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WO2016124730A1 - Procede de realisation de panneau a raidissement croise par soudage par friction malaxage et structure d'avion formee a partir d'un tel panneau - Google Patents

Procede de realisation de panneau a raidissement croise par soudage par friction malaxage et structure d'avion formee a partir d'un tel panneau Download PDF

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WO2016124730A1
WO2016124730A1 PCT/EP2016/052483 EP2016052483W WO2016124730A1 WO 2016124730 A1 WO2016124730 A1 WO 2016124730A1 EP 2016052483 W EP2016052483 W EP 2016052483W WO 2016124730 A1 WO2016124730 A1 WO 2016124730A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
panel
ribs
face
edge
cross
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2016/052483
Other languages
English (en)
Inventor
Didier TAUR
Nicolas FORTIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Latecoere SA
Original Assignee
Latecoere SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Latecoere SA filed Critical Latecoere SA
Publication of WO2016124730A1 publication Critical patent/WO2016124730A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Definitions

  • the invention relates to a method of producing metal panel reinforced by cross stiffening, intended in particular but not exclusively to an avionics architecture, and an aircraft structure formed from such a panel.
  • Aircraft structures such as a train box, cockpit, wing, watertight fuselage bottom or door frame, or other vehicles - ships, transport wagons or motor vehicles - may use stiffening panels. cross. These reinforced panels are designed to achieve a high resistance to deformation that could cause pressure or other constraints exerted on them by the entire architecture of the vehicle.
  • the cross-stiffening of a panel is achieved by machining stiffeners in the form of longitudinal ribs on one face of the panel, and the fixing of crosspieces on the opposite face of the panel, the ribs and the crosspieces. extending orthogonally.
  • the ribs can also be made independently of the panel and fixed by riveting to the panel.
  • the stiffened panels are made of aluminum alloy material.
  • the machining stiffening elements is an operation that uses large milling means, mobilizes a preparation time and extended execution and generates a large loss of material.
  • the patent document US 2006/0226287 discloses a structural panel comprising stiffeners, fixed by soles to a panel skin in a first direction, and frames overlapping the stiffeners in a perpendicular direction via holes of mice trained in these frames.
  • the stiffener flanges have extensions combined with raised surface portions extending perpendicular to the stiffeners to form fastening bases for the flanges of the frames. Fixing is carried out by a multitude of fasteners. This solution involves different fixing phases having a large number of operations.
  • the attachment of the frames by a combination of several intermediate elements - extensions of the stiffener soles and skin surface elevations weakens the robustness of the assembly.
  • the invention is specifically to achieve a cross-stiffening panel having a high resistance to deformation by a method implementing little manufacturing steps, of short duration, without assembly or fixing, while remaining economically competitive. To do this, the invention provides for producing such a panel from elements prepared for the implementation of friction stir welding steps.
  • the invention relates to a method of producing a reinforced metal panel by a cross stiffening consisting, in a first step, to weld each cross of a series of sleepers arranged in a first direction at each elementary panel of a series of elementary panels by friction kneading edge to edge, each elementary panel being arranged between two crosspieces so as to form a generally continuous panel stiffened in a first dimension on a first face, then, in a second step, to inserting each rib of a series of ribs into a succession of pre-cut mouse holes at regular intervals in the sleepers so that these mouse holes are aligned, from one cross member to the next cross member, in a direction at a determined angle with the first direction after welding the cross members to allow the passage of each of said ribs s, and, in a third step, to weld these ribs to the first face of the elementary panels by friction kneading in transparency from a second face of the elementary panels opposite to the first face, so that
  • edge-to-edge knurling friction welding is carried out between the longitudinal edges of the elementary panels and the edges of the flanges of the crosspieces, the mouse holes being machined until flush with the plane of the flanges of the crosspieces;
  • friction stir welding in transparency is carried out between the sole of the ribs and the opposite face of the elementary panels in a central plane of symmetry of the core of each rib; - After welding the ribs, the surfaces that extend around the soles of the ribs are smoothed to level their thickness on that of the first face of the elementary panels;
  • the cross-stiffening panel can then be cut, in a final step, panel structures of pre-established size.
  • the resulting panel forms a single piece that does not require assembly.
  • the second face of the panel is substantially smooth, which facilitates the mounting of additional equipment.
  • the assembly according to the invention is directly automatable by a double friction stir welding installation edge to edge and transparency.
