JP4146376B2 - タービンエンジンの軽量化羽根およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、タービンエンジンの羽根（ａｕｂｅ、ｂｌａｄｅ）に関し、たとえば特に、飛行機を推進させる二重流のターボジェットエンジンのコンプレッサロータまたはファンロータ用の中空の軽量化金属羽根の構造及び製造方法に関する。

説明を簡略化するために、未完成の羽根の場合と完成品の羽根の場合とを同じように示し、また、同じ参照符号を付す。

航空機製造技術で使用されているタービンエンジン部品は、高い軽量性、耐振動性、および耐疲労性の特徴を組み合わせたものでなければならない。これは、特に、コンプレッサまたはファンの羽根付きロータの周辺に組み付けられる羽根についていえることである。このような羽根は、非常に薄い翼を有し、この翼に牽引力および圧縮力がかわるがわる及ぼされることから、側壁に亀裂が生じて広がり、破壊を引き起こすことがある。さらに、このような羽根の製造方法は、最大限の間を置いて品質管理を行うように、非常に高い信頼性をもたなければならない。

上記の結果に到達しようとするために、従来、次の二つの代替の技術が実施されている。

第一の技術は、たとえば仏国特許出願第２６８８２６４号明細書およびその対応米国特許第５，２９５，７８９号明細書により開示されている。羽根は金属製であり、密度の低い有機材料を詰めた複数の開放穴を下面に含むことにより、穴の全容積に直接比例する軽量化が得られ、有機物のライニングが、下面の連続性を確保するとともに振動ダンパの役割を果たす。この技術の欠点は、大がかりな軽量化により、穴の容積が増し、その影響で羽根が脆化し、ずっと曲がりやすくなってしまうことにある。しかも、羽根の共鳴周波数が低くなるので、ライニングにより確保される減衰力が低減する。この欠点は、米国特許第５，６３４，７７１号明細書が開示する羽根により緩和されるが、なくなるわけではない。この羽根は、剛性を高めるためにリブを配置している。

第二の技術は、米国特許第５，８９６，６５８号明細書に対応する仏国特許出願第２７５４４７８号明細書により開示されている。羽根は、拡散溶接により組み立てられる２個の部分からなり、この二つの部分の接合面が、前縁から後縁まで及び、接合面の空洞となる部分に拡散防止処理を施し、拡散溶接後の高温膨張により軽量化空洞が得られる。この技術により、非常に高性能の羽根が得られるが、製造工程が長期化し、コストが高いという欠点を有する。

さらに、米国特許第５，３４３，６１９号明細書に対応する仏国特許出願第２６９５１６３号明細書は、厚さ方向に複数の開放穴を含み、この開放穴が、レーザビームまたは電子ビーム等の高エネルギービームにより周辺に溶接される栓で塞がれる軽量化羽根を開示している。しかし、この技術は、穴と穴の間に多量の材料が残り、穴と栓とからなる各組の全周を溶接しなければならないので、羽根に大規模な溶接が課されるという欠点を有する。

また、性能が高く、そのために航空機製造技術で使用可能な、各種の溶接方法が知られている。これは、主に、上記の拡散溶接、レーザ光による溶接、および電子ビームによる溶接である。また、最近知られている方法は、「Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ（摩擦攪拌接合）」または「攪拌摩擦」と呼ばれる摩擦溶接であり、溶接エリアで耐熱合金からなるショルダ付きの爪を回転させ、溶接に必要な熱を、爪と部品の金属との摩擦によって発生させることからなる。この方法は、たとえば、米国特許第５，８２９，６６４号明細書または米国特許第５，４６０，３１７号明細書の図面１、２、９と、その対応欧州特許第０６１５４８０号明細書とにより開示されている。溶接中、溶接工具は、部品に対して非常に大きな力を発生することに留意されたい。
仏国特許出願第２６８８２６４号明細書 米国特許第５，２９５，７８９号明細書 米国特許第５，６３４，７７１号明細書 仏国特許出願第２７５４４７８号明細書 米国特許第５，８９６，６５８号明細書 仏国特許出願第２６９５１６３号明細書 米国特許第５，３４３，６１９号明細書 米国特許第５，８２９，６６４号明細書 米国特許第５，４６０，３１７号明細書 欧州特許第０６１５４８０号明細書

解決すべき課題は、軽量化羽根の構造と、高信頼性で経済的なその製造方法とを考案することにある。羽根は、軽量性および機械的な耐性という観点から高い性能をもつものでなければならない。

