WO2014118464A1 - Dispositif auxiliaire de soudage de disques broches, comprenant une ceinture amortissante, et procede de soudage par friction - Google Patents

Dispositif auxiliaire de soudage de disques broches, comprenant une ceinture amortissante, et procede de soudage par friction Download PDF

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    • F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F05D2230/239—Inertia or friction welding

Definitions

  • the subject of the invention is, in a first aspect, an auxiliary device for welding discs comprising a damping belt, and, in another aspect, a method of friction welding.
  • the discs of turbojet engines and turboprop engines are frequently welded together by friction and in particular by inertial friction in assembly planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor thus created. They often include at their periphery plugged cells for receiving the blade roots, and possibly blade stoppers, located at the ends of the cells.
  • the invention has been designed to provide a device for protecting the discs of the discs by vibration damping which is adapted to the discs provided with peripheral cells.
  • the new device consists of a circular belt consisting of a circular viscoelastic polymer belt, the belt comprising an alternation of bosses and steps, characterized in that the belt comprises a bandage to be arranged around the periphery of the disc by squeezing the disc, and the bosses and steps are on the inside of the bandage.
  • the belt and its bosses partially envelop the teeth of the disc and limit the amplitude of their vibrations, especially since the bosses, clamped between the pairs of neighboring teeth, contribute to subject the teeth to modes of vibration in phase, which thus reduce the high frequencies, while decreasing the amplitude of the vibrations, thanks to the damping properties of their materials.
  • the role of the closed circular bandage, which envelops the disc with a radial narrowing, will be emphasized to contribute to the damping.
  • it is monobloc and therefore easy to manufacture and use. It is also lighter, thanks to the omission of the metal flanges necessary to maintain the side belt against the disc, and may have significant inertia affecting the damping.
  • the belt comprises side skirts advancing radially inner. They help maintain the belt in place during the welding process, while decreasing the vibration to which the blade hooks, when they exist, are exposed. Simultaneously, these side skirts protect the finished surfaces of the stitched cells from any microprojections related to the weld.
  • the polymer must have sufficient flexibility and elasticity to allow it to be placed around the disc with a clamping and then removed from the disc without residual deformation. It must also ideally have sufficient damping characteristics to effectively reduce the amplitude of the vibrations. Polyurethanes can be proposed.
  • the invention also relates to a method of friction welding a disk, characterized in that it consists in using the auxiliary device as above, by fitting it tightly around the disk, the penetrating projections in cells located at the periphery of the disk, so as to be compressed between teeth of the disk alternating with the cells during welding.
  • the belt has a radius less than the outer radius of the disk so as to show a shrinkage of 3 to 20% when it is separated.
  • FIG. 1 is a general view of a disk to which the invention can be applied;
  • FIG. 2 is a general view of the belt in the free state
  • FIG. 3 is a detailed view of the disk equipped with the belt
  • FIG. 4 is a view of a rotor assembly equipped with the invention.
  • the disc to which the invention can be applied comprises a periphery where cells 1 alternate with solid portions here called teeth 2.
  • the cells 1 comprise a bottom expanded toward the center of the disc, and a portion narrower upper end forming a neck 3.
  • the cells 1 may be stitched longitudinally or obliquely; hooks may also equip the end faces of the teeth 2, and later retain the blades of the disk, whose feet, slipped into the cells 1, have ends provided with complementary hooks; rings will be introduced into the hooks 4 of the teeth 2 and those of the blade roots to retain them along the cells 1. This provision is known and is not shown.
  • a damping belt 7, shown in Figure 2 it is made of polymer having sufficient viscoelasticity to be flexible, elastic and strongly dampen vibrations. It comprises a bandage 8 which is arranged around the periphery of the disk, bosses 9 separated by steps or notches on its inner face and side skirts 11 on both sides of the bandage 8, which are solid bands advancing radially inward. The bosses 9 penetrate between the teeth 2 so as to fill the necks 3.
  • the bandage 8 presses on the teeth 2 with a necking force which depends on its expansion when it is arranged around the teeth 2.
  • the bosses 9 are compressed between adjacent teeth, contribute to securing it and exert a tightening in the tangential direction, which reduces the ease of teeth 2 to flex.
  • the skirts 11 help maintain the belt 7 around the disk during welding, and are still used to exert pressure and damping on the hooks 4.
  • the teeth 2 have less ability to flex around their connection to the main part 5 of the disc, the connections 6 are less constrained and the fatigue cracks do not appear there, or appear much more difficult there.
  • the belt 7 is advantageously made of polyurethane.
  • Courbhane 60R (trademark) is a grade offering characteristics, including damping, which are well suited to the invention.
  • FIG. 4 illustrates the use of the belts 7, which are here arranged in several copies on as many disks 12 already assembled together, but left in place as long as other disks, not shown, are still capable of being welded to the assembly already obtained.
  • the welding is performed, moreover, in the same way as in the prior art.