  • the invention eliminates handling steps (adjustment, turning, ...) during welding and control operations.
  • the limit in dimensions of the realized panels is only controlled by those of the welding machines.
  • the invention also relates to an aircraft structure formed from such a panel by cutting and curvature where appropriate, depending on the intended application.
  • the invention also relates to an aircraft structure consisting of a metal panel cross-stiffening in two directions and cut to predetermined dimensions.
  • This panel comprises elementary panels welded to cross members alternately by friction kneading edge to edge in a first direction, so as to form a generally continuous panel.
  • This panel also has ribs extending in a second direction on one side of the elementary panels and being inserted into the sleepers by mouse holes cut at regular intervals in these sleepers, so that the faces of the elementary panels and the sleepers form a substantially constant level on which the ribs are frictionally kneaded in transparency.
  • - Figure 1 a perspective view of positioning of elementary panels and sleepers alternately for the friction stir welding step according to the method of the invention
  • - Figure 2 a partial perspective view of the edge-to-edge friction stir welding between an elementary panel and a transom flange
  • FIG. 3 a perspective view of the generally continuous panel and stiffened in one dimension, as obtained after friction stir welding edge to edge according to Figure 2 of the elementary panels and sleepers of Figure 1;
  • - Figure 4 a partial perspective view during the introduction of a rib in a mouse hole of a cross member of the panel of the previous figure;
  • FIG. 5 a sectional view of a friction stir welding of a rib flange on an elementary panel
  • each elementary panel 1 is disposed between two crossbars 2 and each crossbeam 2 between two elementary panels 1.
  • Each elementary panel 1 has a substantially rectangular shape terminated by an advance 1 1 at each vertex (except for the elementary end panels). These advances 1 1 form a re-entrant cutout 12d on the end width of each elementary panel 1 and extend along the direction "D", without changing the straight edge 12L in length of these elementary panels 1. The presence of these advances 1 1 allows welding of good finish (see below).
  • each crosspiece 2 has a core 21, a sole 22 perpendicular to the core 21 at one end of the core, and a heel 23 at the opposite end of the core 21.
  • Each sole 22 has two straight edges 22L.
  • FIG. 2 shows the principle of friction stir welding (abbreviated FSW, initials of "Friction Stir Welding” in English terminology) between the edges of an elementary panel 1 and sole 22 d A crossbar 2.
  • FSW friction stir welding
  • the welding is done here “edge to edge”, that is to say between the straight edge 12L of the elementary panel 1 and the straight edge 22L of the sole 22.
  • a welding head 3 terminated by a bearing shoulder 31 and a kneading pin 32 which can be rotated.
  • the kneading pin 32 is introduced at the junction line "J" between the edges 12L and 22L.
  • the pawn of mixing 32 is put in double rotation (arrows R1 and R2) and sinks due to the local softening of the metallic material of parts 1 and 22, softening caused by the increase in temperature following friction between the mixing pin 32 and Parts 1 and 22.
  • the descent of the kneading pin 32 is stopped when the bearing shoulder 31 comes into contact with the parts 1 and 22 to be welded.
  • the mixing pin 32 still rotating, is then moved along the junction "J", which causes the formation of a weld bead 4 composed of a mixture of soft materials from the two parts 1 and 22.
  • the bearing shoulder 31 carries a flat forging of this cord 4.
  • the welding continues along the entire length of the parts and ends at the level of the advance 1 1 of the elementary panel 1, this advance 1 1 being completely mixed with the sole 22, which strengthens the welding ends. Cooling, the cord 4 adopts a hybrid metal structure between the constituent materials of the parts 1 and 22, which ensures good cohesion between them.
  • Each elementary panel 1 and each flange 22 of the cross member 2 vis-à-vis are welded edge to edge according to the FSW welding technique described above with reference to Figure 2.
  • a generally continuous panel 10 is thus produced, as illustrated by the perspective view of FIG. 3.
  • This panel 10 is stiffened by the cross members 2 according to a first dimension, defined by the direction "D" extension of the cross members 2 (see Figure 1). This stiffening is carried out on a first face 1 F of the panel 10 which groups together all the first faces 1 f of the initial elementary panels 1.
  • Figure 3 also shows a succession of "mouse holes" 5, previously machined at regular intervals along each cross 2 and aligned from one cross to the other.
  • the mouse holes thus aligned 5 pierce through each crosspiece 2.
