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Inspection des aubes de turbine

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Les aubes de turbine sont conçues pour être très aérodynamiques et pour que leur centre de masse soit idéalement situé. Pour leur fabrication, on utilise les meilleurs alliages métalliques et les meilleurs composites, afin d’augmenter leur résistance mécanique, la résistance aux températures extrêmes et éviter la corrosion. Les alliages métalliques posent des défis spécifiques à l’inspection des aubes de turbines. Tout manque de précision dans la géométrie d’une pale ou toute erreur de positionnement engendre des pertes énergétiques et peut entrainer une rupture de l’aube. Pour garantir un positionnement et un comportement  aérodynamique optimaux de l’aube, on applique des tolérances serrées à la géométrie  et à l’alignement des aubes de turbine. 

Le refroidissement intérieur par air permet de faire fonctionner les aubes de turbine à des températures extrêmement élevées, de l’ordre de 1000°C. L’inspection de l’épaisseur des parois des aubes est alors capitale pour assurer une résistance optimale et un parfait équilibrage du refroidissement sur toute la surface aérodynamique des aubes. De plus, les imperfections structurelles, y compris les fissures et les inclusions, peuvent avoir des conséquences néfastes sur la durée de vie des aubes.  

Les défis à relever pendant l’inspection des aubes de turbine

  • Inspection non destructive : on utilise le scanning laser, les rayons-X et la Tomographie Numérique pour obtenir une image et qualifier la structure interne des aubes de turbine. Les aubes de turbine sont des pièces onéreuse.  
  • Grande précision de l’inspection : les formes gauches et aérodynamiques des aubes ainsi que les entités géométriques spécifiques exigent une vérification précise. De plus, l’épaisseur des parois internes subit des écarts géométriques serrés.
  • Matériaux denses : l’inspection des matériaux denses au moyen d’une puissante source aux rayons-X permet aux rayons-X de traverser l’aube.
  • Dispersion des rayons-X : l’inspection des matériaux denses peut entraîner une dispersion des rayons-X, ce qui donne alors des images d’une qualité moindre.
  • Inspection rapide : les aubes de turbine sont inspectées à différentes étapes du prototypage et du processus de production : après le moulage, après des usinages spécifiques et après les travaux de finition.
  • Reconstruction rapide par Tomographie Numérique : dans un environnement de production, il est important d’obtenir rapidement des résultats d’inspection.
  • Echantillons de plus grande taille : les aubes de turbines sont de grandes pièces et nécessitent une cabine d’inspection qui offre suffisamment d’espace.

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Traditionnellement, les aubes de turbine sont vérifiées avec des palpeurs par contact à l’aide d’une inspection par MMT. Cependant, les fabricants d’aubes utilisent de plus en plus le scanning laser pour vérifier la forme des surfaces aérodynamiques des aubes et les dimensions des surfaces fraisées, des perçages et des alignements de rainures. Quand il s’agit d’aller voir au cœur de la structure interne, de connaître l’épaisseur des parois et les dimensions des trous de refroidissement, la technologie d’inspection la plus appropriée est celle qui utilise les rayons-X et la Tomographie Numérique.

Si on les compare à l’inspection traditionnelle par contact, les scanners laser LC et XC permettent de capturer plus de données sur les points, avec une vitesse d’acquisition plus élevée, la mesure et l’analyse faisant partie du processus d’inspection automatique. En même temps, la mesure sans contact demande peu, voire pas d’alignement de l’aube et supprime la compensation du palpeur au moment de scanner les surfaces gauches des aubes. En capturant des milliers de points d’inspection par seconde, le logiciel Focus peut ajuster encore plus précisément les lignes pour déterminer la position des bords des rainures et vérifier les angles entre les rainures.  Le scanning laser et le logiciel Focus de traitement par nuage de points sont les pierres angulaires d’un processus d’inspection numérique bien plus rapide et ne reposant pas sur l’opérateur.

Les systèmes aux rayons-X, d’une puissance allant jusqu’à 450kV, sont innovants. Ils sont devenus une nouvelle référence pour la mesure des aubes de turbine et le contrôle non destructif des pièces moulées de petite taille et de taille moyenne. Au cœur de ce puissant équipement se niche une source micro focus de 450kV, offrant une résolution et une précision supérieures et accessible avec un écran plat ou un détecteur de faisceau linéaire courbe (CLA). Le détecteur CLA optimise la collecte des images aux rayons-X en supprimant le phénomène de dispersion qui affecte d’habitude les radiographies 2D des aubes et des autres pièces métalliques. Ce système flexible prend en charge les petites pièces ou les grandes pièces comme les aubes de turbine, les pièces moulées, etc.

Applications classiques

nikon metrology aerospace components 3d compare lc15dx  turbine bladeApplication 1 : Analyse détaillée de la structure interne des aubes de turbines 

Il faut non seulement inspecter les surfaces aérodynamiques des aubes, mais aussi vérifier la structure interne des aubes. La micro Tomographie Numérique industrielle cherche les inclusions, les fissures et les autres imperfections de la matière avant qu’on ne mette en œuvre les usinages. Des images précises du profil de l’aube mettent en évidence l’épaisseur exacte des parois internes, sur toutes la longueur des parois.

Application 2 : Inspection automatisée des aubes, du type bonne/mauvaise 

Toute la procédure d’inspection peut être définie et automatisée en amont. On peut alors inspecter automatiquement une série d’aubes de turbine, en appliquant un simple test bonne/mauvaise pour chaque aube inspectée. 

 

 
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