z B, ⁇ are projected from point B onto a portion of the periphery 11.1 visible at said point B.
  • the mean ray z B corresponds to the average of all the projections z B, ⁇ .
  • the geometric parameter z is therefore the average of all the mean radii z i (including the mean radii z A and z B ,) of the points i of the entire periphery 11.1.
  • the geometric parameter z corresponds to a geometric dimension that can be expressed in mm.
  • this parameter z is the optimal dimension that best distinguishes the geometric shape of the section 11 and thus ensures a precise correlation between the weld parameters and the VCA speed.
  • the surfaces of the section 11 comprising the projected rays z i, ⁇ from each point i can be assimilated to the mixing surface of the material during orbital friction welding (without being limited by a particular theory).
  • the geometric parameter z allows to take into account the specificities of orbital friction welding in the manufacturing process. Indeed, the friction force provided during welding rotates cyclically, which implies that a weld point at the end of section 11 (eg point A or B) sees a fraction of section 11 of the blade between the two extreme projected radii ( z A, ⁇ or z B, ⁇ ), the latter can therefore be assimilated to equivalent lengths of material to be sheared.
  • the parameter z is relevant because it allows to take into account more the camber of the specific shape of the periphery 11.1, in a better way than the area of said section 11 or the chord of its profile.
  • the dimensioning method of the present invention makes it possible to act iteratively on the shape of the section 11 so as to reach a predefined maximum thickness e max , while the parameters of the orbital friction welding from which the VCA speed is predetermined remain constant.
  • the shape of section 11 is modified by acting on the excess thickness.
  • the excess thickness e can be kept, and a second excess thickness can be used to further widen the narrowest regions of section 11, i.e. widening at the ends 11.2, 11.3.
  • the modification of section 11 can be carried out manually using modeling software, or automatically by a specific computer algorithm.
  • section 11 results in a change in the value of the geometric parameter z, which influences the determined VCA speed as well as the e max .
  • the maximum thickness e max is determined, and this iteratively until said e max determined corresponds to the e max initially predefined, with a tolerance of ⁇ 5%.
  • the last joint section modeled before stopping the iteration is the one that will be used for orbital welding of the blade to the disk, said section will be widened enough with respect to the blade profile to ensure constant material mixing and VCA speed during welding, thus obtaining a welded joint with better structural quality and free of recesses and contaminants.
  • the dimensioning method of the invention therefore makes it possible to define both an optimal radial position of the welding plane and an ideal junction section. This is done prior to the manufacture of the bladed disk, so as to allow anticipation of the stresses that may be exerted on the junction following possible impacts of debris on the blades.
  • the bladed disk obtained by orbital welding of the blades to the stubs dimensioned by the method comprises junctions positioned radially in an optimal manner, each of said junctions advantageously comprising an improved structural and dimensional quality.
  • the welding method of the invention makes it possible, during the manufacture of the turbomachine bladed disk, to estimate the maximum thickness e max for each orbital weld made between the blade and the stub, from the geometric parameter z , and by measuring the VCA speed and the forging pressure directly on the welding machine used.
  • the geometric parameter z can be the one used when modeling the section to be welded, or measured on the blade and/or on the stump before the welding operation, for example, by means of an image recognition measurement.
  • the welding method of the invention makes it possible to validate the value of the maximum thickness e max estimated during each weld without requiring a physical inspection of the part (eg by making cuts and micrographs), thus ensuring efficiency and considerable time savings during the manufacture of the bladed disc.
  • the validation includes a comparison of the estimated maximum thickness e max with thickness values between predetermined limit boundaries, for example, when modeling the junction.
  • these limit boundaries make it possible to comply with certain design criteria (eg critical threshold N1/N2 for crack propagation, tolerance interval involving parametric and/or height and/or inclination variabilities of the junction, etc.).
  • the comparison of the e max determined (by measuring the VCA and the z parameter) during orbital welding can be carried out with the e max calculated during modeling, which makes it possible to quantify the influence of the real welding parameters (measured on the machine) on the thickness of the modeled junction and thus validate the welds during the manufacture of the bladed disc without requiring destructive cutting of the bladed disc.
  • the junction section S of each of the blade 4 and stub 6 comprises a total surface area greater than or equal to 200 mm2 and less than or equal to 7000 mm2, and more preferably between 2000 mm2 and 3000 mm2.
  • the scale visible to the right of the corresponds to the mapping of the evolution of the value of z i , this being normalized to 1, i.e. the maximum value of z i in section 11 is equal to 1.
  • the points i of the periphery 11.1 at the ends 11.2 and 11.3 of the section 11 have the means z i of the rays z i, ⁇ launched from said points i which are the weakest compared to the means z i of rays z i, ⁇ launched from points i which are positioned between the ends 11.2, 11.3.
  • the present invention makes it possible to model the welding process in order to accurately determine both the e max which is the maximum thickness of the joint on the welded joint profile and the material consumption rate VCA , upstream of the orbital welding operation.
  • the material consumption rate VCA is here determined analytically according to the present invention, as a function of the geometric parameter (parameter z ), the value of the eccentric e , the orbital oscillation frequency f , and the pressure applied during the orbital movement.
  • the maximum thickness e max is then determined as a function of the previously determined VCA rate and the parameters z.
  • the geometric parameter z is able to take into account specific details of the shape of the section, such as its camber, unlike a simple measurement of the area or widths or according to other methods of the prior art which are not able to take them into account. These details of the shape of the junction section that the geometric parameter z is able to intrinsically take into account, make it possible to arrive with greater precision at a determination of the maximum thickness e max , then at the determination of the radial height of the welded junction.
  • Welds were made on the same machine and with constant welding parameters, i.e. eccentricity, oscillation frequency, forging speed and pressure which remain unchanged, only the shape of the sections which is modified.
  • the thickness measurements of the welded joints were carried out on a large number of welds. These measurements made it possible to show that the thickness variation profile of the joint over the entire welded section depended only on the z i factors while the overall amplitude of this thickness variation profile depended on the welding parameters.
  • the maximum measured thickness of the welded joint from two identical sections 11 is equal to 0.97 mm, for a z parameter equal to 25 mm.
  • junction section 11 of the showing three measurement marks of the e max of the welded joint 11, with two of these joint sections 11 identical. Each mark defines the total local width of the section, following the corresponding direction illustrated in dotted lines.
  • Figures 7A to 7C represent graphs showing the normalized evolution of the thickness of the joint of section 11 of the , measured on the welds made and estimated numerically using the z parameter.
  • the S plots are preferably obtained by simulation provided by an artificial intelligence which bases the determination of the e max as a function of the material consumption rate VCA as well as as a function of the parameter z according to the present invention.
  • the inventors had the inventive approach of introducing the ray tracing method described above, an unconventional technique in the field of mechanics, to characterize the junction section in order to take into consideration all directions of friction. Indeed, the scanning of the section with rays z i, ⁇ launched from each of all points i of its periphery, is similar to the movements of mixing material between the surfaces in contact during orbital welding, said movements being in all directions and over 360°.
  • the z parameter allows to estimate the welding results ( VCA , e max ) with sufficient precision at an early stage of the process (when modeling the shape of the joint section and before welding is performed).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for modelling the joining (10) of a blade (4) to a stub (6) on a turbine engine rotor (2), by orbital-friction welding, which comprises the following step: determining a material consumption rate VCA as a function of the following orbital-friction welding parameters: eccentricity, frequency and pressure, and of a geometric parameter z of the section of the blade and of the stub at the junction; characterised in that the method further comprises the following step: determining a maximum thickness e max of the junction as a function of the determined material consumption rate VCA, the geometric parameter z being an average of the mean radii z sweeping across the section at the junction at any point i of the periphery of said section.

Description

PROCÉDÉ DE MODÉLISATION D’UNE JONCTION D’AUBE À UN MOIGNON DE ROTOR DE TURBOMACHINE PAR SOUDAGE ORBITALMETHOD FOR MODELING A BLADE JUNCTION TO A TURBOMACHINE ROTOR STUMP BY ORBITAL WELDING

L’invention a trait à un procédé de modélisation d’une jonction d’aube à un rotor de turbomachine, et plus particulièrement à un procédé de de modélisation d’une jonction obtenue par soudage par friction orbitale d’aube à un moignon sur un rotor de turbomachine.The invention relates to a method for modeling a blade junction to a turbomachine rotor, and more particularly to a method for modeling a junction obtained by orbital friction welding of a blade to a stub on a turbomachine rotor.

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 dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions.Technological 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 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 covers 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 provide propulsion, and, as an essential complement 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 modélisation et de soudage par friction orbitale pour la réalisation d’un disque aubagé (communément désigné par : « blisk ») ou un tambour aubagé (communément désigné par « blum ») de compresseur de turbomachine.In this context, the invention relates to a method of modeling and orbital friction welding for producing a bladed disk (commonly referred to as: "blisk") or a bladed drum (commonly referred to as "blum") for a turbomachine compressor.

Le soudage par friction orbitale est un procédé de soudage dans lequel les pièces à assembler sont mises en contact sous effort et soudées par une mise en mouvement circulaire généralement définit par un excentrique, et accompagné d’une vitesse tangentielle uniforme, de manière à générer un frottement et un échauffement homogène au niveau d’une jonction de soudure entre les deux pièces.Orbital friction welding is a welding process in which the parts to be assembled are brought into contact under force and welded by a circular motion generally defined by an eccentric, and accompanied by a uniform tangential speed, so as to generate friction and homogeneous heating at a weld junction between the two parts.

Il est par ailleurs connu d’avoir recours au soudage par friction linéaire, il s’agit d’un procédé de soudage dans lequel la chaleur nécessaire est créée par un mouvement de va-et-vient des interfaces à souder. Cependant, le soudage par friction orbital présente plusieurs avantages par rapport à la friction linéaire, par exemple, le mouvement relatif entre les deux interfaces est continu grâce au mouvement de friction circulaire, ce qui apporte une meilleure homogénéité thermique. Contrairement au mouvement linéaire pour lequel la vitesse relative des deux pièces devient nulle à chaque demi-période d’oscillation. De plus, le temps de cycle d’un soudage orbital est considérablement inférieur à celui du soudage par friction linéaire (respectivement environ 2 minutes comparé à environ 5 minutes).It is also known to use linear friction welding, this is a welding process in which the necessary heat is created by a back and forth movement of the interfaces to be welded. However, orbital friction welding has several advantages over linear friction, for example, the relative movement between the two interfaces is continuous thanks to the circular friction movement, which provides better thermal homogeneity. Unlike linear movement for which the relative speed of the two parts becomes zero at each half-oscillation period. In addition, the cycle time of orbital welding is considerably lower than that of linear friction welding (respectively approximately 2 minutes compared to approximately 5 minutes).