  • These mouse holes 5 are dedicated to the insertion
  • the cutting thereof accordingly has a dimension substantially greater than that of the profile of the ribs 6 to be inserted, as shown in the partial perspective view of FIG. 4.
  • each rib 6 is positioned over its entire length on the first faces of the panels 1, perpendicular to the cross members 2 in the example shown.
  • the mouse holes 5 have been machined to flush with the plane of the flanges 22 of the crosspieces 2, so that the faces 1f and the crosspieces 2 form, after welding, a substantially constant contact level 51 for the ribs 6.
  • the ribs 6 thus positioned are welded to the elementary panels 1 by the FSW welding technique "in transparency", as illustrated by the cross-sectional view of FIG. 5. This technique uses the principle illustrated in FIG. 2 but applying it to the welding between two pieces arranged one on the other, here a rib 6 and an elementary panel 1, and not in a juxtaposed manner.
  • the sole 62 of the rib 6 is positioned against the first face 1f of the elementary panel 1 and the pin 32 of the welding head 3 is arranged on a second main face 1 i of the panel 1, opposite to the first side 1f.
  • the pin 32 is rotated and passes through the panel 1 to pass the face 1f and reach the sole 62 of the rib 6 due to the softening of the constituent materials.
  • the panel 1 and the sole 62 are thus locally kneaded and, when the shoulder 31 reaches the face 1 i, the pin 32 is moved linearly on the successive panels 1 while remaining in a central plane of symmetry 61 c of the core 61 of the rib 6. It follows that cooling, the constituent materials of the panels 1 and each rib 6 form a hybrid metal structure.
  • the pin 32 has a dimension adapted according to the thicknesses of the elementary panels 1 and the rib 6 to be crossed.
  • FIG. 6 illustrates the panel 10 obtained after the double FSW welding of all the sleepers 2 (see FIGS. 2 and 3) and ribs 6 (see FIG. 5), respectively edge to edge and in transparency, on the same first faces of the elementary panels 1 constituting the first face 1 F of the panel 10 (see also FIG.
  • the panel 10 is now stiffened in two dimensions, along a first direction “D” extending the cross members 2 (see also Figure 3) and along a second direction “E” of alignment of the ribs 6 orthogonal to the first direction “D” in the embodiment.
  • directions “D” and “E” may form an angle other than 90 °.
  • the panel 10 is then said to be “cross-stiffened” along these two dimensions by crossing the crosspieces 2 and the ribs 6 welded on the same face 1 F of the panel 10.
  • the panel 10 thus forms a single piece that does not require assembly and fastening elements.
  • the absence of fasteners prevents the initiation of cracks.
  • the surface of the elementary panels 1 f around the ribs 6 is resumed at the flanges 22 of the cross members 2 to level its thickness and form a smooth face 1 F.
  • FIG. 7 which is an enlargement of FIG. 6 at a crossing between a cross-member 2 and a rib 6, shows the intervention of smoothing tools 7 on the sole 22 of the cross-member 2. The operation is extended along the sole 62 of the rib 6. Where appropriate, the sole 62 can also be smoothed.
  • the partial perspective view of the panel 10 of Figure 8 shows the panel 10 finalized after the smoothing operation of Figure 7.
  • the surfaces S1 around the flanges 62 of the ribs 6 form a same plane with the rest of the face 1 F of the panel 10 and the flanges 22 of the crosspieces 2 are well defined away from the flanges 62 of the ribs 6.
  • the panel 10 is then cut into panel structures to meet the dimensions of parts to provide.
  • the angle between the directions of the crosspieces and ribs may be different from 90 ° to be adapted to the various structures envisaged, for example 30 or 60 ° or other.
  • a double-sided, edge-to-edge, FSW welding system is combined with a cutter to implement such automation.
  • the plant and the cutter are controlled by a suitable processing unit, for example a digital processing unit.