この問題を解決するために、本発明は、金属合金からなる翼（ｐａｌｅ、ａｉｒｆｏｉｌ）を含むタービンエンジンの軽量化羽根を提案し、この翼が、それ自体、前縁と、後縁と、２個の側壁と、頂部と、カバーにより塞がれる空洞とを含み、前記カバーが、２個の側壁のうちの中空の側壁と呼ばれる側壁にあり、このカバーが、中空の側壁の流体力学的な連続性を保証し、また、溶接ビードにより翼の他の部分に縁で結合されている。カバーの縁の厚さをＥＣとする。

このような羽根は、溶接ビードが中空の側壁に通じ、カバーの縁の厚さＥＣに少なくとも等しい深さＰで翼に入ることによって、カバーの縁の厚さＥＣに少なくとも等しい深さで、カバーの縁と翼の他の部分との間で材料の連続性を保証することを特徴とする。

こうした構成により、羽根の機械的な耐性を高め、寿命を延ばすことができる。事実、材料の連続性により、中空の側壁付近でこの側壁に垂直な、カバーと翼の他の部分との間に残りうるあらゆる隙間がなくなる。このような隙間は、亀裂の始まりとなり、中空の側壁付近に生じてこの側壁の接線方向に配向される機械的な応力の作用で、中空の側壁に広がる可能性がある。

有利には、空洞の幅ＬＣが、翼の幅ＬＰの半分に少なくとも等しく、翼の幅ＬＰは、前縁と後縁との間で、側壁間の半分の距離を通る幾何学的な中性線で測られる。空洞の幅ＬＣは、側面と側面との間で、同じ幾何学的な中性線で測られる。こうした構成により、単独のカバーにより単独の空洞を塞いで著しい軽量化が得られ、実施される溶接量が減少し、その結果、部品のコストが下がることを達成することが可能になる。

有利には、溶接ビードが、カバーと翼の他の部分との間の中空の側壁から入る爪の回転によって得られる。

「Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ」と呼ばれるこの既知の溶接方法は、溶接中、非常に強い機械的な応力を発生するが、羽根の翼は、それ自体がこのような応力に耐えられない薄い部品であり、このタイプの溶接は、この場合、後述する方法を用いることによって、逆説的に適用可能である。この種の溶接は、高い溶接品質と優れた再現性とを提供し、検査に間隔を置くことができるので、特に有効である。

本発明は、また、このような羽根の製造方法を提案し、この方法は、ａ．たとえば鍛造または鋳造により翼のブランクを製造する操作と、ｂ．たとえばフライス削りにより、窪みのある側壁に空洞をあける操作と、ｃ．空洞を縁取り、支持面と側面とを含んでいて、同様にフライス削り可能である接合部を、窪みのある側壁に設ける操作と、ｄ．窪みのある側壁の形状をとる外面を含むカバーを製造する操作とを含み、このカバーが、たとえば鋼板の切断と成形加工とにより得られ、ｅ．接合部にカバーを挿入して、中空の側壁で翼の他の部分にカバーの縁を溶接する操作を含み、溶接が、カバーの縁の厚さＥＣに少なくとも等しい深さＰで実施され、この溶接が、たとえば不活性の雰囲気でレーザビームにより、または真空で電子ビームにより実施可能であり、ｆ．たとえばフライス削り、研削、または研磨により、羽根を仕上げる操作を含む。

有利には、溶接が、「Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ」タイプの摩擦溶接機により実施され、この溶接機は、三個の並進自在度と二個の回転自在度とに従って相対移動可能なテーブルおよびスピンドルを含んでおり、前記スピンドルが、幾何学的な回転軸に従って溶接工具を回転駆動し、前記溶接工具が、ショルダに突出する爪を含み、ブランクが、テーブルに結合される取付台に配置され、前記取付台が、ブランクの反対側の側壁に係合する形状の支持面を含み、ブランクが、その反対側の側壁によって前記支持面で支持され、この取付台が、また、ブランクを囲んで取付台にブランクを横に配置するストッパを含み、前記カバーが、前記接合部に挿入され、ブランクとカバーとからなるアセンブリが、遠隔制御される複数のクランプ（ｂｒｉｄｅ、ｃｌａｍｐ）により保持され、回転する爪が、カバーの縁と翼の他の部分との間で中空の側壁に差し込まれ、そのときショルダが、中空の側壁と同じ高さになり、制御される各クランプは、溶接工具の通過時に引っ込んで、この工具と衝突しないようにする。

