Article

1 - CONTEXTE PROPRE AUX TURBORÉACTEURS

2 - NORMES DE SOUDABILITÉ PROPRES À LA CONSTRUCTION AÉROSPATIALE

3 - ROTORS DE COMPRESSEURS FROIDS

4 - ROTORS CHAUDS

5 - CARTERS DE COMPRESSEUR ET DE TURBINE

6 - PIÈCES DE TURBINE : AUBES MOBILES ET DISTRIBUTEURS

Article de référence | Réf : BM7778 v1

Assemblage métallurgique dans la construction des turboréacteurs

Auteur(s) : Jean-Pierre FERTE

Date de publication : 10 janv. 2006

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NOTE DE L'ÉDITEUR

La norme NF EN ISO 643 (A04-102) du 15/01/2020 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 643 de janvier 2020 (2nd tirage du 01/09/2021) : Aciers - Détermination micrographique de la grosseur de grain apparente (1er tirage)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2109 (Septembre 2021).

23/12/2021

La norme NF EN ISO 643 d'avril 2013 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 643 (A04-102) : Aciers - Détermination micrographique de la grosseur de grain
apparente (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2001 (Février 2020).

16/03/2020

RÉSUMÉ

Les turboréacteurs font partie des assemblages propres à l’industrie aéronautique pour lesquels un niveau élevé de qualité est requis. Les pièces rentrant dans la composition des turboréacteurs, réalisés dans des matériaux hautement résistants, et sous des procédés spécifiques, appartiennent à trois familles : les pièces tournantes, les carters structuraux et les pièces fixes et mobiles de turbines. Cet article décrit pour chacune d’elles les domaines de fonctionnement, les contraintes mécaniques, les données répertoriées, ainsi que l’expérience acquise et publiée.

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Auteur(s)

  • Jean-Pierre FERTE : Ingénieur de l’Institut national des sciences appliquées (INSA) - Docteur-ingénieur - Expert senior en assemblage métallurgique, Centre de compétence industrielle en assemblage métallurgique, SNECMA, groupe SAFRAN, centre d’Évry-Corbeil

INTRODUCTION

Les turboréacteurs qui équipent les avions civils et militaires actuels font appel à un très vaste et unique domaine de matériaux, du fait de la large plage de température de fonctionnement de ces derniers (− 50 ˚C à 1 250 ˚C). Ces matériaux ont d’ailleurs souvent trouvé leur source de développement à partir des besoins de cette industrie (alliages de titane pour haute température ou haute résistance, superalliages de nickel de la métallurgie des poudres ou monocristallins...).

Les progrès constants demandés aux concepteurs, pour augmenter le rapport poussée/masse de ces turboréacteurs et réduire de façon drastique les coûts de possession, ont conduit à la mise en œuvre de techniques d’assemblage métallurgique (soudage, brasage et procédés dérivés), disponibles ou spécifiques, pour réduire la masse des ensembles et pour pouvoir en réparer certains à grande valeur ajoutée, auparavant rebutés.

Une spécificité des assemblages propres à cette industrie aéronautique est le niveau élevé de qualité qui doit être démontré, eu égard aux risques associés au transport de personnes.

Les principales familles de pièces des turboréacteurs sont :

  • les pièces tournantes : ensembles de disques de compresseurs « basse pression » et « haute pression », mettant en œuvre respectivement différents alliages de titane et des superalliages de nickel corroyés à fort durcissement structural. Ces pièces sont dimensionnées en fatigue oligocyclique et à durée de vie contractuelle. Les procédés mis en œuvre sont essentiellement le soudage par faisceau d’électrons et le soudage par friction inertielle ;

  • les carters structuraux, en alliages de nickel et de cobalt, corroyés ou coulés. Ils sont dimensionnés en fatigue vibratoire. Les procédés mis en œuvre sont le soudage à l’arc (TIG : « tungsten inert gas », plasma) et le soudage laser ;

  • les pièces fixes et mobiles de turbines travaillent de 700 ˚C à plus de 1 100 ˚C. Elles sont, pour la part essentielle, en superalliages de nickel coulés à la cire perdue, à structure équiaxe, colonnaire ou monocristalline. Du fait de la très faible soudabilité de ces alliages, les principaux procédés mis en œuvre sont le brasage-diffusion et ses dérivés.