  • Panel structures thus cut can be used in different aircraft parts, particularly after curvature. These structures can thus be used in the realization of landing gear box, pilot cockpit, bottom fuselage or wing or door frame.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

L'invention vise à réaliser un panneau à raidissement croisé (10) présentant une haute résistance à la déformation par un procédé mettant en oeuvre des étapes de fabrication sans assemblage ni fixation. Pour ce faire, l'invention prévoit de réaliser un tel panneau (10) à partir d'éléments préparés à la mise en oeuvre d'étapes de soudage par friction malaxage. Un panneau à raidissement croisé (10) selon l'invention comporte des traverses (2) disposées selon une première direction (D) soudés par friction malaxage bord à bord au panneau (10) disposé entre deux traverses (2). Ce panneau à raidissement croisé (10) comporte également des nervures (6) dans une succession de trous de souris préalablement découpés dans les traverses (2) et alignés selon une direction (E) perpendiculaire à la première direction (D). Les nervures (6) sont soudées à la première face (1f) du panneau (10) par friction malaxage en transparence à partir d'une deuxième face (11) du panneau élémentaire (10) opposée à la première face (1f).

Description

PROCEDE DE REALISATION DE PANNEAU A RAIDISSEMENT CROISE PAR SOUDAGE PAR FRICTION MALAXAGE ET STRUCTURE D'AVION FORMEE A PARTIR D'UN TEL PANNEAU
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
[0001] L'invention concerne un procédé de réalisation de panneau métallique renforcé par un raidissement croisé, destiné en particulier mais non exclusivement à une architecture avionique, ainsi qu'une structure d'avion constituée à partir d'un tel panneau.
[0002] Des structures d'avion, telles que case de train, cockpit, voilure, fond étanche de fuselage ou encadrement de porte, ou d'autres véhicules - navires, wagons de transport ou véhicules automobiles -, peuvent utiliser des panneaux à raidissement croisé. Ces panneaux renforcés visent à réaliser une forte résistance aux déformations que pourraient provoquer les pressions ou autres contraintes exercées sur elles par l'ensemble de l'architecture du véhicule.
[0003] Classiquement, le raidissement croisé d'un panneau est réalisé par l'usinage de raidisseurs sous forme de nervures longitudinales sur une face du panneau, et la fixation de traverses sur la face opposée du panneau, les nervures et les traverses s'étendant orthogonalement. Les nervures peuvent également être réalisées indépendamment du panneau et fixées par rivetage au panneau.
[0004] De manière générale, les panneaux raidis sont en matériau à base d'alliage d'aluminium.
ÉTAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE
[0005] Des solutions ont été proposées pour permettre de réaliser des panneaux à raidissement croisé avec un nombre réduit de pièces de fixation, une plus grande fiabilité du couplage entre les pièces de raidissement et le panneau, ainsi qu'un encombrement et un poids réduits. Ces solutions prévoient de fixer les éléments raidisseurs, nervures et traverses, de manière croisée sur une même face d'une peau de panneau, en général par rivetage de semelles formées à la base des éléments raidisseurs.
[0006] Il est prévu également dans le document de brevet US 6 684 593 d'usiner par fraisage un panneau brut pour former les éléments raidisseurs croisés sur une face du panneau. L'usinage est conduit de sorte que la face renforcée puisse présenter différentes épaisseurs ainsi que des éléments raidisseurs de hauteur, épaisseur et espacement adaptés aux charges locales à prévoir.
[0007] L'usinage des éléments raidisseurs est une opération qui utilise des moyens de fraisage importants, mobilise un temps de préparation et d'exécution prolongé et génère une grande perte de matière.
[0008] Par ailleurs, le document de brevet US 2006/0226287 décrit un panneau de structure comportant des raidisseurs, fixés par des semelles à une peau de panneau selon une première direction, et des cadres chevauchant les raidisseurs selon une direction perpendiculaire via des trous de souris formées dans ces cadres. Les semelles des raidisseurs présentent des extensions combinées à des portions de surface surélevées s'étendant perpendiculairement aux raidisseurs pour former des embases de fixation pour les semelles des cadres. La fixation est réalisée par une multitude d'attaches. [0009] Cette solution fait intervenir différentes phases de fixation présentant un nombre important d'opérations. De plus, la fixation des cadres par une combinaison de plusieurs éléments intermédiaires - extensions des semelles de raidisseurs et élévations de surface de peau - fragilise la robustesse de l'ensemble. EXPOSÉ DE L'INVENTION
[0010] L'invention vise précisément à réaliser un panneau à raidissement croisé présentant une haute résistance à la déformation par un procédé mettant en œuvre des étapes de fabrication peu nombreuses, de faible durée, sans assemblage ni fixation, tout en restant économiquement compétitif. Pour ce faire, l'invention prévoit de réaliser un tel panneau à partir d'éléments préparés à la mise en œuvre d'étapes de soudage par friction malaxage.