Le document de brevet publié EP 2 535 516 A1 divulgue un procédé de soudage par friction orbitale d’aubes à un rotor de turbomachine dans lequel, une fois une consommation matière est atteinte dans une zone de soudage entre l’aube et le disque, le mouvement orbital est stoppé à une position de référence, et un effort de forgeage est exercé sur l’aube contre le rotor afin de former la soudure.Published patent document EP 2 535 516 A1 discloses a method of orbital friction welding of blades to a turbomachine rotor in which, once a material consumption is reached in a welding zone between the blade and the disk, the orbital movement is stopped at a reference position, and a forging force is exerted on the blade against the rotor in order to form the weld.

Après la soudure, un usinage évolutif s’adaptant à la surface externe de l’aube est ensuite réalisé afin d’enlever la matière de l’interface qui aura été repoussée vers l’extérieur lors de la soudure (communément désignée par : « flash »), de manière à éviter tout ressaut lié à l’usinage.After welding, progressive machining adapting to the external surface of the blade is then carried out in order to remove the material from the interface which will have been pushed outwards during welding (commonly referred to as: “flash”), so as to avoid any projection linked to the machining.

Toutefois, l’usinage après la soudure peut révéler une jonction de soudure de l’aube avec le disque rotorique qui risque de présenter des défauts structurels et/ou des défauts de santé matière.However, machining after welding may reveal a weld junction of the blade with the rotor disc which may present structural defects and/or material health defects.

Le document de brevet publié EP 2 409 807 A2 divulgue un procédé de fabrication d’aubes et disques combinés profilés, dans lequel chacune des aubes présente un moignon à souder au disque par friction linéaire. Le document propose une modélisation du processus de soudage linéaire comprenant une estimation de la vitesse de consommation de matière « BOR » basée sur des largeurs de la section du moignon mesurées suivant une direction d’oscillation linéaire.Published patent document EP 2 409 807 A2 discloses a method for manufacturing combined profiled blades and discs, in which each of the blades has a stub to be welded to the disc by linear friction. The document proposes a modeling of the linear welding process including an estimation of the material consumption rate “BOR” based on widths of the stub section measured along a linear oscillation direction.

Toutefois, le procédé de soudage divulgué par le document est en rapport avec un soudage par friction linéaire et n’est pas compatible avec le soudage orbital, car ne permet pas de modéliser avec précision le processus de soudage orbital pour maîtriser la position radiale de la zone de soudage et d’obtenir une jonction soudée qui soit saine et excepte de contaminants.However, the welding process disclosed by the document is related to linear friction welding and is not compatible with orbital welding, as it does not allow the orbital welding process to be accurately modeled to control the radial position of the welding zone and to obtain a welded joint that is sound and free of contaminants.

L’invention a pour objectif de résoudre au moins un des problèmes posés par l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer une solution permettant de modéliser avec précision un processus de soudage par friction orbitale d’une aube à un moignon de disque rotorique.The invention aims to solve at least one of the problems posed by the prior art. More specifically, the invention aims to propose a solution for accurately modeling an orbital friction welding process of a blade to a rotor disk stub.

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. Pour cela, la présente invention a pour objet un procédé de modélisation d’une jonction d’aube à un moignon sur un rotor de turbomachine, par soudure à friction orbitale, comprenant l’étape suivante :The invention is the result of technological research aimed at very significantly improving the performance of aircraft and, in this sense, contributes to reducing the environmental impact of aircraft. For this purpose, the present invention relates to a method for modeling a blade junction to a stub on a turbomachine rotor, by orbital friction welding, comprising the following step:

détermination d’une vitesse de consommation de matière VCA en fonction des paramètres de soudure par friction orbitale suivants : excentricité, fréquence et pression, et d’un paramètre géométrique z de la section de l’aube et du moignon au niveau de la jonction ;determination of a VCA material consumption rate as a function of the following orbital friction welding parameters: eccentricity, frequency and pressure, and of a geometric parameter z of the blade and stump section at the junction;

remarquable en ce que le procédé comprend, en outre, l’étape suivante :remarkable in that the method further comprises the following step:

détermination d’une épaisseur maximale e max de la jonction en fonction de la vitesse de consommation de matière VCA déterminée, le paramètre géométrique z étant une moyenne des rayons moyens z i balayant la section de l’aube et du moignon au niveau de la jonction en tout point i de la périphérie de ladite section.determination of a maximum thickness e max of the junction as a function of the determined material consumption rate VCA , the geometric parameter z being an average of the mean radii z i sweeping the section of the blade and the stump at the junction at any point i of the periphery of said section.

Avantageusement, la pression comprend une pression de forgeage et/ou une pression appliquée lors d’un mouvement orbital de la soudure à friction orbitale.Advantageously, the pressure comprises a forging pressure and/or a pressure applied during an orbital movement of the orbital friction weld.

Selon un mode avantageux de l’invention, l’épaisseur maximale e max déterminée et la vitesse de consommation de matière VCA déterminée sont d’autant plus grandes que le paramètre géométrique z est petit et vice versa.According to an advantageous embodiment of the invention, the maximum thickness e max determined and the material consumption rate VCA determined are all the greater as the geometric parameter z is small and vice versa.

Selon un mode avantageux de l’invention, les rayons moyens z i balayant la section de l’aube et du moignon au niveau de la jonction en tout point i de la périphérie de ladite section sont strictement contenu dans ladite section.According to an advantageous embodiment of the invention, the mean radii z i sweeping the section of the blade and the stump at the junction at any point i of the periphery of said section are strictly contained in said section.

Selon un mode avantageux de l’invention, les rayons moyens z i balayant la section de l’aube et du moignon au niveau de la jonction en tout point i de la périphérie de ladite section balayent totalement ladite section.According to an advantageous embodiment of the invention, the mean radii z i sweeping the section of the blade and the stump at the junction at any point i of the periphery of said section completely sweep said section.

Selon un mode avantageux de l’invention, l’épaisseur maximale e max déterminée et la vitesse de consommation de matière VCA déterminée sont d’autant plus petites que l’excentricité diminue et vice versa.According to an advantageous embodiment of the invention, the maximum thickness e max determined and the material consumption rate VCA determined are all the smaller as the eccentricity decreases and vice versa.

Selon un mode avantageux de l’invention, l’épaisseur maximale e max déterminée et la vitesse de consommation de matière VCA déterminée sont d’autant plus petites que la fréquence diminue et vice versa.According to an advantageous embodiment of the invention, the maximum thickness e max determined and the material consumption rate VCA determined are all the smaller as the frequency decreases and vice versa.

Selon un mode avantageux de l’invention, la détermination de l’épaisseur maximale e max et de la vitesse de consommation de matière VCA est basée sur des données expérimentales de soudure à friction orbitale, où pour chaque opération de soudure la vitesse de consommation de matière VCA est mesurée et corrélée avec l’excentricité, la fréquence, la pression et le paramètre géométrique z.According to an advantageous embodiment of the invention, the determination of the maximum thickness e max and the material consumption rate VCA is based on experimental orbital friction welding data, where for each welding operation the material consumption rate VCA is measured and correlated with the eccentricity, the frequency, the pressure and the geometric parameter z .

Selon un mode avantageux de l’invention, les corrélations des données expérimentales sont faites de manière à fournir un modèle de détermination de la vitesse de consommation de matière VCA et éventuellement de l’épaisseur maximale e max .According to an advantageous embodiment of the invention, the correlations of the experimental data are made so as to provide a model for determining the rate of consumption of material VCA and possibly the maximum thickness e max .

Selon un mode avantageux de l’invention, le modèle de détermination de la vitesse de consommation de matière VCA et éventuellement de l’épaisseur maximale e max implique l’utilisation d’intelligence artificielle.According to an advantageous embodiment of the invention, the model for determining the material consumption rate VCA and possibly the maximum thickness e max involves the use of artificial intelligence.

L’invention a également trait à un procédé de soudage par friction orbitale d’une aube à un moignon sur un rotor de turbomachine pour former une jonction, comprenant l’étape suivante :The invention also relates to a method of orbital friction welding a blade to a stub on a turbomachine rotor to form a junction, comprising the following step:

détermination d’une vitesse de consommation de matière VCA ; determination of a VCA material consumption rate;

caractérisé en ce que le procédé comprend, en outre, l’étape suivante :characterized in that the method further comprises the following step:

détermination d’une épaisseur maximale e max de la jonction en fonction de la vitesse de consommation de matière VCA déterminée et en fonction d’un paramètre géométrique z correspondant à une moyenne des rayons moyens z i balayant la section de l’aube et du moignon au niveau de la jonction en tout point i de la périphérie de ladite section.determination of a maximum thickness e max of the junction as a function of the determined material consumption rate VCA and as a function of a geometric parameter z corresponding to an average of the mean radii z i sweeping the section of the blade and the stump at the junction at any point i of the periphery of said section.

Avantageusement, détermination de la d’une vitesse de consommation de matière VCA correspond à une mesure sur la machine et/ou l’outillage exécutant le soudage orbital. Préférentiellement, la détermination de l’épaisseur maximale e max de la jonction est aussi en fonction des paramètres de soudure par friction orbitale suivants : excentricité, fréquence et pression de forgeage, lesdits paramètres étant déterminés par mesure sur la machine et/ou l’outillage exécutant le soudage orbital.Advantageously, determination of a material consumption rate VCA corresponds to a measurement on the machine and/or the tooling performing the orbital welding. Preferably, the determination of the maximum thickness e max of the junction is also based on the following orbital friction welding parameters: eccentricity, frequency and forging pressure, said parameters being determined by measurement on the machine and/or the tooling performing the orbital welding.