このような方法により、溶接工具が翼に及ぼす強い力と、翼およびカバーの薄さと可撓性にもかかわらず、翼にカバーを摩擦溶接可能になる。羽根は、使用時に強い力を受けるので、この方法により、羽根の寿命を延ばせる品質の高い溶接が得られる。

本発明は、詳細な実施例および添付図面から、いっそう理解され、本発明のもたらす長所がさらに明らかになるであろう。

明確にするために、図２、４、５、７の断面図の羽根は、反らない状態で、厚さを著しく誇張して示した。

最初に図１を参照する。羽根１０は、よく知られた物体であり、図１の下から上に向かって、図示されていないロータに羽根をはめ込む脚部２０と、プラットフォーム３０と、翼４０とを連続して含む。翼４０は、薄型で反っている。翼４０は、前縁４２と呼ばれる丸みを帯びた縁により横方向前方に画定され、それよりも細い、後縁４４と呼ばれる第二の縁により横方向後方に画定され、２個の側壁５０によりサイドで画定されている。翼４０の台座、すなわち、プラットフォーム３０に翼４０が接する部分に参照符号５６を付し、翼４０の頂部、すなわち、プラットフォーム３０と反対側の翼４０の端に参照符号６０を付した。また、前縁４２の端を構成するラインに参照符号４２ａを付し、後縁４４の端を構成するラインに参照符号４４ａを付した。翼４０は反っており、すなわち、前縁４２と後縁４４との間で弓形を形成するので、一方の側壁５０は凸形で他方の側壁は凹形となり、凸形の側壁５０は上面（ｅｘｔｒａｄｏｓ）、凹形の側壁５０は下面（ｉｎｔｒａｄｏｓ）と呼ばれる。

一般に、前縁４２の端４２ａと後縁４４の端４４ａとの間の翼４０の幅をＬＰと定義する。翼４０が反っているとき、この幅ＬＰは、２個の側壁５０の間の半分の距離を通る曲線、いわゆる「中性の」幾何学的な線４６に沿って測られる。また、翼４０の幅ＥＰ、すなわち側壁５０間の最大距離が定義され、この厚さＥＰは、好適には、翼４０の頂部６０で測定される。

次に、図２、３ａを参照する。翼４０は、この側壁５０の一方で中空の側壁５０ａと呼ばれる側壁に空洞７０を含み、この空洞は、同様に側壁５０ａに配置されるカバー８０によって塞がれる。中空の側壁５０ａと反対側の側壁５０に参照符号５０ｂを付す。また、この空洞７０の底と側面とにそれぞれ参照符号７２、７４を付す。この側面７４は、前縁４２、台座５６、および後縁４４を連続してたどることによりＵ字形を形成する。Ｕ字形の自由端は、翼４０の頂部６０に通じているので、空洞７０は、この頂部６０に通じる開口部７６を含む。カバー８０の外面、内面、縁、および最小側面（ｃｈａｎｔ）にそれぞれ参照符号８２、８４、８５、８６を付す。カバー８０の外面８２は、中空の側壁５０ａの形状をとり、その結果、空洞７０の上に中空の側壁５０ａの一部を構成する。カバー８０の内面８４は、空洞７０の底７２の正面にある。

空洞７０の底７２と、反対側にある側壁５０ｂとの間に配置される翼４０の材料は、前縁４２と後縁４４とを互いに結合する接続部１１０を構成する。接続部１１０の最小の厚さをＥＲ_ｍｉｎと記す。カバー８０と接続部１１０とは協働し、翼４０の剛性を確保する。このため、カバー８０に、少なくともＥＲ_ｍｉｎの０．５倍に等しい最小厚さＥＣ_ｍｉｎを与える。

翼４０を大幅に軽量化するために、空洞７０の幅ＬＣは、翼の幅ＬＰの少なくとも５０％に等しく、幅ＬＣは、前縁４２および後縁４４に沿った空洞の側面７４の間で測定される。幅ＬＣは、幾何学的な中性線４６に沿って測定される。

必須というわけではないが、好適には、カバー８０の最小厚さＥＣ_ｍｉｎを翼４０の厚さＥＰの少なくとも２０％とし、このカバーが有効に翼４０の機械抵抗に加担するようにする。