[0011] Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un panneau métallique renforcé par un raidissement croisé consistant, dans une première étape, à souder chaque traverse d'une série de traverses disposées selon une première direction à chaque panneau élémentaire d'une série de panneaux élémentaires par friction malaxage bord à bord, chaque panneau élémentaire étant disposé entre deux traverses de sorte à former un panneau globalement continu raidi selon une première dimension sur une première face, puis, dans une deuxième étape, à insérer chaque nervure d'une série de nervures dans une succession de trous de souris préalablement découpés à intervalle régulier dans les traverses de sorte que ces trous de souris sont alignés, d'une traverse à la traverse suivante, selon une direction faisant un angle déterminé avec la première direction après soudage des traverses pour permettre le passage de chacune desdites nervures, et, dans une troisième étape, à souder ces nervures à la première face des panneaux élémentaires par friction malaxage en transparence à partir d'une deuxième face des panneaux élémentaires opposée à la première face, de sorte que le panneau est à raidissement croisé selon deux dimensions par croisement des traverses et des nervures soudées par friction malaxage sur une même face du panneau à raidissement croisé.
[0012] Selon des formes de mise en œuvre préférées:
- le soudage par friction malaxage bord à bord est réalisé entre les bords longitudinaux des panneaux élémentaires et les bords des semelles des traverses, les trous de souris étant usinés jusqu'à affleurer au plan des semelles des traverses;
- le soudage par friction malaxage en transparence est effectué entre la semelle des nervures et la face opposée des panneaux élémentaires dans un plan de symétrie centrale de l'âme de chaque nervure; - après soudage des nervures, les surfaces qui s'étendent autour des semelles des nervures sont lissées afin de niveler leur épaisseur sur celle de la première face des panneaux élémentaires;
- le panneau à raidissement croisé peut ensuite être découpé, lors d'une étape finale, en structures de panneau de dimension préétablie.
[0013] Le panneau obtenu forme une pièce monobloc ne nécessitant pas d'assemblage. L'absence de fixations, telles que celles utilisées dans la plupart des solutions antérieures, évite l'amorçage de fissures.
[0014] De plus, la deuxième face du panneau est sensiblement lisse, ce qui facilite le montage d'équipements complémentaires.
[0015] En outre, l'assemblage selon l'invention est directement automatisable par une installation de double soudage par friction malaxage bord à bord et en transparence.
[0016] Avantageusement, l'invention permet de s'affranchir d'étapes de manipulation (ajustage, retournement, ...) lors des opérations de soudage et de contrôle. La limite en dimensions des panneaux réalisés est uniquement commandée par celles des machines de soudage.
[0017] L'invention se rapporte également à une structure d'avion constituée à partir d'un tel panneau par découpage et courbure le cas échéant, selon l'application visée.
[0018] A ce titre, l'invention a également pour objet une structure d'avion constituée d'un panneau métallique à raidissement croisé selon deux directions et découpé selon des dimensions préétablies. Ce panneau comporte des panneaux élémentaires soudés à des traverses de manière alternée par friction malaxage bord à bord selon une première direction, de sorte à former un panneau globalement continu. Ce panneau comporte également des nervures s'étendant selon une deuxième direction sur une face des panneaux élémentaires et étant insérées dans les traverses par des trous de souris découpées à intervalle régulier dans ces traverses, de sorte que les faces des panneaux élémentaires et les traverses forment un niveau sensiblement constant sur lequel les nervures sont soudées par friction malaxage en transparence.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0019] D'autres aspects, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement :
- la figure 1 , une vue en perspective de positionnement de panneaux élémentaires et de traverses de manière alternée en vue de l'étape de soudage par friction malaxage selon le procédé de l'invention; - la figure 2, une vue partielle en perspective du soudage par friction malaxage bord à bord entre un panneau élémentaire et une semelle de traverse ;
- la figure 3, une vue en perspective du panneau globalement continu et raidi selon une dimension, tel qu'obtenu après soudage par friction malaxage bord à bord selon la figure 2 des panneaux élémentaires et des traverses de la figure 1 ; - la figure 4, une vue partielle en perspective lors de l'introduction d'une nervure dans un trou de souris d'une traverse du panneau de la figure précédente;
- la figure 5, une vue en coupe d'un soudage par friction malaxage en transparence d'une semelle de nervure sur un panneau élémentaire;
- la figure 6, une vue en perspective du panneau de raidissement croisé obtenu après le double soudage des traverses et des nervures par friction malaxage sur la même face;
- la figure 7, une vue supérieure d'un agrandissement de la figure 6 lors d'un lissage au niveau du croisement entre les semelles des traverses et des nervures, et - la figure 8, une vue partielle en perspective du panneau finalisé obtenu après l'opération de lissage de la figure 7.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ [0020] Dans les figures, deux éléments identiques sont désignés par un même signe de référence, la description de cet élément étant renvoyée au passage qui en traite.