Selon un mode avantageux de l’invention, le procédé de soudage comprenant, en outre, une étape de comparaison de l’épaisseur maximale e max déterminée avec un intervalle de valeurs de l’épaisseur maximale e max prédéfini lors d’un procédé modélisation de la jonction d’aube au moignon, ledit procédé de modélisation étant selon l’invention.According to an advantageous embodiment of the invention, the welding method further comprising a step of comparing the maximum thickness e max determined with an interval of values of the maximum thickness e max predefined during a modeling method of the blade junction to the stump, said modeling method being according to the invention.

L’invention a également trait à un procédé de dimensionnement d’une aube et d’un moignon correspondant sur un rotor de turbomachine, destinés à être joints par soudure à friction orbitale, en fonction d’une épaisseur maximale e max de la jonction prédéterminée, remarquable en ce que le procédé de dimensionnement comprend une itération de détermination de l’épaisseur maximale e max de la jonction suivant différentes dimensions de la jonction, suivant un procédé de modélisation selon l’invention.The invention also relates to a method for dimensioning a blade and a corresponding stub on a turbomachine rotor, intended to be joined by orbital friction welding, according to a maximum thickness e max of the predetermined junction, remarkable in that the dimensioning method comprises an iteration of determining the maximum thickness e max of the junction according to different dimensions of the junction, according to a modeling method according to the invention.

Selon un mode avantageux de l’invention, l’itération de détermination de l’épaisseur maximale e max de la jonction suivant différentes dimensions de la jonction est réalisée alors que l’excentricité, la fréquence et la pression restent constantes. Préférentiellement, la pression comprend la pression appliquée pendant le mouvement orbital et la pression de forgeage.According to an advantageous embodiment of the invention, the iteration of determining the maximum thickness e max of the junction according to different dimensions of the junction is carried out while the eccentricity, the frequency and the pressure remain constant. Preferably, the pressure comprises the pressure applied during the orbital movement and the forging pressure.

Selon un mode avantageux de l’invention, les différentes dimensions de la jonction, dans l’itération de détermination de l’épaisseur maximale e max de la jonction, sont sélectionnées de manière à correspondre à différentes valeurs du paramètre géométrique z.According to an advantageous embodiment of the invention, the different dimensions of the junction, in the iteration of determining the maximum thickness e max of the junction, are selected so as to correspond to different values of the geometric parameter z .

Selon un mode avantageux de l’invention, l'itération de détermination de l’épaisseur maximale e max de la jonction suivant différentes dimensions de la jonction est arrêtée lorsque l’épaisseur maximale e max déterminée correspond à l’épaisseur maximale e max de la jonction prédéterminée avec une tolérance donnée.According to an advantageous embodiment of the invention, the iteration of determining the maximum thickness e max of the junction according to different dimensions of the junction is stopped when the maximum thickness e max determined corresponds to the maximum thickness e max of the junction predetermined with a given tolerance.

Les mesures de l’invention sont particulièrement avantageuses en ce que la détermination de la vitesse de consommation de matière VCA, notamment en fonction du paramètre géométrique z de la section de jonction, permet d’assurer une estimation efficace et précise de l’épaisseur maximale e max de ladite jonction.The measures of the invention are particularly advantageous in that the determination of the material consumption rate VCA , in particular as a function of the geometric parameter z of the junction section, makes it possible to ensure an efficient and precise estimation of the maximum thickness e max of said junction.

La modélisation de la jonction par détermination de son épaisseur maximale e max , permet, dès la conception, de définir un dimensionnement optimal des étendues radiales des aubes et des moignons de manière à garantir une position radiale optimale d’un plan de soudure de la jonction avant le soudage orbital. De plus, la section de contact présentée entre les aubes et les moignons est également dimensionnée au moyen d’un procédé robuste de manière à assurer une homogénéité du malaxage de la matière et ainsi obtenir une jonction soudée saine et exempte de défauts.Modeling the junction by determining its maximum thickness e max , allows, from the design stage, to define an optimal dimensioning of the radial extents of the blades and the stubs so as to guarantee an optimal radial position of a weld plane of the junction before orbital welding. In addition, the contact section presented between the blades and the stubs is also dimensioned by means of a robust process so as to ensure homogeneity of the mixing of the material and thus obtain a healthy welded junction free of defects.

Il est entendu que chaque détail d’un mode de réalisation ci-dessous peut être combiné à chaque autre détail des autres modes de réalisation.It is understood that each detail of an embodiment below can be combined with each other detail of the other embodiments.

La illustre schématiquement une vue latérale d’une aube jointe à un moignon s’étendant radialement depuis un rotor de turbomachine, présentant une jonction soudée par friction orbitale comprenant une épaisseur maximale e max déterminée par un procédé de modélisation de la jonction selon l’invention ;There schematically illustrates a side view of a blade joined to a stub extending radially from a turbomachine rotor, having an orbital friction welded junction comprising a maximum thickness e max determined by a method of modeling the junction according to the invention;

La illustre de manière schématique une section de l’aube et/ou du moignon au niveau de la jonction visible à la  ;There schematically illustrates a section of the blade and/or stump at the junction visible at the ;

La illustre la section de jonction de la lors d’une détermination d’un rayon moyen z A balayant ladite section à partir d’un point A de la périphérie de ladite section ;There illustrates the junction section of the when determining a mean radius z A sweeping said section from a point A on the periphery of said section;

La illustre la section de jonction de la lors d’une détermination d’un rayon moyen z B balayant ladite section à partir d’un point B de sa périphérie ;There illustrates the junction section of the when determining a mean radius z B sweeping said section from a point B on its periphery;

La illustre une cartographie de l’amplitude des rayons moyens z i balayant la section de jonction en tout point i de sa périphérie ;There illustrates a mapping of the amplitude of the mean rays z i sweeping the junction section at any point i on its periphery;

La illustre la section de jonction de la montrant trois repères de prise de mesures de l’épaisseur maximale de la jonction soudée, avec deux de ces sections de jonction identiques ;There illustrates the junction section of the showing three measurement marks of the maximum thickness of the welded joint, with two of these joint sections identical;

La est un premier graphique représentant l’évolution de l’épaisseur estimée de la jonction soudée comparée à des points de mesures réelles de ladite épaisseur, suivant une largeur locale de la section de jonction de la , et à un premier repère positionné à 1/4 d’une étendue totale de ladite section ;There is a first graph representing the evolution of the estimated thickness of the welded joint compared to actual measurement points of said thickness, following a local width of the junction section of the , and to a first mark positioned at 1/4 of a total extent of said section;

La est un deuxième graphique représentant l’évolution de l’épaisseur estimée de la jonction soudée comparée à des points de mesures réelles, suivant une largeur locale de la section de jonction de la , et à un deuxième repère positionné à une moitié de l’étendue totale de ladite section ;There is a second graph representing the evolution of the estimated thickness of the welded joint compared to real measurement points, following a local width of the junction section of the , and to a second mark positioned at one half of the total extent of said section;

La est un troisième graphique représentant l’évolution de l’épaisseur estimée de la jonction soudée comparée à des points de mesures réelles, suivant une largeur locale de la section de jonction de la , et à un troisième repère positionné à 3/4 de l’étendue totale de ladite section.There is a third graph representing the evolution of the estimated thickness of the welded joint compared to real measurement points, following a local width of the junction section of the , and to a third mark positioned at 3/4 of the total extent of said section.

Description détaillée des modes de réalisationDetailed description of the embodiments

Dans la description qui va suivre, les termes « interne » et « externe » renvoient à un positionnement par rapport à l’axe de rotation d’une turbomachine axiale. La direction axiale correspond à la direction le long de l’axe de rotation de la turbomachine, les longueurs étant mesurées axialement. Les largeurs sont mesurées selon la circonférence. La direction radiale est perpendiculaire à l’axe de rotation. L’amont et l’aval sont en référence au sens d’écoulement principal du flux dans la turbomachine. In the following description, the terms “internal” and “external” refer to a positioning relative to the axis of rotation of an axial turbomachine. The axial direction corresponds to the direction along the axis of rotation of the turbomachine, the lengths being measured axially. The widths are measured along the circumference. The radial direction is perpendicular to the axis of rotation. The upstream and downstream refer to the main flow direction of the flow in the turbomachine.

Les dimensions des figures ne sont pas à l’échelle et en particulier les épaisseurs ou les dimensions radiales sont exagérées pour faciliter la lecture des figures.The dimensions of the figures are not to scale and in particular the thicknesses or radial dimensions are exaggerated to facilitate reading of the figures.

La illustre schématiquement une vue latérale d’une aube 4 jointe à un moignon 6 s’étendant radialement depuis une surface externe 8 d’un rotor 2 de turbomachine, présentant une jonction 10 soudée par friction orbitale comprenant une épaisseur maximale e max déterminée par un procédé de modélisation de la jonction selon l’invention.There schematically illustrates a side view of a blade 4 joined to a stub 6 extending radially from an external surface 8 of a turbomachine rotor 2, having a junction 10 welded by orbital friction comprising a maximum thickness e max determined by a method of modeling the junction according to the invention.

Il peut être observé que la jonction 10 présente une forme en diabolo ou en papillon, avec une extrémité périphérique plus large (suivant la direction radiale) que sa partie centrale intérieure, cela est dû à une concentration de l’excédent de la matière déplacée lors du soudage orbital. A cet effet, l’épaisseur maximale e max se mesure à l’extrémité périphérique de la jonction 10.It can be observed that the junction 10 has a diabolo or butterfly shape, with a wider peripheral end (in the radial direction) than its inner central part, this is due to a concentration of the excess material displaced during orbital welding. For this purpose, the maximum thickness e max is measured at the peripheral end of the junction 10.

La présente invention propose un procédé de modélisation et un procédé de dimensionnement des aubes 4 et des moignons 6 de manière à permettre la fabrication d’un disque aubagé pour turbomachine.The present invention proposes a modeling method and a method of dimensioning the blades 4 and the stubs 6 so as to allow the manufacture of a bladed disk for a turbomachine.

