Method for DE-lishing a first mechanical part of a second mechanical part

​Technical field of the invention

​The invention relates to a method for disconnecting a first mechanical part from a second mechanical part.

​The invention applies particularly to a method for separating a metal from the edge of a turbomachine blade of a material composite.

​Technical background

​The fan-equipped dual-flow turbomachines are equipped with blades which can be made mainly of an organic matrix composite material. These blades are generally equipped with metal reinforcements made of titanium alloy that are adhered to the blades, for example on the leading edge of the blades.

​In use, the metal reinforcement of one or more blades may be damaged by various impacts, for example when a foreign body such as a bird or such as debris is ingested by the blower. However, in this case, the corresponding blade does not necessarily have the object of degradations so that it can be interesting to replace only the metal reinforcement and retain the composite blade, because it, due to its manufacture of composite material, has a high economic value.

​The problem addressed by the invention is therefore that of providing a method for separating the metal reinforcement from the blade made of composite material without damaging said blade.

​Different techniques known from the prior art have been heretofore used to separate the metal reinforcement from the blade:

​Document FR -2.970.197-A1 discloses a method for inductively disconnecting a first mechanical part from a second magnetic mechanical part bonded to the first part by a glue film. In this method, the magnetic properties of the second magnetic mechanical part are used by generating a magnetic field in the bonding area so as to inductively generate eddy currents in the second magnetic mechanical part​, which has the effect of heating and softening the glue film linking the two parts in order to allow the mechanical parts to be detached.

​The drawback of this method, applied to a blade reinforcement, is that the thickness thereof is not uniform. In particular, the reinforcement is of high thickness at the leading edge of the blade and is reduced in thickness in extension areas which extend inwardly of the blade from this leading edge and which are adhered to the surface of the blade by the glue film.

​The magnetic field used to achieve sufficient temperature rise of the reinforcement at the high thickness zone of the reinforcement may cause overheating in the zones of reduced thickness of the reinforcement. This overheating may be transmitted to the composite material of the blade, with the risk of degrading it.

​Document FR -3.056.605-A1 discloses a dissolution separation method. According to this method, a part of a blade comprising a reinforcement of a leading edge made of a titanium alloy is immersed in a chemical treatment chamber supplied by a closed circuit in which a chemical treatment composition circulates and a closed circuit in which a rinsing composition circulates. The chemical treatment composition is circulated to dissolve the titanium alloy, and the blade is rinsed.

​This solution has the drawback of requiring relatively bulky and complex equipment, and having a high processing time, related to the dissolution of the titanium reinforcement. In addition, the material thereof is dissolved, it cannot be recycled.

​Document US -2014/030108-A1 describes a method for decoupling by heating and mechanically biasing an assembly comprising a glue film loaded with shape memory materials, the heating being carried out at a temperature higher than that of martensitic transformation of said materials. This highly specific glue can only be used in a restrictive manner.

​The documents FR3.025.735A1 and FR2.992.243 describes A method of decoupling by cooling and mechanical assembly stress in which the assembly of the assembly is cooled. This configuration does not make it possible to take advantage of differences in thermal conductivity between materials.

​SUMMARY OF THE invention

​The invention overcomes this drawback by proposing a method for disconnecting a first mechanical part from a second mechanical part making it possible to break the connection between the glue film and the second mechanical part whose thermal conductivity is the highest.

​More particularly, the invention proposes a method for breaking the interface between the glue and the material of the second mechanical part, by applying, on the one hand, a thermal stress to the second mechanical part and, on the other hand, a mechanical stress to this second part.

​This second part, the thermal conductivity of which is higher than that of the first part, is thus capable of quickly transmitting the thermal stress due to its high thermal conductivity,

​wherein the thermal stress is combined with the mechanical stress to break the glue film.

​For this purpose, the invention proposes a method for disconnecting a first mechanical part from a second mechanical part, the second mechanical part being bonded to the first mechanical part by a glue film according to a bonding area, the first mechanical part being of a first determined thermal conductivity and the second mechanical part being of a second thermal conductivity higher than the first thermal conductivity​The invention is characterised in that it comprises at least one cooling step during which only the second mechanical part is cooled to a negative temperature and at least one loading step during which the second mechanical part is subjected to a mechanical stress in order to cause the adhesive film to break.