[0021] En référence à la vue en perspective de la figure 1 , une série de panneaux élémentaires 1 et une série de traverses 2 sont disposés parallèlement selon leur direction d'extension principale « D » et de manière alternée en vue de leur soudage commun ultérieur par friction malaxage bord à bord. Ainsi, chaque panneau élémentaire 1 est disposé entre deux traverses 2 et chaque traverse 2 entre deux panneaux élémentaires 1 . [0022] Chaque panneau élémentaire 1 présente une forme sensiblement rectangulaire terminée par une avancée 1 1 à chaque sommet (sauf pour les panneaux élémentaires d'extrémité). Ces avancées 1 1 forment une découpe rentrante 12d sur la largeur d'extrémité de chaque panneau élémentaire 1 et s'étendent le long de la direction « D », sans modifier le bord rectiligne 12L en longueur de ces panneaux élémentaires 1 . La présence de ces avancées 1 1 permet un soudage de bonne finition (voir ci-dessous).
[0023] Par ailleurs, chaque traverse 2 présente une âme 21 , une semelle 22 perpendiculaire à l'âme 21 à une extrémité de cette âme, et un talon 23 à l'extrémité opposée de l'âme 21 . Chaque semelle 22 présente deux bords rectilignes 22L.
[0024] La vue partielle en perspective de la figure 2 présente le principe du soudage par friction malaxage (en abrégé FSW, initiales de « Friction Stir Welding » en terminologie anglaise) entre les bords d'un panneau élémentaire 1 et de semelle 22 d'une traverse 2. [0025] Le soudage se fait ici « bord à bord », c'est-à-dire entre le bord rectiligne 12L du panneau élémentaire 1 et le bord rectiligne 22L de la semelle 22. Selon une technique connue, une tête de soudage 3 terminée par un épaulement d'appui 31 et un pion de malaxage 32 pouvant être entraîné en rotation.
[0026] Lors du soudage FSW, le pion de malaxage 32 est introduit au niveau de la ligne de jonction « J » entre les bords 12L et 22L. Le pion de malaxage 32 est mis en double rotation (flèches R1 et R2) et s'enfonce du fait du ramollissement local de la matière métallique des pièces 1 et 22, ramollissement provoqué par l'augmentation de température suite aux frictions entre le pion de malaxage 32 et les pièces 1 et 22. [0027] La descente du pion de malaxage 32 est stoppée lorsque l'épaulement d'appui 31 arrive en contact avec les pièces 1 et 22 à souder. Le pion de malaxage 32, toujours en rotation, est alors déplacé le long de la jonction « J », ce qui provoque la formation d'un cordon de soudure 4 composé d'un mélange de matières molles issues des deux pièces 1 et 22. [0028] L'épaulement d'appui 31 réalise un forgeage plan de ce cordon 4.
Le soudage se poursuit sur toute la longueur des pièces et se termine au niveau de l'avancée 1 1 du panneau élémentaire 1 , cette avancée 1 1 étant totalement mixée à la semelle 22, ce qui renforce le soudage aux extrémités. En se refroidissant, le cordon 4 adopte une structure métallique hybride entre les matériaux constitutifs des pièces 1 et 22, ce qui assure une bonne cohésion entre celles-ci.
[0029] Chaque panneau élémentaire 1 et chaque semelle 22 de traverse 2 en vis-à-vis (figure 1 ) sont soudés bord à bord selon la technique de soudage FSW décrite ci-dessus en référence à la figure 2. Lorsque tous les panneaux élémentaires 1 sont soudés aux semelles 22 de toutes les traverses 2, un panneau 10 globalement continu est ainsi réalisé, tel qu'illustré par la vue en perspective de la figure 3.
[0030] Ce panneau 10 est raidi par les traverses 2 selon une première dimension, définie par la direction « D » d'extension des traverses 2 (cf. figure 1 ). Ce raidissement est réalisé sur une première face 1 F du panneau 10 qui regroupe l'ensemble des premières faces 1 f des panneaux élémentaires initiaux 1 .