Préférentiellement, le disque aubagé est une roue mobile destinée à être disposée en amont d’un bec de séparation de flux d’air dans une turbomachine. A cet effet, la surface externe 8 correspond à une surface de guidage d’air d’une veine de fluide le long de la turbomachine. Alternativement, le disque aubagé peut correspondre à un rotor de type tambour appartenant à un compresseur haute-pression ou basse-pression.Preferably, the bladed disk is a mobile wheel intended to be arranged upstream of an air flow separation nozzle in a turbomachine. For this purpose, the external surface 8 corresponds to an air guide surface of a fluid stream along the turbomachine. Alternatively, the bladed disk may correspond to a drum-type rotor belonging to a high-pressure or low-pressure compressor.

De préférence, le disque aubagé est un disque dit : « bi-matériaux » comprenant deux alliages de titane différents. Par exemple, les aubes 4 peuvent être fabriquées à partir d’un alliage Ta6v, et le disque rotorique 2 à partir d’un des alliages suivants : Ti17, Ti575, Ti1023. Preferably, the bladed disk is a so-called “bi-material” disk comprising two different titanium alloys. For example, the blades 4 can be made from a Ta6v alloy, and the rotor disk 2 from one of the following alloys: Ti17, Ti575, Ti1023.

De manière avantageuse, le mélange des deux alliages de titane différents (Ta6v et Ti17) présente une usinabilité plus aisée, et permet d’atteindre un gain en masse par rapport à une solution basée, par exemple, uniquement sur un alliage en Ti17, cela est notamment dû à une densité du Ta6v qui est légèrement plus faible que celle du Ti17.Advantageously, the mixture of the two different titanium alloys (Ta6v and Ti17) presents easier machinability, and makes it possible to achieve a gain in mass compared to a solution based, for example, solely on a Ti17 alloy, this is notably due to a density of Ta6v which is slightly lower than that of Ti17.

En effet, l’alliage Ti17 a été préférentiellement choisi pour la partie disque pour ces bonnes caractéristiques en fatigue HCF (acronyme anglais de : « High Cycle Fatigue ») et LFC (« Low Cycle Fatigue »). Un disque en Ti17 affichera également une plus grande marge en vitesse d’éclatement qu’un disque en Ta6v. Pour les aubes, l’alliage Ta6v a été choisi car permet de procurer aux aubes une élongation à rupture plus élevée (meilleure tenue aux impacts), et un meilleur comportement en propagation de fissures qui se traduit par une meilleure durabilité aux impacts basse énergie.Indeed, the Ti17 alloy was preferentially chosen for the disc part for its good HCF (High Cycle Fatigue) and LFC (Low Cycle Fatigue) fatigue characteristics. A Ti17 disc will also display a greater margin in burst speed than a Ta6v disc. For the blades, the Ta6v alloy was chosen because it provides the blades with a higher elongation at break (better impact resistance), and better crack propagation behavior which results in better durability to low energy impacts.

On peut voir à la que la jonction 10 comprend un plan de soudure 10.1 illustré dans une position centrale par rapport à l’épaisseur maximale e max de ladite jonction 10.We can see at the that the junction 10 comprises a weld plane 10.1 illustrated in a central position relative to the maximum thickness e max of said junction 10.

Avantageusement, la détermination de l’e max permet de maîtriser la position radiale h du plan de soudure 10.1 depuis la surface externe 8 du rotor 2, ainsi que de dimensionner l’étendue radiale de l’aube 4 et du moignon 6, préalablement à la fabrication du disque aubagé.Advantageously, the determination of the e max makes it possible to control the radial position h of the weld plane 10.1 from the external surface 8 of the rotor 2, as well as to size the radial extent of the blade 4 and the stub 6, prior to the manufacture of the bladed disk.

A cet égard, le procédé de modélisation de la jonction 10 comprend une étape de détermination de l’épaisseur maximale e max en fonction d’une vitesse de consommation de matière VCA (pouvant être exprimée en mm/s) qui est présentée au niveau de l’interface de contact entre l’aube 4 et le moignon 6 lors du soudage à friction orbitale.In this regard, the method of modeling the junction 10 comprises a step of determining the maximum thickness e max as a function of a material consumption rate VCA (which can be expressed in mm/s) which is presented at the contact interface between the blade 4 and the stub 6 during orbital friction welding.

Le procédé de l’invention permet de déterminer la vitesse de consommation de matière VCA de manière analytique par une estimation en fonction d’un paramètre géométrique z de la section de l’aube 4 et du moignon 6 au niveau de la jonction 10, et également en fonction des paramètres de la soudure à friction orbitale suivants : excentricité (correspondant à l’excentrique e du mouvement d’oscillation orbital lors de la soudure) ; fréquence (vitesse d’oscillation) ; et la pression appliquée pendant la phase de consommation axiale maximale pendant le mouvement orbital. Avantageusement, les paramètres de la soudure peuvent être prédéfinis comme étant des consignes d’entrée sur une machine de soudure préalablement à l’exécution de ladite soudure.The method of the invention makes it possible to determine the material consumption rate VCA analytically by an estimation as a function of a geometric parameter z of the section of the blade 4 and the stub 6 at the junction 10, and also as a function of the following orbital friction welding parameters: eccentricity (corresponding to the eccentric e of the orbital oscillation movement during welding); frequency (oscillation speed); and the pressure applied during the maximum axial consumption phase during the orbital movement. Advantageously, the welding parameters can be predefined as input instructions on a welding machine prior to the execution of said welding.

La section de l’aube 4 et du moignon 6 au niveau de la jonction 10 correspond préférentiellement à une section plane. Chaque moignon 6 du disque et l’aube 4 correspondante, qui sont destinés à être soudés par friction orbitale, possèdent une section de jonction identique.The section of the blade 4 and the stub 6 at the junction 10 preferably corresponds to a flat section. Each stub 6 of the disk and the corresponding blade 4, which are intended to be welded by orbital friction, have an identical junction section.

De préférence, l’estimation analytique de la vitesse de consommation de matière VCA est basée sur des données expérimentales de soudure à friction orbitale, par exemple au moyen d’éprouvettes d’essai utilisant les mêmes paramètres de soudure orbitale, où pour chaque opération de soudure la vitesse VCA réelle est mesurée et corrélée avec l’excentricité, la fréquence, la pression de forgeage et le paramètre géométrique z. Préférentiellement, au moyen d’une intelligence artificielle. Ainsi, un modèle de détermination de la vitesse VCA peut être défini.Preferably, the analytical estimation of the VCA material consumption rate is based on experimental orbital friction welding data, for example by means of test specimens using the same orbital welding parameters, where for each welding operation the actual VCA rate is measured and correlated with the eccentricity, frequency, forging pressure and geometric parameter z . Preferably, by means of artificial intelligence. Thus, a model for determining the VCA rate can be defined.

Il a été établi que l’épaisseur maximale e max et la vitesse de consommation de matière VCA déterminées sont d’autant plus grandes que le paramètre géométrique z est petit et que l’excentricité et/ou la fréquence augmente(nt) et vice versa.It has been established that the maximum thickness e max and the determined material consumption rate VCA are all the greater as the geometric parameter z is small and the eccentricity and/or frequency increases and vice versa.

De façon avantageuse, l’épaisseur maximale e max déterminée au moyen du procédé de modélisation de l’invention permet, préalablement au soudage orbital, de maîtriser la position radiale h du plan de soudure 10.1, et ainsi que de dimensionner l’étendue radiale de chacun de l’aube 4 et du moignon 6.Advantageously, the maximum thickness e max determined by means of the modeling method of the invention makes it possible, prior to orbital welding, to control the radial position h of the welding plane 10.1, and thus to size the radial extent of each of the blade 4 and the stub 6.

La illustre de manière schématique la section 11 de l’aube 4 et/ou du moignon 6 au niveau de la jonction de soudure 10 visible à la . Préférentiellement, la section 11 est identique pour l’aube 4 et pour le moignon 6 du rotor 2.There schematically illustrates the section 11 of the blade 4 and/or the stub 6 at the weld junction 10 visible in the . Preferably, section 11 is identical for blade 4 and for stub 6 of rotor 2.

La section 11 est modélisée à partir d’un profil aérodynamique 4.1 de l’aube 4, préférentiellement, ce dernier comprend un élargissement de section au moyen d’une surépaisseur e correspondant, plus préférentiellement, à l’excentrique e du mouvement d’oscillation orbital lors de la soudure. L’excentrique e correspond à la valeur de décalage de l’outil (de maintien de l’aube) et le disque par rapport à un centre de référence, permettant de créer le mouvement d’oscillation orbital. En d'autres termes, l’excentrique correspond à la distance entre l’axe de rotation de l’outil et le point central autour duquel il effectue son mouvement orbital.Section 11 is modeled from an aerodynamic profile 4.1 of the blade 4, preferably, the latter includes a section widening by means of an excess thickness e corresponding, more preferably, to the eccentric e of the orbital oscillation movement during welding. The eccentric e corresponds to the offset value of the tool (for holding the blade) and the disk relative to a reference center, making it possible to create the orbital oscillation movement. In other words, the eccentric corresponds to the distance between the axis of rotation of the tool and the central point around which it performs its orbital movement.

Toutefois, la surépaisseur e n’est pas forcément constante autour du profil 4.1, celle-ci peut présenter des variations autour dudit profil 4.1.However, the excess thickness e is not necessarily constant around profile 4.1; it may present variations around said profile 4.1.

Il est à noter que préalablement à la soudure par friction orbitale, un volume de matière sacrificiel (s’étendant essentiellement radialement) est prévu sur chacun des aubes 4 et des moignons 6 à assembler. Ce volume sacrificiel est amené à être extrudé en dehors de l’interface de contact entre les sections 11, formant ainsi une bavure, communément désignée par : « flash », qui sera ensuite éliminée, pour atteindre le profil 4.1 de l’aube. Toutefois, une éjection du flash non homogène le long du pourtour de la section à souder risque d’entraîner la recirculation de matière locale à l’intérieur de la section à souder et peut empêcher une éjection complète des contaminants créés aux premiers instants de la soudure et risque de créer des évidements dans la jonction soudée, ce qui nuit à la qualité de la soudure.It should be noted that prior to orbital friction welding, a sacrificial volume of material (extending essentially radially) is provided on each of the blades 4 and the stubs 6 to be assembled. This sacrificial volume is caused to be extruded outside the contact interface between the sections 11, thus forming a burr, commonly referred to as: "flash", which will then be eliminated, to reach the profile 4.1 of the blade. However, a non-homogeneous ejection of the flash along the periphery of the section to be welded risks causing the recirculation of local material inside the section to be welded and may prevent complete ejection of the contaminants created at the first moments of the weld and risks creating recesses in the welded joint, which is detrimental to the quality of the weld.