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Abstract

Une ceinture (7) comportant des crans (10) alternant avec des bossages (9) à sa face intérieure est disposée autour d'un disque (5, 2), de manière à le coiffer et à serrer sa périphérie, les bossages (9) pénétrant dans des cols d'alvéoles (1) destinés à la réception de pieds d'aubes, de manière à exercer un serrage élastique sur les dents (2) et éviter la formation de fissures par fatigue, lors de soudages par friction inertielle du disque avec d'autres, parties de rotor, ces fissures étant susceptibles d'apparaître aux raccordements (6) des dents (2) à la partie principale du disque (5). La ceinture (7) est en polymère élastique possédant une bonne viscosité interne, qui assure l'amortissement.

Description

DISPOSITIF AUXILIAIRE DE SOUDAGE DE DISQUES BROCHES,
COMPRENANT UNE CEINTURE AMORTISSANTE,
ET PROCEDE DE SOUDAGE PAR FRICTION
DESCRI PTION
Le sujet de l'invention est, sous un premier aspect, un dispositif auxiliaire de soudage de disques brochés comprenant une ceinture amortissante, et, sous un autre aspect, un procédé associé de soudage par friction.
Les disques des turboréacteurs et turbopropulseurs sont fréquemment soudés entre eux par friction et notamment par friction inertielle dans des plans d'assemblage perpendiculaires à l'axe de rotation du rotor ainsi créé. I ls comprennent fréquemment à leur périphérie des alvéoles brochés destinés à la réception des pieds d'aubes, et éventuellement des crochets d'arrêt des aubes, situés aux extrémités des alvéoles.
Ce procédé de soudage est extrêmement énergique et produit presque toujours des vibrations à haute intensité et à haute fréquence. Des fissures par fatigue peuvent alors apparaître au fond des alvéoles ainsi qu'au fond des crochets d'arrêt des aubes.
Ces inconvénients des soudages par friction sont déjà connus, et il a été proposé d'y remédier en associant aux pièces à souder des éléments amortisseurs de ces vibrations. Les documents US 2004/108358 A et 2010/193 572 A décrivent quelques exemples. I l semble toutefois que les dispositifs amortisseurs de ces brevets ne soient pas adaptés au cas particulier des disques entaillés d'alvéoles périphériques et n'empêchent pas l'apparition de fissures par fatigue vibratoire aux endroits les plus exposés, à savoir aux raccordements entre les dents périphériques séparant les alvéoles et la partie principale du disque, à partir du fond des alvéoles, ainsi qu'au fond des crochets d'arrêt des aubes. Quant à US 2006/051211, il décrit un élément amortisseur de nature plus complexe que celui de l'invention comprenant deux ceintures en polymère latérales, et retenues entre deux flasques métalliques, qu'on approche l'un de l'autre pour maintenir les ceintures sur les faces latérales du disque. L'élément amortisseur de cette antériorité est bien relatif à un disque à souder par friction, mais sans que ce disque soit entaillé d'alvéoles brochés séparés par les dents pour recevoir des pieds d'aubes, puisque le disque de cette antériorité est un disque aubagé monobloc déjà porteur des aubes.
L'invention a été conçue pour offrir un dispositif de protection des alvéoles brochés des disques par amortissement des vibrations qui soit adapté aux disques pourvus d'alvéoles périphériques.
Selon l'invention, le dispositif nouveau consiste en une ceinture circulaire consistant en une ceinture circulaire en polymère viscoélastique, la ceinture comprenant une alternance de bossages et de pas, caractérisé en ce que la ceinture comprend un bandage à arranger autour de la périphérie du disque en serrant le disque, et les bossages et les pas sont sur la face intérieure du bandage.