​According to other features of the method:

​-the cooling and biasing steps are simultaneous,

​-during the loading step, the second part is subjected to a compressive stress in a direction substantially perpendicular to a surface of the glue film,

​-the compression stress is carried out by a means for vibrating or by means of projecting projectiles,

​-the vibrating means is an ultrasonic peening means and the projectile projecting means is a shot blasting means,

​The cooling step is carried out by spraying liquid nitrogen onto the second part.

​-the first part is a blade made of composite material, the second part is a metal reinforcement adhered to a leading edge of said blade and the method comprises two simultaneous steps comprising a step of cooling the metal reinforcement by spraying liquid nitrogen and a loading step in which the reinforcement is subjected to a mechanical stress by ultrasonic peening in a direction substantially perpendicular to a surface of the glue film,

​-the method is implemented by means of a tool making it possible to simultaneously perform both cooling and loading steps in a coverage area of the leading edge of the blade by the tool of length less than a length of the leading edge of the blade, and said tooling is moved along the entire length of the leading edge of the blade,

​-the liquid nitrogen is projected at a temperature of substantially -200°C and ultrasonic peening is performed at a frequency of between 10 kHz and 40 kHz.

​The invention also relates to a tool for disconnecting a first mechanical part from a second mechanical part according to the above-described method, characterized in that it comprises an assembly movable in translation along a free surface of the second mechanical part, said assembly comprising:

​-a biasing group comprising successively:

​• a generator, converting a source of electrical power for powering said generator into a sinusoidal electrical signal,

​• a converter, converting the sinusoidal electrical signal into sinusoidal vibration waves,

​• an amplifier, amplifying the vibratory waves,

​• a sonotrode, capable of transmitting the vibration waves,

​• at least one transmission finger, arranged in contact with the second part, and capable of receiving the vibration waves of the sonotrode and mechanically transmitting same to the second part,

​-a cooling group comprising, in succession:

​• a pressurized nitrogen storage tank,

​• an expander able to receive the nitrogen from the reservoir and to deliver it under a determined pressure,

​• a conduit, supplied with nitrogen under pressure by the expander, and extending in the vicinity of the second piece,

​• a nozzle, arranged at the end of the conduit, configured to spray liquid nitrogen to the surface of the second piece.

​BRIEF DESCRIPTION OF THE figures

​The invention will be better understood and other details, features and advantages of the present invention will appear more clearly upon reading the following description made by way of non-limiting example and with reference to the annexed drawings, in which:

​[Figure 1] Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a turbomachine blade;

​Fig. 2 is a schematic perspective view of the blade of Fig. 1;

​[Fig. 3] Fig. 3 is a top view of a tooling according to the invention during the implementation of the method according to the invention;

​Fig. 4 is another top of a tool according to the invention during the implementation of the method according to the invention.

​DETAILED Description OF THE invention

​In FIG. 1, a turbomachine blade assembly 10 is shown. In a known manner, the blade assembly 10 consists of two pieces 12 and 14 adhered by a glue film 16, the thickness of which has been exaggerated for the needs of the understanding of FIG. 1. The glue film 16 thus defines a connecting zone 18 between the two pieces.

La première pièce mécanique 12 est d'une conductivité thermique déterminée et la deuxième pièce 14 est d'une conductivité thermique 14 supérieure à celle de la première pièce 12.

S'agissant d'un ensemble d'aube 10 de turbomachine, la première pièce est une aube 12 réalisée en matériau composite, par exemple un matériau composite à matrice organique, et la deuxième pièce est un renfort métallique 14 en alliage de titane collé sur un bord d'attaque 20 de l'aube 12.

Comme l'illustre la figure 2, le renfort 14 s'étend suivant une longueur L le long du bord d'attaque 20 de l'aube 12.

Conventionnellement, les procédés de désolidarisation connus de l'état de la technique consistent soit à ramollir le film de colle 16 en chauffant par induction le renfort 14, soit à réaliser une opération de dissolution chimique du renfort 14.

Comme on le voit sur la figure 1 , l'épaisseur du renfort 14 n'est pas uniforme. Le renfort 14 coiffe l'aube 12 et il est d'une épaisseur E qui est maximale au niveau du bord d'attaque 20 et qui décroit jusqu'à des valeurs minimales dans des zones 26 et 28 où le renfort rejoint des zones d'extrados 22 et d’intrados 24 de l'aube 12.