De manière avantageuse, l’élargissement la section de contact permet d’éviter la recirculation de la matière (potentiellement nocive car elle empêche l’évacuation des impuretés) vers des régions plus étroites de la section du profil final aérodynamique 4.1 de l’aube et ainsi permettre d’assurer une homogénéité thermique pendant la soudure, précisément dans la section finale 4.1 de l’aube 4. En effet, si on ajoute une surépaisseur e à minima égale à la valeur de l’excentrique, cela signifie que les points de la surface aérodynamique finale 4.1 sont toujours en contact pendant la soudure (entre le moignon et l’aube). Contrairement aux points dans cette surépaisseur e qui, par le mouvement orbital, ne sont en contact avec la surface opposée que pendant une partie du mouvement d’oscillation orbital. Advantageously, the widening of the contact section makes it possible to avoid the recirculation of the material (potentially harmful because it prevents the evacuation of impurities) towards narrower regions of the section of the final aerodynamic profile 4.1 of the blade and thus to ensure thermal homogeneity during welding, precisely in the final section 4.1 of the blade 4. Indeed, if we add an excess thickness e at least equal to the value of the eccentric, this means that the points of the final aerodynamic surface 4.1 are always in contact during welding (between the stump and the blade). Unlike the points in this excess thickness e which, by the orbital movement, are in contact with the opposite surface only during part of the orbital oscillation movement.

Ainsi, pendant le soudage, au droit de la section 11, les vitesses VCA locales résultantes sont plus homogènes, ce qui permet de préserver davantage le profil 4.1 de l’aube et d’obtenir une jonction plus résistante.Thus, during welding, at section 11, the resulting local VCA speeds are more homogeneous, which allows the blade profile 4.1 to be preserved more and a stronger joint to be obtained.

La section modélisée 11 permet de déterminer le paramètre géométrique z. En effet, z est une moyenne des rayons moyens z i balayant la section 11 en tout point i de sa périphérie 11.1.The modeled section 11 makes it possible to determine the geometric parameter z . Indeed, z is an average of the mean radii z i sweeping the section 11 at any point i of its periphery 11.1.

Chacun des rayons moyens z i correspond à une longueur moyenne z i de rayons z i,α s’étendant totalement dans la section 11 depuis un point i à la périphérie 11.1 et balayant ladite section 11. Préférentiellement, les rayons z i,α correspondent à des projections du point i sur toute une portion de la périphérie 11.1 qui est en regard avec ledit point i.Each of the mean rays z i corresponds to an average length z i of rays z i,α extending entirely in the section 11 from a point i to the periphery 11.1 and sweeping said section 11. Preferably, the rays z i,α correspond to projections of the point i onto an entire portion of the periphery 11.1 which is opposite said point i .

Avantageusement, l’évolution des rayons moyens z i sur le pourtour de la section 11 à souder représente physiquement l’homogénéité de la longueur à cisailler durant la rotation (mouvement orbital lors du soudage) et donc l’homogénéité du débit matière expulsée dans le flash le long du contour de l’aube. Il est représentatif de l’homogénéité d’éjection de contaminants de la soudure.Advantageously, the evolution of the mean radii z i on the periphery of the section 11 to be welded physically represents the homogeneity of the length to be sheared during rotation (orbital movement during welding) and therefore the homogeneity of the material flow rate expelled in the flash along the contour of the blade. It is representative of the homogeneity of ejection of contaminants from the weld.

A cet égard, la détermination du paramètre géométrique z comprend la détermination du rayon moyen z i pour la pluralité des points i sur la totalité de la périphérie 11.1.In this regard, the determination of the geometric parameter z includes the determination of the mean radius z i for the plurality of points i over the entire periphery 11.1.

Préférentiellement, la détermination du paramètre géométrique z est une démarche automatisée au moyen d’un algorithme informatique. A cet égard, un algorithme appliquant une méthode de type : « lancer de rayon » peut être adapté, ce dernier étant également connu sous le nom anglais « ray tracing ».Preferably, the determination of the geometric parameter z is an automated process using a computer algorithm. In this regard, an algorithm applying a method of the type: "ray tracing" can be adapted, the latter also being known under the English name "ray tracing".

Avantageusement, les inventeurs ont judicieusement adopté une approche novatrice en introduisant la technique du lancer de rayons (ray tracing), qui est jusqu’à présent inconnue dans le domaine de la mécanique. Ils ont réalisé que c’est le moyen optimal de caractériser la section de jonction destinée à la friction orbitale, afin d’arriver à une estimation plus précise de la vitesse de consommation de matière VCA et donc de la position radiale (hauteur) de la soudure, et cela préalablement à l’opération de soudage orbital.Advantageously, the inventors have wisely adopted an innovative approach by introducing the ray tracing technique, which is hitherto unknown in the field of mechanics. They realized that this is the optimal way to characterize the junction section intended for orbital friction, in order to arrive at a more accurate estimation of the VCA material consumption rate and therefore of the radial position (height) of the weld, and this prior to the orbital welding operation.

La méthode de lancer de rayons sur la section 11 peut être réalisée suivant les étapes suivantes :The ray tracing method on section 11 can be performed using the following steps:

- modéliser une première section 11 (visible à la ) basée sur le profil aérodynamique 4.1 final de l’aube avec l’ajout de la surépaisseur e (qui partage la même valeur que celle de l’excentrique qui est prévu d’être appliqué à l’outil lors du soudage orbital) ; et- model a first section 11 (visible at the ) based on the final 4.1 aerodynamic profile of the blade with the addition of the excess thickness e (which shares the same value as that of the eccentric which is planned to be applied to the tool during orbital welding); and

- fractionner de façon homogène la périphérie 11.1 en plusieurs points i à partir desquels les rayons z i,α seront projetés, préférentiellement à environ 2000 points i répartis de façon homogène (ce nombre pouvant varier selon la précision de calcul désirée) ; et- homogeneously divide the periphery 11.1 into several points i from which the rays z i,α will be projected, preferably at approximately 2000 points i distributed homogeneously (this number may vary depending on the desired calculation precision); and

- projeter des rayons z i,α qui balayent toute la section 11 depuis un premier point i de la périphérie 11.1, le nombre de rayons z i,α projetés dépend préférentiellement d’un angle α compris entre 0.001° et 10° ; et- project rays z i,α which sweep the entire section 11 from a first point i of the periphery 11.1, the number of rays z i,α projected preferably depends on an angle α between 0.001° and 10°; and

- mesurer la longueur moyenne z i de tous les rayons z i,α projetés à partir du premier point i ; et- measure the average length z i of all rays z i,α projected from the first point i ; and

- répéter l’étape de projection des rayons z i,α ainsi que celle de la mesure de la longueur moyenne z i , successivement pour tous points i de la périphérie 11.1 ; et- repeat the step of projection of the rays z i,α as well as that of the measurement of the average length z i , successively for all points i of the periphery 11.1; and

- calculer la longueur moyenne de toutes les longueurs moyennes z i mesurées à partir de chacun de la totalité des points i pour arriver au paramètre géométrique z de la section de jonction.- calculate the average length of all the average lengths z i measured from each of the totality of points i to arrive at the geometric parameter z of the junction section.

Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de projection de rayons z A,α et z B,α , respectivement, à partir des points A et B de la périphérie 11.1.Figures 3 and 4 illustrate an example of projection of rays z A,α and z B,α , respectively, from points A and B of the periphery 11.1.

Il s’agit de deux exemples schématiques de détermination de la longueur moyenne z i de tous les rayons z i,α au moyen de la méthode de lancer de rayons décrite ci-avant.These are two schematic examples of determining the average length z i of all rays z i,α using the ray tracing method described above.

Les deux points A et B correspondent aux deux points qu’ont permis respectivement, de mesure une longueur moyenne z A et une longueur moyenne z B . A cet effet, la détermination du paramètre géométrique z pour la section 11 correspond au calcul de la moyenne de toutes les longueurs moyennes z i , par exemple, 2000 longueurs moyennes incluant les longueurs moyennes z A et z B .The two points A and B correspond to the two points which have allowed, respectively, the measurement of an average length z A and an average length z B . For this purpose, the determination of the geometric parameter z for section 11 corresponds to the calculation of the average of all the average lengths z i , for example, 2000 average lengths including the average lengths z A and z B .

La illustre la section 11 lors d’une détermination d’un rayon moyen z A balayant ladite section 11 à partir d’un point A de la périphérie 11.1.There illustrates section 11 when determining a mean radius z A sweeping said section 11 from a point A of the periphery 11.1.

On peut voir qu’à partir du point A, une pluralité des rayons z A,α sont projetés sur une portion de la périphérie 11.1 visible depuis ledit point A. Dans cette configuration, les rayons z A,α peuvent être compris entre deux rayons extrêmes z A,α tangents à la périphérie 11.1.It can be seen that from point A, a plurality of rays z A,α are projected onto a portion of the periphery 11.1 visible from said point A. In this configuration, the rays z A,α can be between two extreme rays z A,α tangent to the periphery 11.1.

Le nombre de rayons z A,α projetés peut dépendre de l’angle α choisit, ce dernier permet d’établir la précision de détermination du rayon moyen z A . A cet effet, l’angle α peut être compris entre 0,001° et 10°.The number of projected rays z A,α can depend on the chosen angle α, the latter allows to establish the precision of determination of the average radius z A. For this purpose, the angle α can be between 0.001° and 10°.

Le rayon moyen z A correspond ainsi à la moyenne de toutes les projections z A,α .The mean radius z A thus corresponds to the mean of all the projections z A,α .

La illustre la section 11 lors d’une détermination d’un rayon moyen z B balayant ladite section 11 à partir d’un point B de la périphérie 11.1.There illustrates section 11 when determining a mean radius z B sweeping said section 11 from a point B of the periphery 11.1.