カバー８０は、翼４０の空洞７０の縁に設けられた接合部９０に入り、この接合部９０が、空洞７０の側面７４に階段状のステップを形成する。接合部９０は、空洞７０がある側壁５０ａに通じる。接合部９０は、翼４０の内部で、側壁５０ａからカバー８０の縁の厚さＥＣに等しい距離の箇所に配置された支持面９２を含む。カバー８０は、内面８４によって支持面９２で保持される。実際には、支持面９２は、空洞７０の側面７４に隣接し、中空の側壁５０ａに平行である。接合部９０は、また、中空の側壁５０ａに隣接する側面９４を有し、この側面９４は、カバー８０の最小側面８６に係合する形状である。側面９４は、最小側面８６と有限の隙間を形成し、カバー８０が、支持面９２に接するまで接合部９０に入ることができるようにする。

かくして、接合部９０の支持面９２は、カバーの外面８２が中空の側壁５０ａと同高になるまで、すなわち、外面８２が中空の側壁５０ａの連続性を保証して、窪みも出っ張りも引っ込みも形成しないように、カバー８０を配置する役割を果たし、接合部９０の支持面９４は、空洞７０が中空の側壁５０ａでカバー８０により完全に被覆されるように、この空洞７０の上にカバー８０を位置決めする役割を果たす。

翼４０は、また、中空の側壁５０ａに、この側壁と同高の、すなわちくぼみも出っ張りもない溶接ビード１００を含む。溶接ビード１００は、カバー８０の縁に沿って、カバー８０の縁８５の厚さＥＣに少なくとも等しい深さＰで翼４０の深さに入る。かくして、溶接ビード１００は、カバー８０の縁の厚さＥＣに少なくとも等しい深さの、カバー８０の縁から翼４０の他の部分までの材料の連続的な結合を保証する。

そのため、溶接ビード１００は、接合部９０の側面９４と、この側面９４に向かい合った最小側面８６とを完全に含むので、側面９４および最小側面８６は、溶接ビード１００で見えなくなる。溶接ビード１００は、また、そのタイプに応じて、接合部９０の側面９４に隣接する接合部９０の支持面９２の一部と、最小側面８６に隣接するカバー８０の内面８４の同じ部分とを含むことができる。

カバーの縁８５の厚さＥＣに少なくとも等しい深さでこのように確保される材料の連続性により、中空の側壁５０ａの付近で亀裂が始まることはなくなる。

それに対して、従来技術を示す図３ｂでは、溶接ビード１００が、カバー８０の縁８５の深さＥＣよりも浅い深さＰである。このため、最小側面８６の一部８６ａと、側面９４の一部９４ａが結合されておらず、亀裂の始まり部分１０２が形成され、この部分が、中空の側壁５０ａの接線方向の応力１０６の作用で、亀裂１０４になり、中空の側壁５０ａに向かって広がり、他方では翼４０の内部へと広がる可能性がある。

本発明のこの実施例では、空洞７０が翼４０の頂部６０に通じている。そのため、溶接ビード１００は、Ｕ字形に開いた形状を有し、頂部６０を起点としてこの頂部に戻る。溶接ビード１００のこうしたＵ字形を図１に示した。この開口部により、頂部６０で翼４０を軽量化し、その結果、ロータ全体を軽量化し、慣性モーメントを有効に低減できる。何故なら、本発明により翼４０の頂部６０で除去されているこの材料は、タービン羽根車への慣性モーメントが最大だからである。この開口部は、タービン羽根車の回転で発生する遠心力により、空洞７０に異物が入らないようにし、あるいは、タービン羽根車の休止時に異物が空洞に入らないようにするので、ロータの均衡に影響を与えない。

溶接部１００は、蝋付けにより得られる。この場合、接合部９０の側面９４ならびに、この側面９４に向かい合った最小側面８６は、物理的に保持される。

溶接部１００は、また、電子ビームまたはレーザビームによる溶融によっても得られる。

しかしながら、好適な実施形態では、溶接部１００は、中空の側壁５０ａからカバー８０と翼４０の他の部分との間に入る爪状の回転溶接工具を用いた「Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ」すなわち摩擦溶接により得られる。溶接される部品の金属での爪の回転により、溶接に必要な熱がもたらされる。実際、発明者は、このタイプの溶接が、次の二つの品質を結合することを認めた。

溶接部１００は、完全に均質で、破壊の始まり部分を構成しうる物質を含まないか、またはそうした物質が欠乏している。

溶接部１００は、再現性のある高い信頼性で保証され、非常に間をおいた破壊検査だけしか必要としない。

発明者は、溶接部の優れた均質性と再現性について次のように説明する。放出熱の影響で回転爪の周囲の金属は可塑性の状態になり、爪から離れるにつれて速度勾配を減少しながら、この爪を中心とする回転運動に従う。このような運動により、カバーの金属と翼の他の部分の金属とが混合し、合金の溶融により部品を溶接する場合に通常見られる多孔性および引け巣が吸収される。