Pour ces trois familles de pièces, nous décrivons successivement :

  • les domaines de fonctionnement des pièces, les contraintes mécaniques et éventuellement liées à l’environnement de fonctionnement et les alliages retenus par les concepteurs et mis en œuvre ;

  • les données générales connues sur la soudabilité (ou brasabilité) des principaux alliages mis en œuvre. Cette donnée générale couvre de nombreux aspects : principalement la maîtrise de la non-fissuration des soudures mais aussi les notions de préparation avant soudage, de protection contre l’oxydation, ainsi que celles de relaxation des contraintes résiduelles et de caractéristiques mécaniques des liaisons obtenues ;

  • l’expérience acquise et publiée illustrant la démarche pour arriver à la réalisation de pièces assemblées de qualité spécifiée, en tenant compte des contraintes de fabrication. Les différentes composantes de la mise en œuvre des procédés choisis, sont illustrées : préparation avant soudage, qualité des assemblages, opérations mécaniques et thermiques postsoudage, contrôle de la qualité. L’aspect essentiel de la réparabilité des pièces de grande valeur ajoutée est abordé.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm7778


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - MORGAN (E.J.) -   Atmospher Control Criteria for Welding Titanium  -  . Conference Proceedings from Advanced in Welding Processes, Harrogate (1978).

  • (2) - SMITH (L.S.), GITTOS (M.F.) -   A Review of Weld Metal Porosity and Hydrid Cracking in Titanium and its Alloys  -  . TWI Report 658/1998 (nov. 1998).

  • (3) -   ASM Handbook, Vol. 6. Welding, Brazing and Soldering  -  . p. 507-527.

  • (4) - YONESAWA (K.) -   Welding of Titanium and Titanium Alloys  -  . Welding International, 12, 1131-1142 (1987).

  • (5) - BROOMFIELD (R.W.) -   Dans Designing with Titanium.  -  Proceedings, International Conference, Bristol, 7-9 juill. 1986. Ed : P.H. Morton, Institute of Metals (1986).

  • (6) - SCHULTZ (W.), OBERPARLEITER (W.) -   Influence of welding flaws on the fatigue strength of electron beam weldments in TIAL6V4  -  . AGARD Conference Proceedings...

NORMES

  • Série aérospatiale – Assemblages soudés et brasés pour constructions aérospatiales – Soudabilité et brasabilité des matériaux – Partie 10 : généralités. - NF L06-380-10 - 2-03

  • Série aérospatiale – Assemblages soudés et brasés pour constructions aérospatiales – Soudabilité et brasabilité des matériaux – Partie 20 : assemblages homogènes de l’aluminium et des alliages d’aluminium. - NF L06-380-20 - 2-03

  • Série aérospatiale – Assemblages soudés et brasés pour constructions aérospatiales – Soudabilité et brasabilité des matériaux – Partie 21 : assemblages homogènes des aciers non alliés et faiblement alliés. - NF L06-380-21 - 11-03

  • Série aérospatiale – Assemblages soudés et brasés pour constructions aérospatiales – Soudabilité et brasabilité des matériaux – Partie 22 : assemblages homogènes d’aciers fortement alliés. - NF L06-380-22 - 3-05

  • Assemblages soudés et brasés pour constructions aérospatiales – Assemblages soudés par résistance par points ou à la molette – Qualité des assemblages soudés. - ...

1 Constructeurs de tuboréacteurs

(liste non exhaustive)

SNECMA (groupe SAFRAN) http://www.snecma.com

General Electric http://www.ge.com

MTU http://www.mtu.de

Pratt & Whitney http://www.pratt-whitney.com

Rolls-Royce http://www.rolls-royce.com

Turbomeca (groupe Safran) http://www.turbomeca.com

HAUT DE PAGE

2 Centres de recherche

(liste non exhaustive)

Edison Welding Institute (EWI) http://www.ewi.org

Institut de soudure (groupe IS) http://www.isgroupe.com

TWI (The Welding Institute) http://www.twi.co.uk

HAUT DE PAGE

3 Organismes de normalisation

American Welding Society (AWS) http://www.aws.org

Bureau de normalisation de l’aéronautique et de l’espace (BNAE) http://www.bnae.asso.fr

European...

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