Préférentiellement, l’angle α est identique pour toutes les projections des rayons z i,α pour la pluralité des points i de la périphérie 11.1. De préférence, le nombre de points i de la périphérie 11.1 à partir desquels les rayons seront projetés, est d’environ 2000 points, ce nombre pouvant varier selon la précision de calcul désirée.Preferably, the angle α is identical for all the projections of the rays z i,α for the plurality of points i of the periphery 11.1. Preferably, the number of points i of the periphery 11.1 from which the rays will be projected is approximately 2000 points, this number being able to vary according to the desired calculation precision.

Similairement au point A, les rayons z B,α sont projetés depuis le point B sur une portion de la périphérie 11.1 visible audit point B. Le rayon moyen z B correspond à la moyenne des toutes les projections z B,α .Similarly to point A, the rays z B,α are projected from point B onto a portion of the periphery 11.1 visible at said point B. The mean ray z B corresponds to the average of all the projections z B,α .

Le paramètre géométrique z est donc la moyenne de tous les rayons moyens z i (incluant les rayons moyens z A et z B ,) des points i de la totalité de la périphérie 11.1.The geometric parameter z is therefore the average of all the mean radii z i (including the mean radii z A and z B ,) of the points i of the entire periphery 11.1.

Le paramètre géométrique z correspond à une dimension géométrique pouvant être exprimée en mm. De manière avantageuse, ce paramètre z est la dimension optimale qui permet au mieux de distinguer la forme géométrique de la section 11 et permet ainsi d’assurer une corrélation précise entre les paramètres de la soudure et la vitesse VCA. En effet, les surfaces de la section 11 comprenant les rayons projetés z i,α à partir de chaque point i peuvent être assimilés à la surface de malaxage de la matière pendant la soudure à friction orbitale (sans être limité par une théorie particulière). The geometric parameter z corresponds to a geometric dimension that can be expressed in mm. Advantageously, this parameter z is the optimal dimension that best distinguishes the geometric shape of the section 11 and thus ensures a precise correlation between the weld parameters and the VCA speed. Indeed, the surfaces of the section 11 comprising the projected rays z i,α from each point i can be assimilated to the mixing surface of the material during orbital friction welding (without being limited by a particular theory).

Le paramètre géométrique z permet de bien prendre en compte les spécificités du soudage par friction orbitale dans le procédé de fabrication. En effet, l’effort de friction fourni lors du soudage tourne de façon cyclique, ce qui implique qu’un point de soudure à l’extrémité de la section 11 (e.g. point A ou B) voit une fraction de la section 11 de l’aube entre les deux rayons projetés extrêmes (z A,α ou z B,α ), ces derniers peuvent donc être assimilés à des longueurs équivalentes de matière à cisailler.The geometric parameter z allows to take into account the specificities of orbital friction welding in the manufacturing process. Indeed, the friction force provided during welding rotates cyclically, which implies that a weld point at the end of section 11 (eg point A or B) sees a fraction of section 11 of the blade between the two extreme projected radii ( z A,α or z B,α ), the latter can therefore be assimilated to equivalent lengths of material to be sheared.

De plus, le paramètre z est pertinent car permet de prendre en compte davantage la cambrure de la forme spécifique de la périphérie 11.1, de façon meilleure que l’aire de ladite section 11 ou la corde de son profil.Moreover, the parameter z is relevant because it allows to take into account more the camber of the specific shape of the periphery 11.1, in a better way than the area of said section 11 or the chord of its profile.

Afin d’optimiser davantage les dimensions de l’aube et des moignons du rotor, le procédé de dimensionnement de la présente invention permet d’agir, de façon itérative sur la forme de la section 11 de manière à atteindre une épaisseur maximale e max prédéfinie, pendant que les paramètres de la soudure à friction orbitale à partir desquels la vitesse VCA est prédéterminée restent constants.In order to further optimize the dimensions of the blade and the rotor stubs, the dimensioning method of the present invention makes it possible to act iteratively on the shape of the section 11 so as to reach a predefined maximum thickness e max , while the parameters of the orbital friction welding from which the VCA speed is predetermined remain constant.

Préférentiellement, la forme de la section 11 est modifiée en agissant sur la surépaisseur. Par exemple, en référence à la , la surépaisseur e peut être conservée, et une deuxième surépaisseur peut venir élargir davantage les régions les plus étroites de la section 11, i.e. élargissement au niveau des extrémités 11.2, 11.3. La modification de la section 11 peut être effectuée manuellement au moyen d’un logiciel de modélisation, ou de manière automatisée par un algorithme informatique spécifique.Preferably, the shape of section 11 is modified by acting on the excess thickness. For example, with reference to the , the excess thickness e can be kept, and a second excess thickness can be used to further widen the narrowest regions of section 11, i.e. widening at the ends 11.2, 11.3. The modification of section 11 can be carried out manually using modeling software, or automatically by a specific computer algorithm.

La modification de la section 11 entraîne un changement de la valeur du paramètre géométrique z, ce qui influence la vitesse VCA déterminée ainsi que l’e max . Dans cette configuration, pour chaque nouvelle section de jonction établie, l’épaisseur maximale e max est déterminée, et cela de manière itérative jusqu’à ce que ladite e max déterminée corresponde à l’e max prédéfinie initialement, avec une tolérance de ±5%.The modification of section 11 results in a change in the value of the geometric parameter z, which influences the determined VCA speed as well as the e max . In this configuration, for each new junction section established, the maximum thickness e max is determined, and this iteratively until said e max determined corresponds to the e max initially predefined, with a tolerance of ±5%.

La dernière section de jonction modélisée avant l’arrêt de l’itération est celle qui sera utilisée pour le soudage orbital de l’aube au disque, ladite section sera suffisamment élargie par rapport au profil de l’aube pour garantir un malaxage de matière et une vitesse VCA qui soient constants lors du soudage, permettant ainsi d’obtenir une jonction soudée présentant une meilleure qualité structurelle et dépourvue d’évidements et de contaminants.The last joint section modeled before stopping the iteration is the one that will be used for orbital welding of the blade to the disk, said section will be widened enough with respect to the blade profile to ensure constant material mixing and VCA speed during welding, thus obtaining a welded joint with better structural quality and free of recesses and contaminants.

De façon avantageuse, le procédé de dimensionnement de l’invention permet donc de définir à la fois, une position radiale optimale du plan de soudure, ainsi qu’une section de jonction idéale. Cela préalablement à la fabrication du disque aubagé, de manière à permettre une anticipation des contraintes pouvant être exercées sur la jonction suite à des éventuels impacts de débris sur les aubes. Ainsi, le disque aubagé obtenu par soudage orbital des aubes aux moignons dimensionnés par le procédé, comprend des jonctions positionnées radialement de façon optimale, chacune desdites jonctions comprenant avantageusement une qualité structurelle et dimensionnelle améliorée.Advantageously, the dimensioning method of the invention therefore makes it possible to define both an optimal radial position of the welding plane and an ideal junction section. This is done prior to the manufacture of the bladed disk, so as to allow anticipation of the stresses that may be exerted on the junction following possible impacts of debris on the blades. Thus, the bladed disk obtained by orbital welding of the blades to the stubs dimensioned by the method comprises junctions positioned radially in an optimal manner, each of said junctions advantageously comprising an improved structural and dimensional quality.

De manière avantageuse, le procédé de soudage de l’invention permet lors de la fabrication du disque aubagé de turbomachine, d’estimer l’épaisseur maximale e max pour chaque soudure orbitale réalisée entre l’aube et le moignon, à partir du paramètre géométrique z, et par une mesure du la vitesse VCA et de la pression de forgeage directement sur la machine de soudure utilisée. Advantageously, the welding method of the invention makes it possible, during the manufacture of the turbomachine bladed disk, to estimate the maximum thickness e max for each orbital weld made between the blade and the stub, from the geometric parameter z , and by measuring the VCA speed and the forging pressure directly on the welding machine used.

Le paramètre géométrique z peut être celui utilisé lors de la modélisation de la section à souder, ou mesuré sur l’aube et/ou sur le moignon avant l’opération de soudage, par exemple, au moyen d’une mesure par reconnaissance d’image.The geometric parameter z can be the one used when modeling the section to be welded, or measured on the blade and/or on the stump before the welding operation, for example, by means of an image recognition measurement.

Avantageusement, le procédé de soudage de l’invention permet de valider la valeur de l’épaisseur maximale e max estimée lors de chaque soudure sans nécessiter une inspection physique de la pièce (e.g. par réalisation de découpes et micrographes) assurant ainsi une efficacité et un gain de temps considérable lors de la fabrication du disque aubagé.Advantageously, the welding method of the invention makes it possible to validate the value of the maximum thickness e max estimated during each weld without requiring a physical inspection of the part (eg by making cuts and micrographs), thus ensuring efficiency and considerable time savings during the manufacture of the bladed disc.

Préférentiellement, la validation comprend une comparaison de l’épaisseur maximale e max estimée avec des valeurs d’épaisseurs comprises entre des bornes limites prédéterminées à l’avance, par exemple, lors de la modélisation de la jonction. Avantageusement, ces bornes limites permettent de respecter certains critères de conception (e.g. seuil critique N1/N2 de propagation de fissures, intervalle de tolérance impliquant des variabilités paramétrique et/ou de hauteur et/ou d’inclinaison de la jonction, etc.).Preferably, the validation includes a comparison of the estimated maximum thickness e max with thickness values between predetermined limit boundaries, for example, when modeling the junction. Advantageously, these limit boundaries make it possible to comply with certain design criteria (eg critical threshold N1/N2 for crack propagation, tolerance interval involving parametric and/or height and/or inclination variabilities of the junction, etc.).

Alternativement, la comparaison de l’e max déterminée (par mesure de la VCA et du paramètre z) lors du soudage orbital peut être réalisée avec l’e max calculée lors de la modélisation, ce qui permet de quantifier l’influence des paramètres de soudages réels (mesurés sur la machine) sur l’épaisseur de la jonction modélisée et ainsi valider les soudures lors de la fabrication du disque aubagé sans nécessiter une réalisation de découpes destructives du disque aubagé.Alternatively, the comparison of the e max determined (by measuring the VCA and the z parameter) during orbital welding can be carried out with the e max calculated during modeling, which makes it possible to quantify the influence of the real welding parameters (measured on the machine) on the thickness of the modeled junction and thus validate the welds during the manufacture of the bladed disc without requiring destructive cutting of the bladed disc.