次に、本発明による羽根を製造する方法の詳しい例について説明する。そのため、図４、５、６を同時に参照する。この方法は、次のような操作を含む。

ａ．完全な、すなわち、脚部２０と、プラットフォーム３０と、翼４０とを含む、羽根１０のブランク１０ａを製造する操作。ブランク１０ａの翼４０は、最終的な形状で反らされる。ブランクとは、最終的な羽根の形状をとるが、寸法決定の精度に欠き、材料が余分な厚みを有する部品を意味する。この余分な厚みは、その後の仕上げ操作により除去される。使用材料に応じて、通常の鍛造方法および加工方法で、または鋳造成形加工方法で、ブランク１０ａを製造可能である。ブランク１０ａは、頂部６０に、図１では破線で示した少なくとも一つの延長部６２を含む。延長部６２は、最終的な羽根１０となる部分の外側に配置されており、この延長部６２により、最終的な羽根１０になる部分の外側に溶接ビード１００の始まり部分１０２と末端部分１０４とを製造することができる。換言すれば、溶接ビード１００の始まり部分１０２と末端部分１０４が、延長部６０にあり、従って、最終的な羽根１０になる部分の外側にある。それによって、始まり部分１０２と末端部分１０４の材料による不均質性がこの最終的な翼１０にないようにしている。この例では、溶接ビード１００がＵ字形であり、一方は溶接ビード１００の始まり部分１０２用で、他方は末端部分１０４用の、２個の離散的な延長部６２が、頂部６０に設けられている。

ｂ．ブランク１０ａの中空の側壁５０ａに空洞７０を加工する操作。この空洞９０は、中空の側壁５０ａに通じ、また、頂部６０に通じている。加工は、たとえば、通常技術によるフライス削りによって実施可能である。このようにして、フライス削りにより、空洞７０の底７２と側面７４とを加工する。

ｃ．空洞７０の側面７４と中空の側壁５０ａとが構成する材料の角度に接合部９０を加工する操作。この加工は、たとえば、通常技術によるフライス削りによって実施可能である。このようにして、接合部９０の支持面９２および側面９４をフライス削りで加工する。

ｄ．接合部９０の形状をとる鋼板の切断によりカバー８０を製造し、ブランクの中空の側壁５０ａの形状に反らせる操作。カバーの縁の厚さＥＣを、側壁５０ａ内の接合部９０の深さ、すなわち、支持面９２とこの中空の側壁５０ａとの間の距離に等しくすることによって、カバーの外面８２が、中空の側壁５０ａの延長線上に来て、空洞７０の上部でこの側壁を構成可能であるようにする。実際には０．２ｍｍから０．５ｍｍの有限の隙間を残し、カバー８０が接合部９０に容易にはめ込まれ、支持面９２に接するようにすることが可能である。しかしながら、この隙間は有限としておく。何故なら、隙間は、溶接中、材料の欠如を発生し、中空の側壁５０ａとカバー８０の外面８２における材料の余分な厚み１８０によって、材料の欠如を補償しなければならないからである。

このようにして、接合部９０およびカバー８０は、カバー８０が接合部９０に入ってその内面８４により支持面９２で支持されて、外面８２が中空の側壁５０ａの延長線上に来るように寸法決定される。接合部９０の側面９４は、カバー８０を囲んで空洞７０の上にカバーを配置し、中空の側壁５０ａでこの空洞７０を被覆する。

ｅ．次いで、図示されていない摩擦溶接機のテーブル１３０の取付台１４０にブランク１０ａを平らに配置する操作。反対の側壁５０ｂは、取付台１４０の支持面１４２で保持され、ブランク１０ａは、ストッパ１４４により横方向に囲まれ、取付台１４０の支持面１４２の上にブランク１０ａを配置する。その後、カバー８０を接合部９０に配置し、取付台１４０でブランク１０ａ＋カバー８０のアセンブリを結合する。このようにして、取付台１４０は、幾何学的な回転軸１７２に従って回転する溶接工具１７０に向かい合って、中空の側壁５０ａおよびカバー８０を提示する。溶接工具１７０は、その一端から順に、ショルダに隣接する爪１７４を有し、爪１７４およびショルダ１７６は、幾何学的な回転軸１７２に同軸である。