Par conséquent, un chauffage du renfort 14 par induction visant à provoquer un ramollissement suffisant du film de colle 16 au niveau du bord d'attaque présente l'inconvénient de provoquer un échauffement excessif des zones 26 et 28, avec pour conséquence un risque de dégradation du matériau composite de l'aube 12 à proximité de ces zones. Cette solution technique est donc inappropriée.

Une opération de dissolution chimique du renfort 14 ne risque pas quant à elle, d'endommager l'aube 12, mais présente toutefois l'inconvénient d'être une opération longue et coûteuse en moyens.

L'invention remédie à ces inconvénients en proposant un procédé comportant au moins une étape de refroidissement au cours de laquelle on refroidit le renfort 14 à une température négative et au moins une étape de sollicitation au cours de laquelle on soumet le renfort 14 à une sollicitation mécanique pour provoquer la rupture du film de colle 16.

Le refroidissement du renfort métallique 14, dont la conductivité thermique est élevée, permet de refroidir le film de colle 16 en contact avec le métal du renfort métallique 14 afin de modifier son comportement mécanique ductile en un comportement mécanique fragile, qui provoque une baisse de sa ténacité.Ceci permet de diminuer l’apport d’énergie mécanique nécessaire à la rupture du film de colle 16, ce qui permet de réduire considérablement le risque de dégradation de l’aube 12 lorsque, au cours de l'étape de sollicitation, le renfort 14 est soumis à une sollicitation mécanique.

La modification du comportement mécanique du film de colle 16 dépend de la colle utilisée. Conventionnellement, les aubes 12 et renforts 14 sont assemblés au moyen de colles époxy qui deviennent fragiles dès que l’on atteint des températures très négatives car la mobilité des chaînes macromoléculaires du film de colle 16 est alors réduite. L'étape de refroidissement du procédé de l'invention permet de fragiliser conséquemment le film de colle.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les étapes de refroidissement et de sollicitation sont simultanées. Cette configuration n'est pas limitative de l'invention, et l'opération de sollicitation pourrait être menée après refroidissement du renfort 14, tant que celui-ci ne remonte pas suffisamment en température pour que le film de colle 16 retrouve son comportement ductile.

Un outillage 30 permettant de mettre en œuvre ces étapes est représenté aux figures 3 et 4.

L'outillage 30 comporte un ensemble 32 mobile en translation suivant une longueur L le long d'une surface libre 32 du renfort 14. L'ensemble 32 peut être déplacé manuellement. Toutefois, dans le cadre d'une industrialisation du procédé, l'ensemble 32 est monté sur un chariot 36 mobile en translation.

L'ensemble 32 comporte de préférence, d'amont en aval selon le sens du déplacement de l'ensemble 30, indiqué par la flèche de la figure 3, un groupe de refroidissement 38 destiné à mener l'étape de refroidissement et un groupe de sollicitation 40 destiné à mener l'étape de sollicitation.

Ainsi toute zone du renfort 14 refroidie par le groupe de refroidissement 38 est immédiatement soumise à la sollicitation du groupe de sollicitation 40 lors du déplacement de l'ensemble 30.

Le groupe de refroidissement 38 comporte un réservoir 42 de fluide de refroidissement sous pression et un détendeur 44 apte à recevoir le fluide issu du réservoir 42 et à le délivrer sous une pression déterminée. Ce détendeur est relié à un conduit 46, alimenté en fluide de refroidissement sous pression, qui s'étend à proximité du renfort 14. L'extrémité du conduit 46 comporte une buse 48 qui est configurée pour pulvériser le fluide de refroidissement à la surface du renfort 14.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'étape de refroidissement est réalisée par projection d'un fluide de refroidissement à base d'azote liquide sur le renfort 14.

La buse 48 est donc configurée pour asperger la surface du renfort 14 selon un brouillard d'azote liquide.

L'azote liquide est projeté à une température de -200°C. Le refroidissement du film de colle 16 se fait par conduction thermique au travers du renfort 14. Le temps d’application de l’azote dépend donc de l’épaisseur et de la nature du renfort métallique 14, ainsi que de la température voulue dans le film de colle 16 pour provoquer sa rupture.