Préférentiellement, la section de jonction S de chacun des aube 4 et moignon 6, comprend une surface totale supérieure ou égale à 200 mm2 et inférieure ou égale à 7000 mm2, et plus préférentiellement comprise entre 2000 mm2 et 3000 mm2.Preferably, the junction section S of each of the blade 4 and stub 6 comprises a total surface area greater than or equal to 200 mm2 and less than or equal to 7000 mm2, and more preferably between 2000 mm2 and 3000 mm2.

La illustre une cartographie de l’amplitude des rayons moyens z i balayant la section de jonction en tout point i de sa périphérie.There illustrates a mapping of the amplitude of the mean rays z i sweeping the junction section at any point i on its periphery.

L’échelle visible à droite de la correspond à la cartographie de l’évolution de la valeur de z i , celle-ci étant normalisée à 1, i.e. la valeur maximale de z i de la section 11 est égale à 1.The scale visible to the right of the corresponds to the mapping of the evolution of the value of z i , this being normalized to 1, i.e. the maximum value of z i in section 11 is equal to 1.

On peut voir que les points i de la périphérie 11.1 aux extrémités 11.2 et 11.3 de la section 11 présentent les moyennes z i des rayons z i,α lancés depuis lesdits points i qui sont les plus faibles comparés aux moyennes z i de rayons z i,α lancés depuis des points i qui sont positionnés entre les extrémités 11.2, 11.3.It can be seen that the points i of the periphery 11.1 at the ends 11.2 and 11.3 of the section 11 have the means z i of the rays z i,α launched from said points i which are the weakest compared to the means z i of rays z i,α launched from points i which are positioned between the ends 11.2, 11.3.

Avantageusement, la présente invention permet de modéliser le processus de soudage afin de déterminer avec précision à la fois de l’e max qui est l’épaisseur maximale du joint sur le profil du joint soudé et la vitesse de consommation de matière VCA, en amont de la réalisation de l’opération de soudage orbital.Advantageously, the present invention makes it possible to model the welding process in order to accurately determine both the e max which is the maximum thickness of the joint on the welded joint profile and the material consumption rate VCA , upstream of the orbital welding operation.

La vitesse de consommation de matière VCA est ici déterminée analytiquement suivant la présente invention, en fonction du paramètre géométrique (paramètre z), la valeur de l’excentrique e, la fréquence d’oscillation orbitale f, et la pression appliquée pendant le mouvement orbital. L’épaisseur maximale e max est ensuite déterminée en fonction de la vitesse VCA préalablement déterminée et des paramètres z.The material consumption rate VCA is here determined analytically according to the present invention, as a function of the geometric parameter (parameter z ), the value of the eccentric e , the orbital oscillation frequency f , and the pressure applied during the orbital movement. The maximum thickness e max is then determined as a function of the previously determined VCA rate and the parameters z.

Da manière avantageuse, le paramètre géométrique z est capable de prendre en compte des détails spécifiques de la forme de la section, tels que sa cambrure, contrairement à une simple mesure de l’aire ou des largeurs ou selon d’autres méthodes de l’art antérieur qui ne sont pas capable d’en prendre compte. Ces détails de forme de la section de jonction que le paramètre géométrique z est capable d’intrinsèquement prendre en compte, permettent d’arriver avec une meilleure précision à une détermination de l’épaisseur maximale e max , puis à la détermination de la hauteur radiale de la jonction soudée.Advantageously, the geometric parameter z is able to take into account specific details of the shape of the section, such as its camber, unlike a simple measurement of the area or widths or according to other methods of the prior art which are not able to take them into account. These details of the shape of the junction section that the geometric parameter z is able to intrinsically take into account, make it possible to arrive with greater precision at a determination of the maximum thickness e max , then at the determination of the radial height of the welded junction.

Des soudures ont été réalisées sur une même machine et avec des paramètres de soudage constants, i.e. excentricité, fréquence d’oscillation, vitesse et pression de forgeage qui demeurent inchangés, seule la forme des sections qui est modifiée.Welds were made on the same machine and with constant welding parameters, i.e. eccentricity, oscillation frequency, forging speed and pressure which remain unchanged, only the shape of the sections which is modified.

Les mesures des épaisseurs des joints soudés ont été réalisées sur un grand nombre de soudures. Ces mesures ont permis de montrer que le profil de variation de l’épaisseur du joint sur l’ensemble de la section soudée ne dépendait que des facteurs z i alors que l’amplitude globale de ce profil de variation d’épaisseur dépendait des paramètres de soudure.The thickness measurements of the welded joints were carried out on a large number of welds. These measurements made it possible to show that the thickness variation profile of the joint over the entire welded section depended only on the z i factors while the overall amplitude of this thickness variation profile depended on the welding parameters.

A titre indicatif, l’épaisseur maximale mesurée de la jonction soudée à partir de deux sections 11 identique, est égale à 0.97 mm, pour un paramètre z égal à 25 mm.As an indication, the maximum measured thickness of the welded joint from two identical sections 11 is equal to 0.97 mm, for a z parameter equal to 25 mm.

La illustre la section de jonction 11 de la montrant trois repères de prise de mesures de l’ e max de la jonction soudée 11, avec deux de ces sections de jonction 11 identiques. Chaque repère définit la largeur locale totale de la section, suivant la direction correspondante illustrée en pointillés.There illustrates the junction section 11 of the showing three measurement marks of the e max of the welded joint 11, with two of these joint sections 11 identical. Each mark defines the total local width of the section, following the corresponding direction illustrated in dotted lines.

Les figures 7A à 7C représentes des graphiques montrant l’évolution normalisée de l’épaisseur du joint de la section 11 de la , mesurées sur les soudures réalisées et estimées numériquement grâce au paramètre z. Figures 7A to 7C represent graphs showing the normalized evolution of the thickness of the joint of section 11 of the , measured on the welds made and estimated numerically using the z parameter.

La est un premier graphique représentant l’évolution de l’épaisseur estimée de la jonction soudée (voir tracé S) comparée à des points P de mesures réelles de ladite l’épaisseur, au droit du premier repère positionné à 1/4 d’une étendue totale (suivant la corde de profil) de la section 11 visible à la .There is a first graph representing the evolution of the estimated thickness of the welded joint (see plot S) compared to points P of actual measurements of said thickness, at the right of the first mark positioned at 1/4 of a total extent (along the profile chord) of section 11 visible at the .

La est un deuxième graphique représentant l’évolution de l’épaisseur estimée de la jonction soudée (voir tracé S) comparée à des points P de mesures réelles de ladite l’épaisseur, au droit du deuxième repère positionné à 1/2 de l’étendue totale de la section 11 visible à la .There is a second graph representing the evolution of the estimated thickness of the welded joint (see plot S) compared to points P of actual measurements of said thickness, at the right of the second mark positioned at 1/2 of the total extent of section 11 visible at .

La est un troisième graphique représentant l’évolution de l’épaisseur estimée de la jonction soudée (voir tracé S) comparée à des points P de mesures réelles de ladite l’épaisseur, au droit du troisième repère positionné à 3/4 de l’étendue totale de la section 11 visible à la .There is a third graph representing the evolution of the estimated thickness of the welded joint (see plot S) compared to points P of actual measurements of said thickness, at the third mark positioned at 3/4 of the total extent of section 11 visible at .

En référence aux figures 7A à 7C, les tracés S sont préférentiellement obtenus par simulation assurée par une intelligence artificielle qui base la détermination de l’e max en fonction de la vitesse de consommation de matière VCA ainsi qu’en fonction du paramètre z suivant la présente invention.With reference to Figures 7A to 7C, the S plots are preferably obtained by simulation provided by an artificial intelligence which bases the determination of the e max as a function of the material consumption rate VCA as well as as a function of the parameter z according to the present invention.

On peut observer que pour chacun des trois repères de mesure, l’écart (la marge d’erreur) entre la simulation (réalisée en amont de la soudure orbitale) et la mesure de l’e max réalisée après l’opération soudage, est très minime, ce qui prouve que la présente invention permet d’assurer une modélisation précise de la section à souder ainsi qu’une détermination de la hauteur de la soudure qui soit la plus exacte et proche de la réalité.It can be observed that for each of the three measurement marks, the difference (the margin of error) between the simulation (carried out upstream of the orbital weld) and the measurement of the e max carried out after the welding operation is very minimal, which proves that the present invention makes it possible to ensure precise modeling of the section to be welded as well as a determination of the height of the weld which is the most exact and close to reality.

On peut observer également une forme générale en baignoire des tracés S, cela est du au fait qu’aux extrémités périphériques de la jonction soudée, l’épaisseur est plus large qu’au centre, cela est dû à une concentration de l’excédent de la matière déplacée lors du soudage orbital, donnant une forme généralement en diabolo ou en paillon au joint soudé (comme visible à la ).We can also observe a general bathtub shape of the S traces, this is due to the fact that at the peripheral ends of the welded joint, the thickness is wider than at the center, this is due to a concentration of the excess material displaced during orbital welding, giving a generally diabolo or straw shape to the welded joint (as visible in ).

Il est à noter que l’art antérieur ne propose aucune solution permettant d’estimer l’épaisseur maximale du joint soudé ni sa dépendance à la forme de la section.It should be noted that the prior art does not provide any solution for estimating the maximum thickness of the welded joint or its dependence on the shape of the section.

En général, il est important de noter qu’une configuration où deux sections à souder ont une forme de cercle parfait permet d'obtenir un soudage orbital optimal. Cette configuration assure un malaxage parfaitement homogène et constant, ce qui garantit une montée en température stable des matériaux. De plus, la forme circulaire des sections permet une uniformité de la friction sur 360°, sans changement de forme.In general, it is important to note that a configuration where two sections to be welded have a perfect circle shape allows for optimal orbital welding. This configuration ensures perfectly homogeneous and constant mixing, which guarantees a stable temperature rise of the materials. In addition, the circular shape of the sections allows for uniformity of friction over 360°, without any change in shape.