５．溶接工具１４０を回転させ、この工具を適切な空間で一定の軌道に従わせることにより、回転爪１７４が中空の側壁５０ａのカバー８０の縁とブランク１０ａとの間に入るようにして、溶接ビード１００を形成する操作。ショルダ１７６は、中空の側壁５０ａと同高になり、溶接工具１７０は、翼４０の頂部６０から出て、中空の側壁５０ａでカバー８０を一周する。

溶接中、溶接工具１７０の幾何学的な回転軸１７２は、空間で適切な軌道に沿って進み、ほぼ接合部９０の側面９４とカバー８０の最小側面８６との間を通る。幾何学的な回転軸１７２は、取付台１４０の支持面１４２に到達し、そこに軌道（図示せず）を画定する。支持面１４２は、少なくともこの軌道の付近で翼４０とほぼ接触する。これにより、取付台１４０は、翼４０およびカバー８０にたわみを発生せずに侵入力１７８を吸収する。

６．羽根を仕上げる操作。すなわち、研削、フライス削り、研磨等の通常の方法により頂部６０および羽根１０の他の部分を加工し、一つまたは複数の延長部６２を加工する操作。

使用される溶接機は、デジタル制御式のいわゆる「５軸」タイプである。すなわち、テーブル１３０に対する溶接機のスピンドル１３２の相対移動を３個の並進軸と２個の回転軸とに従って実施可能であり、こうした移動は、コンピュータプログラムにより制御される。スピンドルは、その幾何学的な回転軸１７２により溶接工具１７０を回転駆動し、溶接部品にこの工具の摩擦を発生する。

爪１７４は、溶接ビード１００の深さＰがカバー８０の縁８５の厚さＥＣを上回るように、ショルダ１７６の下に十分な長さを有する。このため、カバー８０の最小側面８６と、接合部９０の側面９４と、これらが相互の間に構成する隙間からなる空間とが、形成される溶接ビード１００で見えなくなる。中空の側壁５０ａに対してほぼ垂直な隙間の形状をとるこれらの空間は、図３ａに示したように、中空の側壁５０ａに交互に及ぼされる作用によって広がって、破壊を発生する亀裂と同等視することができる。

実際には、溶接中、溶接工具１７０は、ほぼ幾何学的な回転軸１７２に沿って位置特定される強い侵入力１７８を部品に及ぼす。このため、形成される溶接ビード１００に面してブランク１０ａを支持するような適切な形状を支持面１４２に与える。言い換えると、幾何学的な回転軸１７２は、溶接中ずっと、この支持面１４２を通る。この構成により、侵入力１７８は、ブランク１０ａおよびカバー８０を単に圧縮するだけで、非常に薄いこの２個の部品をたわませずに支持面１４２に伝達される。

同様に、溶接中、溶接工具１７０は、中空の側壁５０ａに接線方向の力と強いトルクとを発生し、こうした力およびトルクは、取付台１４０の支持面１４２に対してブランク１０ａを、また、ブランク１０ａに対してカバー８０を、変形させて横に移動させる可能性がある。

そこで、たとえば１ｍｍより下の高精度でブランク１０ａを配置するようにストッパ１４４を配置する。これらのストッパは、摩擦溶接が発生する力を引き受けるように十分な強度を有し、前縁４２および後縁４４に沿って、それらに跡を付けたり変形したりせずに応力を配分できるように十分な幅を有する。

これによって、ブランク１０ａおよびカバー８０は、中空の側壁５０ａとカバー８０の縁とで同時に支持するクランプ１６０によって取付台１４０に固定される。この構成により、クランプ１６０と取付台１４０の支持面１４２との間でブランク１０ａを挟むことができるので、ブランク１０ａは、単に圧縮されるだけであり、この圧縮が、変形を引き起こしうるたわみを発生せずに、非常に強い固定力を可能にする。

同様に、この構成により、カバー８０の縁とブランク１０ａをクランプ１６０と取付台１４０の支持面１４２との間で挟むことができるので、ブランク１０ａおよびカバー８０は、単に圧縮されるだけであり、この圧縮が、変形を引き起こしうるたわみを発生せずに非常に強い固定力を可能にする。

このようなクランプは、たとえば油圧ジャッキにより遠隔作動され、クランプは、溶接工具の通過時に格納されて、工具と衝突しないようにされる。その後、クランプは、締め付け位置に戻り、溶接が続行する間、ブランクおよびカバーを保持する。