Un avantage majeur de ce procédé réside dans les différences de conductivité thermiques du renfort 14 et du film de colle 16.

D'une part, le renfort 14 conduit rapidement la chaleur et permet de refroidir rapidement le film de colle 16. Or la colle en matériau polymère employée dans le film de colle 16 conduit peu la chaleur, ce qui isole thermiquement l’aube 12. A titre d'exemple, quelques secondes

d’application d'azote suffisent pour traiter des épaisseurs E de renfort métallique inférieures à 1 mm.

Plusieurs types de sollicitation mécanique peuvent être envisagés au cours de l'étape de sollicitation, par exemple des sollicitations exercées perpendiculairement à une corde de l'aube. Toutefois, de préférence, comme l'illustrent les figures 3 et 4, on soumet la deuxième pièce, c’est-à-dire le renfort 14 à une sollicitation de compression selon une direction D sensiblement perpendiculaire à une surface du film de colle 16.

Cette sollicitation de compression est une sollicitation mécanique correspondant à un choc exercé en surface du renfort métallique 14. Cette onde de compression présente l'avantage de se transformer en onde de traction à l’interface entre le renfort 14 et le film de colle 16 du fait de la différence d’impédance mécanique entre le renfort 14 et le film de colle 16.En effet, il est connu que le changement de rigidité mécanique à l’interface entre deux matériaux induit la réflexion d’une partie de l’onde incidente de compression en une onde de traction.

D'une manière générale, la sollicitation de compression peut être réalisée par un moyen de mise en vibration ou par un moyen de projection de projectiles. Un tel moyen de vibration, est par exemple, un moyen de martelage par ultrasons. Un moyen de projection de projectiles est par exemple, un moyen de grenaillage.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le moyen de mise en vibration est un moyen de martelage par ultrasons. A cet effet, le groupe de sollicitation 40 comporte une chaîne de composants visant à produire le martelage par ultrasons.

Ces composants comportent un générateur 50, convertissant une source d'énergie électrique d'alimentation du générateur en un signal électrique sinusoïdal. Ce signal alimente un convertisseur 52, qui convertit le signal électrique sinusoïdal en ondes vibratoires sinusoïdales. Ces ondes vibratoires sont transmises à un amplificateur 54, qui les amplifie.

L'amplificateur 54 amplifie les ondes vibratoires à destination d'un sonotrode 56 qui est apte à transmettre mécaniquement les ondes vibratoires. A une extrémité du sonotrode 56 se trouve au moins un doigt de transmission 58, aussi appelé "indenteur", qui reçoit les ondes vibratoires du sonotrode 56, qui est agencé au contact du renfort 14 de la deuxième pièce, et qui est apte à les transmettre mécaniquement au renfort 14.

En fonction de la puissance de la chaîne de composants, il est possible, comme c'est le cas sur les figures 3 et 4 de disposer de plusieurs doigts de transmission 58. Ces doigts 58 permettent par exemple non seulement de marteler par ultrasons le bord d'attaque du renfort 14, mais aussi par exemple les zones 26 et 28 où le renfort rejoint des zones d'extrados 22 et 24 de l'aube 12, afin de permettre un décollement uniforme du film de colle 16.

Le ou les doigts de transmission 58 du sonotrode 58 exercent la sollicitation mécanique par martelage par ultrasons, comme on l'a vu, sensiblement selon la direction D sensiblement perpendiculaire à une surface du film de colle 16..

Le martelage par ultrasons est par exemple effectué à une fréquence comprise entre 10kHz et 40 kHz.

Comme on l'a vu, et comme l'illustrent les figures 3 et 4, l'ensemble 32 de l'outillage 30 permet de réaliser simultanément les deux étapes de refroidissement et de sollicitation. Ces deux opérations sont réalisées dans une zone de couverture C du bord d'attaque 20 de l'aube 12 par l'outillage 30, et plus particulièrement par les doigts 58 du sonotrode 56 immédiatement après passage de la buse 48. La zone C est d'une longueur I inférieure à la longueur L du bord d'attaque 14 de l'aube 12.L'outillage 40 est donc déplacé suivant toute la longueur L du bord d'attaque 14 de l'aube 12, comme l'illustrent les figures 3 et 4. Au cours du déplacement, la zone de couverture C subit d’abord le refroidissement par la buse 48 puis immédiatement après la sollicitation mécanique par les

doigts de transmission 58. La proximité immédiate des doigts 58 avec la buse 48 évite que le bord d'attaque 20 ne se réchauffe et que le refroidissement ne perde de son efficacité.