Les inventeurs ont eu la démarche inventive d’introduire la méthode de lancer de rayons (ray tracing) décrite ci-avant, une technique non conventionnelle dans le domaine de la mécanique, pour caractériser la section de jonction afin de prendre en considération toutes les directions de friction. En effet, le balayage de la section avec des rayons z i,α lancés depuis chacun de tous les points i de sa périphérie, s’apparente aux mouvements de malaxage de matière entre les surfaces en contact lors du soudage orbital, lesdits mouvement étant suivant toutes les directions et sur 360°.The inventors had the inventive approach of introducing the ray tracing method described above, an unconventional technique in the field of mechanics, to characterize the junction section in order to take into consideration all directions of friction. Indeed, the scanning of the section with rays z i,α launched from each of all points i of its periphery, is similar to the movements of mixing material between the surfaces in contact during orbital welding, said movements being in all directions and over 360°.

Cette corrélation entre la physique de malaxage pendant la friction orbitale et le calcul théorique du paramètre z, offre la possibilité de prédire le comportement du malaxage de matière avant même la réalisation du soudage orbital. Ainsi, le paramètre z permet d’estimer de manière suffisamment précise les résultats du soudage (VCA, e max ) à un stade précoce du processus (lors de la modélisation de la forme de la section de jonction et avant la réalisation du soudage).This correlation between the mixing physics during orbital friction and the theoretical calculation of the z parameter, offers the possibility to predict the material mixing behavior even before orbital welding is performed. Thus, the z parameter allows to estimate the welding results ( VCA , e max ) with sufficient precision at an early stage of the process (when modeling the shape of the joint section and before welding is performed).

Claims (15)

Procédé de modélisation d’une jonction (10) d’aube (4) à un moignon (6) sur un rotor (2) de turbomachine, par soudure à friction orbitale, comprenant l’étape suivante :
détermination d’une vitesse de consommation de matière VCA en fonction des paramètres de soudure par friction orbitale suivants : excentricité, fréquence et pression, et d’un paramètre géométrique z de la section (11) de l’aube (4) et du moignon (6) au niveau de la jonction (10) ;
caractérisé en ce que le procédé comprend, en outre, l’étape suivante :
détermination d’une épaisseur maximale e max de la jonction (10) en fonction de la vitesse de consommation de matière VCA déterminée, le paramètre géométrique z étant une moyenne des rayons moyens z i balayant la section (11) de l’aube (4) et du moignon (6) au niveau de la jonction (10) en tout point i de la périphérie (11.1) de ladite section (11).
Method for modeling a junction (10) of a blade (4) to a stub (6) on a rotor (2) of a turbomachine, by orbital friction welding, comprising the following step:
determining a material consumption rate VCA as a function of the following orbital friction welding parameters: eccentricity, frequency and pressure, and a geometric parameter z of the section (11) of the blade (4) and the stub (6) at the junction (10);
characterized in that the method further comprises the following step:
determination of a maximum thickness e max of the junction (10) as a function of the determined material consumption rate VCA , the geometric parameter z being an average of the mean radii z i sweeping the section (11) of the blade (4) and the stub (6) at the junction (10) at any point i of the periphery (11.1) of said section (11).
Procédé de modélisation selon la revendication 1, dans lequel l’épaisseur maximale e max déterminée et la vitesse de consommation de matière VCA déterminée sont d’autant plus grandes que le paramètre géométrique z est petit et vice versa.Modeling method according to claim 1, in which the determined maximum thickness e max and the determined material consumption rate VCA are all the greater as the geometric parameter z is small and vice versa. Procédé de modélisation selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel les rayons moyens z i balayant la section (11) de l’aube (4) et du moignon (6) au niveau de la jonction (10) en tout point i de la périphérie (11.1) de ladite section (11) sont strictement contenu dans ladite section (11).Modeling method according to one of claims 1 and 2, in which the mean radii z i scanning the section (11) of the blade (4) and the stump (6) at the junction (10) at any point i of the periphery (11.1) of said section (11) are strictly contained in said section (11). Procédé de modélisation selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les rayons moyens z i balayant la section (11) de l’aube (4) et du moignon (6) au niveau de la jonction (10) en tout point i de la périphérie (11.1) de ladite section (11) balayent totalement ladite section (11).Modeling method according to one of claims 1 to 3, in which the mean radii z i scanning the section (11) of the blade (4) and the stub (6) at the junction (10) at any point i of the periphery (11.1) of said section (11) completely scan said section (11). Procédé de modélisation selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’épaisseur maximale e max déterminée et la vitesse de consommation de matière VCA déterminée sont d’autant plus petites que l’excentricité diminue et vice versa.Modeling method according to one of claims 1 to 4, in which the determined maximum thickness e max and the determined material consumption rate VCA are all the smaller as the eccentricity decreases and vice versa. Procédé de modélisation selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’épaisseur maximale e max déterminée et la vitesse de consommation de matière VCA déterminée sont d’autant plus petites que la fréquence diminue et vice versa.Modeling method according to one of claims 1 to 5, in which the determined maximum thickness e max and the determined material consumption rate VCA are all the smaller as the frequency decreases and vice versa. Procédé de modélisation selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la détermination de l’épaisseur maximale e max et de la vitesse de consommation de matière VCA est basée sur des données expérimentales de soudure à friction orbitale, où pour chaque opération de soudure la vitesse de consommation de matière VCA est mesurée et corrélée avec l’excentricité, la fréquence, la pression et le paramètre géométrique z.Modeling method according to one of claims 1 to 6, in which the determination of the maximum thickness e max and the material consumption rate VCA is based on experimental orbital friction welding data, where for each welding operation the material consumption rate VCA is measured and correlated with the eccentricity, the frequency, the pressure and the geometric parameter z . Procédé de modélisation selon la revendication 7, dans lequel les corrélations des données expérimentales sont faites de manière à fournir un modèle de détermination de la vitesse de consommation de matière VCA et éventuellement de l’épaisseur maximale e max .Modeling method according to claim 7, in which the correlations of the experimental data are made so as to provide a model for determining the rate of material consumption VCA and possibly the maximum thickness e max . Procédé de modélisation selon la revendication 8, dans lequel le modèle de détermination de la vitesse de consommation de matière VCA et éventuellement de l’épaisseur maximale e max implique l’utilisation d’intelligence artificielle.Modeling method according to claim 8, in which the model for determining the material consumption rate VCA and possibly the maximum thickness e max involves the use of artificial intelligence. Procédé de soudage par friction orbitale d’une aube (4) à un moignon (6) sur un rotor (2) de turbomachine pour former une jonction (10), comprenant l’étape suivante :
détermination d’une vitesse de consommation de matière VCA ;
caractérisé en ce que le procédé comprend, en outre, l’étape suivante :
détermination d’une épaisseur maximale e max de la jonction (10) en fonction de la vitesse de consommation de matière VCA déterminée et en fonction d’un paramètre géométrique z correspondant à une moyenne des rayons moyens z i balayant la section (11) de l’aube (4) et du moignon (6) au niveau de la jonction (10) en tout point i de la périphérie (11.1) de ladite section (11).
Method of orbital friction welding of a blade (4) to a stub (6) on a turbomachine rotor (2) to form a junction (10), comprising the following step:
determination of a VCA material consumption rate;
characterized in that the method further comprises the following step:
determination of a maximum thickness e max of the junction (10) as a function of the determined material consumption rate VCA and as a function of a geometric parameter z corresponding to an average of the mean radii z i sweeping the section (11) of the blade (4) and the stump (6) at the junction (10) at any point i of the periphery (11.1) of said section (11).
Procédé de soudage selon la revendication 10, comprenant, en outre, une étape de comparaison de l’épaisseur maximale e max déterminée avec un intervalle de valeurs de l’épaisseur maximale e max prédéfini lors d’un procédé modélisation de la jonction (10) d’aube (4) au moignon (6), ledit procédé de modélisation étant selon l’une des revendications 1 à 9.Welding method according to claim 10, further comprising a step of comparing the maximum thickness e max determined with an interval of values of the maximum thickness e max predefined during a modeling method of the junction (10) of the blade (4) to the stump (6), said modeling method being according to one of claims 1 to 9. Procédé de dimensionnement d’une aube (4) et d’un moignon (6) correspondant sur un rotor (2) de turbomachine, destinés à être joints par soudure à friction orbitale, en fonction d’une épaisseur maximale e max de la jonction (10) prédéterminée, caractérisé en ce que le procédé de dimensionnement comprend une itération de détermination de l’épaisseur maximale e max de la jonction (10) suivant différentes dimensions de la jonction (10), suivant un procédé de modélisation selon l’une des revendications 1 à 9.Method for dimensioning a blade (4) and a corresponding stub (6) on a turbomachine rotor (2), intended to be joined by orbital friction welding, as a function of a predetermined maximum thickness e max of the junction (10), characterized in that the dimensioning method comprises an iteration of determining the maximum thickness e max of the junction (10) according to different dimensions of the junction (10), according to a modeling method according to one of claims 1 to 9. Procédé de dimensionnement selon la revendication 12, dans lequel l’itération de détermination de l’épaisseur maximale e max de la jonction (10) suivant différentes dimensions de la jonction (10) est réalisée alors que l’excentricité, la fréquence et la pression restent constantes.A sizing method according to claim 12, wherein the iteration of determining the maximum thickness e max of the junction (10) according to different dimensions of the junction (10) is carried out while the eccentricity, the frequency and the pressure remain constant. Procédé de dimensionnement selon l’une des revendications 12 et 13, dans lequel les différentes dimensions de la jonction (10), dans l’itération de détermination de l’épaisseur maximale e max de la jonction (10), sont sélectionnées de manière à correspondre à différentes valeurs du paramètre géométrique z.Dimensioning method according to one of claims 12 and 13, in which the different dimensions of the junction (10), in the iteration of determining the maximum thickness e max of the junction (10), are selected so as to correspond to different values of the geometric parameter z . Procédé de dimensionnement selon l’une des revendications 12 à 14, dans lequel l'itération de détermination de l’épaisseur maximale e max de la jonction (10) suivant différentes dimensions de la jonction (10) est arrêtée lorsque l’épaisseur maximale e max déterminée correspond à l’épaisseur maximale e max de la jonction (10) prédéterminée avec une tolérance donnée.Dimensioning method according to one of claims 12 to 14, in which the iteration of determining the maximum thickness e max of the junction (10) according to different dimensions of the junction (10) is stopped when the maximum thickness e max determined corresponds to the maximum thickness e max of the junction (10) predetermined with a given tolerance.
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