しかしながら、この種の溶接は、溶接部品間にどうしても発生する空間および隙間に対応する材料の欠如により、部品表面に凹凸を形成し、全体として弱い凹みを発生する。この凹みは、一般に、ブランク１０ａの材料の余分な厚みを上回るものではない。こうした余分な厚みは、仕上げ操作中に研削および研磨によって除去される。余分な厚みが不十分である場合、中空の側壁５０ａに０．２から０．５ｍｍの突起１８０を形成できる。突起１８０は、ブランク１０ａに材料の追加分をもたらし、その後、翼４０の仕上げ時に除去される。

次に、図７を参照する。本発明の特定の実施形態では、羽根１０が、翼４０の各側壁５０に空洞７０を含み、各空洞７０が、カバー８０により塞がれ、各カバー８０が、溶接ビード１００により翼４０の他の部分に結合される。従って、この場合、前縁４２と後縁４４との間にある接続部１１０が、２個の空洞７０の間の中央位置を占有する。

次に、図８を参照する。本発明の特定の実施形態では、延長部６２が１個だけであり、溶接ビード１００の始まり部分１０２と末端部分１０４とを含む。

次に、図９を参照する。本発明の他の実施形態では、羽根１０の頂部６０が閉じられている。言い換えると、カバー８０の下方にある空洞７０が頂部６０に通じていない。この場合、溶接ビード１００の始まり部分１０２と末端部分１０４とは、一体となっているか、または、延長部６２のほぼ同じ場所に配置される。溶接ビード１００は、カバー８０の全周に沿っているので、閉鎖ループを描く。

次に、図１０を参照する。本発明の別の実施形態では、頂部６０が開いており、空洞７０が、図５に破線で示したような、カバー８０に溶接される中央リブ１９０を含む。その結果、中央リブ１９０は、カバー８０に空洞７０の底７２を結合し、それによって、翼４０の剛性をその厚み方向に向上させる。中央リブ１９０は、前縁４２および後縁４４に隣接する側面７４からほぼ等距離の箇所にある。中央リブ１９０は、脚部２０付近の面７４、従ってＵ字形の底にある面を起点とし、中央リブ１９０は、頂部６０まで上っている。カバー８０は、いわゆる「中央」溶接ビード１００’により中央リブ１９０に同様に溶接され、中央溶接ビードの始まり部分１０２’が、溶接ビード１００のＵ字形の底に配置され、中央溶接ビード１００’の末端部分１０４’が、延長部６２に配置される。実際には、まず中央溶接ビード１００’を形成し、その始まり部分１０２’が中央リブ１９０の上で、Ｕ字形の底にあり、この中央溶接ビード１００’が、中央リブ１９０に沿って進み、その末端部分１０４’が延長部６２にくる。次に、カバーの縁に沿って、中央溶接ビード１００’の始まり部分１０２’を通って溶接ビード１００を形成することにより、第二の溶接ビード１００’の始まり部分１０２’の材料に場合によっては見られる凹凸を吸収する。

本発明による羽根の斜視図である。 この同じ羽根を示す、図１のＡＡ線による横断面図である。 カバーと翼の他の部分との間の溶接ビードの拡大図である。 亀裂の始まり部分と、場合によっては不十分な深さの溶接ビードにより引き起こされる亀裂とを示す拡大図である。 組立前のカバーと羽根のブランクとを示す図である。 羽根の本体へのカバーの溶接を示す図である。 溶接エリアおよび溶接工具の拡大図である。 ２個の空洞と、２個のカバーと、１個の中央芯とを含む、本発明による羽根の別の実施形態を示す図である。 開いた頂部と、Ｕ字形の溶接ビードと、頂部の単一延長部とを備えた羽根の概略図である。 閉じた頂部を備える羽根の概略図である。 カバーに溶接される中央リブを備えた羽根を概略的に示す図である。

符号の説明

１０ 羽根
１０ａ ブランク
２０ 脚部
３０ プラットフォーム
４０ 翼
４２ 前縁
４２ａ、４４ａ ライン
４４ 後縁
４６ 幾何学的な線
５０ａ、５０ｂ 側壁
５６ 台座
６０ 頂部
６２ 延長部
７０ 空洞
７２ 底
７４ 側面
７６ 開口部
８０ カバー
８２ カバーの外面
８４ カバーの内面
８５ カバーの縁
８６ 最小側面
９０ 接合部
９２ 接合部の支持面
９４ 接合部の側面
１００、１００’ 溶接ビード
１０２、１０２’ 溶接ビードの始まり部分
１０４、１０４’ 末端部分
１０６ 応力
１１０ 接続部
１３０ テーブル
１３２ 工具またはスピンドル
１４０ 取付台
１４２ 支持面
１５０ ストッパ
１６０ クランプ
１７０ 溶接工具
１７２ 回転軸
１７４ 爪
１７６ ショルダ
１７８ 侵入力
１８０ 余分な厚み
１９０ 中央リブ