Le décollement d'un renfort d'aube 14 de l'aube 12 peut donc être réalisé très simplement par un balayage de celle-ci à l'aide de l'outillage 30.

L'invention simplifie et fiabilise de telles opérations de décollement.

CLAIMS

1. A method of separating a first mechanical part (12) from a second mechanical part (14), the second mechanical part (14) being bonded to the first mechanical part (12) by a film of adhesive (16) according to a connection zone (18), the first mechanical part (12) being of a first determined thermal conductivity and the second mechanical part (14) being of a second thermal conductivity greater than the first thermal conductivity,

characterized in that it comprises at least one cooling step during which only the second mechanical part (14) is cooled to a negative temperature and at least one stressing step during which the second mechanical part (14) is subjected ) to a mechanical stress to cause the rupture of the adhesive film (16).

2. Method of uncoupling according to the preceding claim, characterized in that the cooling and stressing steps are simultaneous.

3. Method of uncoupling according to one of the preceding claims, characterized in that, during the stressing step, the second part (14) is subjected to a compressive stress in a direction (D) substantially perpendicular to a surface of the adhesive film (16).

4. Method of uncoupling according to one of the preceding claims, characterized in that the compressive stress is carried out by a means of setting in vibration or by a means of projection of projectiles.

5. Method of uncoupling according to the preceding claim, characterized in that the vibrating means is an ultrasonic hammering means and in that the projectile projection means is a shot peening means.

6. Method of uncoupling according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling step is carried out by spraying liquid nitrogen onto the second part (14).

7. Method of uncoupling according to one of the preceding claims, characterized in that the first part (12) is a blade of composite material, in that the second part (14) is a metal reinforcement bonded to a leading edge (20) of said blade (12) and in that it comprises two simultaneous steps comprising a step of cooling the metal reinforcement (14) by spraying liquid nitrogen and a stressing step during which the reinforcement is subjected ( 14) to mechanical stress by ultrasonic hammering substantially in a direction (D) substantially perpendicular to a surface of the adhesive film (16).

8. A method of uncoupling according to the preceding claim, characterized in that it is implemented by means of a tool (30) making it possible to simultaneously perform the two stages of cooling and stressing in a coverage area (C) of the leading edge (20) of the vane (12) by the tooling of length (I) less than a length (L) of the leading edge (20) of the vane (12), and in that said tool (30) is moved along the entire length (L) of the leading edge (20) of the blade (12).

9. A method of uncoupling according to one of claims 7 or 8, characterized in that the liquid nitrogen is sprayed at a temperature of substantially -200 ° C and in that the ultrasonic hammering is carried out at a frequency between 10 kHz and 40 kHz.

10. Tool (30) for separating a first mechanical part from a second mechanical part according to a method according to claims 1 to 6 taken in combination, characterized in that it comprises an assembly (32) movable in translation the along a free surface (34) of the second mechanical part (14), said assembly (32) comprising

- A solicitation group (40) comprising successively:

- a generator (50), converting a source of electrical energy supplying said generator (50) into a sinusoidal electrical signal,

- a converter (52), converting the sinusoidal electrical signal into sinusoidal vibrating waves,

- an amplifier (54), amplifying the vibratory waves,

- a sonotrode (56), capable of transmitting vibratory waves,

- at least one transmission finger (58), arranged in contact with the second part (14), and capable of receiving the vibratory waves from the sonotrode (56) and of transmitting them mechanically to the second part (14),

- A cooling unit (38) comprising, successively:

- a pressurized nitrogen storage tank (42),

- a regulator (44) capable of receiving the nitrogen coming from the tank (42) and delivering it under a determined pressure,

- a conduit (46), supplied with nitrogen under pressure by the pressure reducer (44), and extending close to the second part (14),

- a nozzle (48), arranged at the end of the duct (46), configured to spray liquid nitrogen onto the surface of the second part (14).