La ceinture et ses bossages enveloppent partiellement les dents du disque et limitent l'amplitude de leurs vibrations, d'autant plus que les bossages, serrés entre les paires de dents voisines, contribuent à soumettre les dents à des modes de vibrations en phase, qui réduisent donc les hautes fréquences, tout en diminuant l'amplitude des vibrations, grâce aux propriétés amortissantes de leur matériaux. On soulignera le rôle du bandage circulaire fermé, qui enveloppe le disque avec un rétreint radial, pour contribuer à l'amortissement. Contrairement au dispositif du US 2006/051211, celui-ci est monobloc et donc facile à fabriquer et à employer. Il est aussi plus léger, entre autres grâce à l'omission des flasques métalliques nécessaires pour maintenir la ceinture latérale contre le disque, et qui peuvent posséder une inertie importante nuisant à l'amortissement.
Selon un perfectionnement, la ceinture comprend des jupes latérales s'avançant en direction radiale intérieure. Elles contribuent à maintenir la ceinture en place pendant le procédé de soudage, tout en diminuant les vibrations auxquelles les crochets d'arrêt des aubes, quand ils existent, sont exposés. Simultanément, ces jupes latérales protègent les surfaces finies des alvéoles brochés des éventuelles microprojections liées à la soudure. Le polymère doit posséder une souplesse et une élasticité suffisantes pour lui permettre d'être disposé autour du disque avec un serrage, puis d'être retiré du disque sans déformation résiduelle. Il doit aussi posséder idéalement des caractéristiques d'amortissement suffisantes pour réduire efficacement l'amplitude des vibrations. Des polyuréthanes peuvent être proposés.
L'invention est encore relative à un procédé de soudage par friction d'un disque broché, caractérisé en ce qu'il consiste à employer le dispositif auxiliaire comme ci-dessus, en l'ajustant de façon serrée autour du disque, les bossages pénétrant dans des alvéoles établis en périphérie du disque, de façon à être comprimés entre des dents du disque alternant avec les alvéoles, pendant le soudage.
Selon une caractéristique avantageuse et optionnelle, la ceinture a un rayon inférieur au rayon extérieur du disque de manière à montrer un rétreint de 3 à 20% quand il en est séparé.
L'invention sera maintenant décrite dans ses différents aspects au moyen des figures suivantes, qui sont annexées à titre purement illustratif et décrivent une des réalisations possibles de l'invention :
- la figure 1 est une vue générale d'un disque auquel l'invention peut être appliquée ;
- la figure 2 est une vue générale de la ceinture à l'état libre ;
- la figure 3 est une vue de détail du disque équipé de la ceinture ;
- la figure 4 est une vue d'un assemblage de rotor équipé de l'invention. On se reporte à la figure 1. Le disque auquel peut être appliqué l'invention comprend une périphérie où des alvéoles 1 alternent avec des portions pleines appelées ici dents 2. Les alvéoles 1 comprennent un fond épanoui vers le centre du disque, et une partie supérieure plus étroite formant un col 3. Les alvéoles 1 peuvent être brochés longitudinalement ou obliquement ; des crochets peuvent aussi équiper les faces d'extrémité des dents 2, et retenir plus tard les aubes du disque, dont les pieds, glissés dans les alvéoles 1, auront des extrémités munies de crochets complémentaires ; des anneaux seront introduits dans les crochets 4 des dents 2 et dans ceux des pieds d'aubes pour retenir celles-ci le long des alvéoles 1. Cette disposition est connue et n'est pas représentée.
Avec une telle forme de disque, des fissures sont susceptibles d'apparaître aux raccordements 6 entre les dents 2 et la portion principale 5 du disque, centrale et continue, en s'amorçant sur les côtés de ces raccordements 6, et précisément aux endroits donnant sur le fond des alvéoles 1, où les dents 2 sont le plus étroites, ainsi qu'aux raccordements entre les crochets 4 et les dents 2.