[0031] La figure 3 montre également une succession de « trous de souris » 5, préalablement usinés à intervalle régulier le long de chaque traverse 2 et alignés d'une traverse à l'autre. Les trous de souris ainsi alignés 5 transpercent de part en part chaque traverse 2. Ces trous de souris 5 sont dédiés à l'insertion de nervures rectilignes 6. Leur découpe présente en conséquence une dimension sensiblement supérieure à celle du profil des nervures 6 à insérer, comme l'illustre la vue partielle en perspective de la figure 4.
[0032] Après introduction dans les trous de souris 5 des traverses 2, chaque nervure 6 est positionnée sur toute sa longueur sur les faces premières des panneaux 1 , perpendiculairement aux traverses 2 dans l'exemple illustré. Les trous de souris 5 ont été usinés jusqu'à affleurer au plan des semelles 22 des traverses 2, de sorte que les faces 1 f et les traverses 2 forment après soudage un niveau sensiblement constant 51 de contact pour les nervures 6. [0033] Les nervures 6 ainsi positionnées sont soudées aux panneaux élémentaires 1 par la technique de soudage FSW « en transparence », comme illustrée par la vue en coupe de la figure 5. Cette technique reprend le principe illustré en figure 2 mais en l'appliquant au soudage entre deux pièces disposées l'une sur l'autre, ici une nervure 6 et un panneau élémentaire 1 , et non de manière juxtaposée.
[0034] Pour ce faire, la semelle 62 de la nervure 6 est positionnée contre la première face 1f du panneau élémentaire 1 et le pion 32 de la tête de soudage 3 est agencé sur une deuxième face principale 1 i du panneau 1 , opposée à la première face 1f. Le pion 32 est mis en rotation et traverse le panneau 1 jusqu'à dépasser la face 1f et atteindre la semelle 62 de la nervure 6 du fait du ramollissement des matériaux constitutifs.
[0035] Le panneau 1 et la semelle 62 sont ainsi localement malaxés et, lorsque l'épaulement 31 atteint la face 1 i, le pion 32 est déplacé linéairement sur les panneaux successifs 1 tout en restant dans un plan de symétrie central 61 c de l'âme 61 de la nervure 6. Il s'en suit qu'en refroidissant, les matériaux constitutifs des panneaux 1 et de chaque nervure 6 forment une structure métallique hybride. Le pion 32 a une dimension adaptée en fonction des épaisseurs des panneaux élémentaires 1 et de la nervure 6 à traverser.
[0036] La vue en perspective de la figure 6 illustre le panneau 10 obtenu après le double soudage FSW de l'ensemble des traverses 2 (cf. figures 2 et 3) et des nervures 6 (cf. figure 5), respectivement bord à bord et en transparence, sur les mêmes premières faces des panneaux élémentaires 1 constituant la première face 1 F du panneau 10 (cf. également figure 3).
[0037] Le panneau 10 est maintenant raidi selon deux dimensions, le long d'une première direction « D » d'extension des traverses 2 (cf. également la figure 3) et le long d'une deuxième direction « E » d'alignement des nervures 6 orthogonale à la première direction « D », dans l'exemple de réalisation. Alternativement les directions « D » et « E » peuvent former un angle autre que 90°. Le panneau 10 est alors dit « à raidissement croisé » selon ces deux dimensions par croisement des traverses 2 et des nervures 6 soudées sur la même face 1 F du panneau 10.
[0038] Le panneau 10 forme ainsi une pièce monobloc ne nécessitant pas d'éléments d'assemblage et de fixation. Avantageusement, l'absence de fixations évite l'amorçage de fissures. [0039] Par ailleurs, la face opposée 11 à la première face 1 F du panneau
10 reste sensiblement plane après soudage, du fait du forgeage opéré sur les faces 1 i par l'épaulement 31 de la tête 32 (cf. figure 5), ce qui facilite le montage d'équipements complémentaires.
[0040] Avantageusement, la surface des panneaux élémentaires 1 f autour des nervures 6 est reprise au niveau des semelles 22 des traverses 2 pour niveler son épaisseur et former une face 1 F bien lissée. La vue supérieure de la figure 7, qui est un agrandissement de la figure 6 au niveau d'un croisement entre une traverse 2 et une nervure 6, montre l'intervention d'outils de lissage 7 sur la semelle 22 de la traverse 2. L'opération se prolonge le long de la semelle 62 de la nervure 6. Le cas échéant, la semelle 62 peut également être lissée.