Claims (4)

1. タービンエンジンの軽量化された羽根の製造方法であって、
   ａ．翼（４０）のブランク（１０ａ）を製造する操作と、
   ｂ．窪みのある側壁（５０ａ）と呼ばれる側壁に空洞（７０）をあける操作と、
   ｃ．接合部（９０）が、空洞（７０）を縁取り、支持面（９２）と側面（９４）とを含んでおり、窪みのある側壁（５０ａ）にこの接合部（９０）をあける操作と、
   ｄ．窪みのある側壁（５０ａ）の形状をとる外面（８２）と、前記外面（８２）と反対にある内面（８４）をと含むカバー（８０）を製造する操作とを含み、前記接合部（９０）およびカバー（８０）は、カバー（８０）が接合部（９０）に入ってその内面（８４）により支持面（９２）で支持されることにより、外面（８２）が窪みのある側壁（５０ａ）の延長線上にくるように寸法決定し、接合部（９０）の側面（９４）が、カバー（８０）を囲んでカバーを空洞（７０）の上に配置し、窪みのある側壁（５０ａ）でこの空洞（７０）を被覆するようにし、
   ｅ．接合部（９０）にカバー（８０）を挿入し、窪みのある側壁（５０ａ）の翼（４０）の他の部分にカバー（８０）の縁（８５）を溶接する操作を含み、前記溶接が、爪（１７４）とショルダ（１７６）とを備える工具であって、カバー（８０）と翼（４０）の他の部分との間にある窪みのある側壁（５０ａ）から、窪みのある側壁（５０ａ）およびカバー（８０）とショルダとが接触するまで入る工具（１３２）の回転により実施され、次いで、前記工具（１３２）が、溶接軌道に沿って移動し、溶接ビード（１００）が、カバーの縁（８５）の厚さＥＣに少なくとも等しい深さＰで翼（４０）に入ることにより、カバー（８０）の縁（８５）の厚さＥＣに少なくとも等しい深さについて、カバーの縁（８５）と、翼（４０）の他の部分との間の材料の連続性を確保し、
   ｆ．羽根（１０）を仕上げる操作を含み、
   ブランク（１０ａ）が、最終的な羽根（１０）となる部分の外側に配置される少なくとも一つの延長部（６２）を頂部（６０）に含み、溶接ビード（１００）の始まり部分（１０２）と末端部分（１０４）とが、前記延長部（６２）にあることを特徴とする、方法。
2. 溶接が、摩擦溶接機により行われ、この溶接機が、三個の並進自在度と二個の回転自在度とに従って相対移動可能なテーブル（１３０）およびスピンドル（１３２）を含んでおり、前記スピンドル（１３２）が、幾何学的な回転軸（１７２）に従って溶接工具（１７０）を回転駆動し、前記溶接工具（１７０）が、ショルダ（１７６）に突出する爪（１７４）を含み、ブランク（１０ａ）が、テーブル（１３０）に結合される取付台（１４０）に配置され、前記取付台（１４０）が、ブランク（１０ａ）の反対側の側壁（５０ｂ）に係合する形状の支持面（１４２）を含み、ブランク（１０ａ）が、その反対側の側壁（５０ｂ）によって前記支持面（１４２）で支持され、この取付台（１４０）が、また、ブランク（１０ａ）を囲んで取付台（１４０）にブランクを横に配置するストッパ（１５０）を含み、前記カバー（８０）が、前記接合部（９０）に挿入され、ブランク（１０ａ）とカバー（８０）とからなるアセンブリが、遠隔制御される複数のクランプ（１６０）により保持され、回転する爪（１７４）が、カバーの縁（８５）と翼（４０）の他の部分との間で中空の側壁（５０ａ）に差し込まれ、そのときショルダ（１７６）が、中空の側壁（５０ａ）と同じ高さになり、制御される各クランプ（１６０）は、溶接工具（１００）の通過時に引っ込んで、この工具と衝突しないようにすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 頂部（６０）が開いており、空洞（７０）が、始まり部分（１０２’）を備える中央溶接ビード（１００’）によりカバー（８０）に溶接される中央リブ（１９０）を含んでおり、前記中央溶接ビード（１００’）の始まり部分（１０２’）が、溶接ビード（１００）にあり、前記中央溶接ビード（１００’）が、溶接ビード（１００）に予め形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の方法によって得られる、タービンエンジンの軽量化羽根。

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