Il est conforme à l'invention d'utiliser une ceinture 7 amortissante, représentée à la figure 2, pendant le soudage. Elle est en polymère présentant une viscoélasticité suffisante pour être souple, élastique et amortir fortement les vibrations. Elle comprend un bandage 8 qu'on arrange autour de la périphérie du disque, des bossages 9 séparés par des pas 10 ou crans à sa face intérieure et des jupes 11 latérales des deux côtés du bandage 8, qui sont des bandes pleines s'avançant radialement vers l'intérieur. Les bossages 9 pénètrent entre les dents 2 de manière à combler les cols 3.
Le bandage 8 presse sur les dents 2 avec une force de rétreint qui dépend de son expansion quand il est arrangé autour des dents 2. Les bossages 9 sont comprimés entre des dents adjacentes, contribuent à la solidariser et exercent un serrage en direction tangentielle, qui réduit la facilité des dents 2 à fléchir. Les jupes 11 aident à maintenir la ceinture 7 autour du disque pendant le soudage, et servent encore à exercer une pression et un amortissement sur les crochets 4.
Les dents 2 ayant moins de facilité à fléchir autour de leur raccordement à la partie principale 5 du disque, les raccordements 6 sont moins contraints et les fissures par fatigue n'y apparaissent pas, ou y apparaissent beaucoup plus difficilement.
La ceinture 7 est avantageusement en polyuréthane. Le Courbhane 60R (marque déposée) est une nuance offrant des caractéristiques, notamment d'amortissement, qui conviennent bien à l'invention.
On a constaté que de bons résultats d'amortissement étaient obtenus avec un bandage 8 dont la face intérieure avait, à l'état libre, un rayon inférieur de 3 % à 20 % au rayon extérieur du disque (les rayons étant mesurés aux endroits des pas 10 et des dents 2). La figure 4 illustre l'utilisation des ceintures 7, qui sont ici disposées à plusieurs exemplaires sur autant de disques 12 déjà assemblés entre eux, mais laissées en place tant que d'autres disques, non représentés, sont susceptibles encore d'être soudés à l'assemblage déjà obtenu.
Le soudage est effectué, par ailleurs, de la même façon que dans l'art connu.

Claims

REVENDICATIONS
1) Dispositif auxiliaire de soudage de disques brochés par friction, consistant en une ceinture (7) circulaire en polymère viscoélastique, la ceinture comprenant une alternance de bossages (9) et de pas (10), caractérisé en ce que la ceinture comprend un bandage (8) à arranger autour de la périphérie du disque en serrant le disque, et les bossages (9) et les pas (10) sont sur la face intérieure du bandage
(8) .
2) Dispositif auxiliaire de soudage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ceinture comprend des bandes planes (11) sur les bords latéraux de la ceinture qui s'avancent en direction radiale intérieure.
3) Dispositif auxiliaire de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le polymère est un polyuréthane.
4) Procédé de soudage par friction d'un disque broché, caractérisé en ce qu'il consiste à employer le dispositif auxiliaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, en ajustant le bandage (8) de façon serrée autour du disque, les bossages
(9) pénétrant dans des alvéoles (1) établis en périphérie du disque, de façon à être comprimés entre des dents (2) du disque alternant avec les alvéoles, pendant le soudage.
5) Procédé de soudage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la ceinture a, à un état libre, un rayon intérieur inférieur de 3 % à 20 % à un rayon extérieur du disque.
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