PROPELA - procédé de perçage laser pour l'aéronautique

Abstract

Le perçage est un procédé de fabrication répandu dans le milieu industriel. Le secteur aéronautique a recours à ce procédé pour usiner de nombreuses pièces. Les chambres de combustions en sont un exemple. Exposées à des cycles thermiques sévères, elles sont percées d’une multitude de trous de refroidissement. Chez Safran Helicopter Engines, motoriste spécialisé dans la conception de turbines à gaz pour hélicoptères, ce perçage est réalisé à l’aide d’un procédé d’usinage unique : le perçage par percussion laser à la volée. Ce procédé phare leur permet de réaliser des milliers de trous inclinés dans des tôles en matériaux réfractaires. Safran Helicopter Engines cherche à maintenir son avance dans la production de turbines en s’appuyant sur les innovations constantes du procédé de perçage. Ce travail de thèse s’est articule autour du développement d’un nouveau procédé de perçage laser. De manière à définir un procédé fiable et efficace, plusieurs stratégies de perçage sont étudiées via les possibilités offertes par un laser à fibre milliseconde de haute puissance. Les résultats obtenus laissent entrevoir des perspectives intéressantes en termes d’augmentation de cadence de production à qualité d’usinage équivalente. L’amélioration des performances a été démontrée expérimentalement sur un banc d’essais représentatif des machines de production. Des trous de 400 μm de diamètre incliné à 60o ont pu être réalisés avec un cycle de perçage raccourci au minimum d’un facteur 2. Cette thèse présente également des éléments de compréhension des phénomènes de formation d’un trou. Pour cela, une modélisation des processus thermo hydrodynamiques impliqués dans le procédé de perçage laser a été développée. Ce modèle basé sur une approche par éléments finis repose sur l’étude thermique au cours de l’interaction entre le faisceau laser et la matière. Une partie du modèle inclut les phénomènes de propagation du faisceau dans la cavité en cours de formation afin de traduire de manière plus réaliste le dépôt d’énergie.