[0041] Ainsi le soudage FSW croisé selon l'invention permet d'accéder directement aux soudures, ce qui induit un gain de temps et une fiabilité augmentée lors de la réalisation de ces soudures ainsi que lors du contrôle de leur état. [0042] La vue partielle en perspective du panneau 10 de la figure 8 montre ce panneau 10 finalisé après l'opération de lissage de la figure 7. Les surfaces S1 autour des semelles 62 des nervures 6 forment un même plan avec le reste de la face 1 F du panneau 10 et les semelles 22 des traverses 2 sont bien délimitées à l'écart des semelles 62 des nervures 6.
[0043] Le panneau 10 est ensuite découpé en structures de panneau pour satisfaire aux dimensions de pièces à fournir.
[0044] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. En particulier, l'angle entre les directions des traverses et des nervures peut être différent de 90° pour pouvoir être adapté aux différentes structures envisagées, par exemple 30 ou 60° ou autre.
[0045] Il est aussi possible d'automatiser l'assemblage par double soudage FSW ainsi que le découpage pour réaliser des structures de panneau. Une installation à double soudage FSW, bord à bord et en transparence, est combinée à une découpeuse pour mettre en œuvre une telle automatisation. L'installation et la découpeuse sont pilotées par une unité de traitement appropriée, par exemple une unité de traitement numérique.
[0046] Les structures de panneau ainsi découpées peuvent être utilisées dans différentes pièces d'avion, en particulier après courbure. Ces structures peuvent ainsi servir dans la réalisation de case de train d'atterrissage, de cockpit de pilotage, de fond étanche de fuselage ou de voilure ou encore d'encadrement de porte.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de réalisation d'un panneau métallique renforcé par un raidissement croisé (10) consistant, dans une première étape, à souder chaque traverse (2) d'une série de traverses (2) disposées selon une première direction (D) à chaque panneau élémentaire (1 ) d'une série de panneaux élémentaires (1 ) par friction malaxage bord à bord, chaque panneau élémentaire (1 ) étant disposé entre deux traverses (2) de sorte à former un panneau (10) globalement continu raidi selon une première dimension sur une première face (1f, 1 F), puis, dans une deuxième étape, à insérer chaque nervure (6) d'une série de nervures (6) dans une succession de trous de souris (5) préalablement découpés à intervalle régulier dans les traverses (2) de sorte que ces trous de souris (5) sont alignés d'une traverse à la traverse suivante, selon une direction (E) faisant un angle déterminé avec la première direction (D) après soudage des traverses pour permettre le passage de chacune desdites nervures (6), et, dans une troisième étape, à souder ces nervures (6) à la première face (1f) des panneaux élémentaires (1 ) par friction malaxage en transparence à partir d'une deuxième face (1 i) des panneaux élémentaires (1 ) opposée à la première face (1f), de sorte que le panneau (10) est à raidissement croisé selon deux dimensions par croisement des traverses (2) et des nervures (6) soudées par friction malaxage sur une même face (1f, 1 F) du panneau à raidissement croisé (10).
2. Procédé de réalisation selon la revendication 1 , dans lequel le soudage par friction malaxage bord à bord est réalisé entre les bords longitudinaux (12L) des panneaux élémentaires (1 ) et les bords (22L) des semelles (22) des traverses (2), les trous de souris (5) étant usinés jusqu'à affleurer au plan des semelles (22) des traverses (2).
3. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le soudage par friction malaxage en transparence est effectué entre la semelle (62) des nervures (6) et la face opposée (1 i) des panneaux élémentaires (1 ) dans un plan de symétrie centrale (61 c) de l'âme (61 ) de chaque nervure (6).
4. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel après soudage des nervures (6), les surfaces (S1 ) qui s'étendent autour des semelles (62) des nervures (6) sont lissées afin de niveler leur épaisseur sur celle de la première face (1f) des panneaux élémentaires (10).
5. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étapes sont automatisées par une installation de double soudage par friction malaxage bord à bord et en transparence.
6. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une étape finale de découpage du panneau à raidissement croisé fournit des structures de dimensions préétablies.
7. Procédé de réalisation selon la revendication précédente, dans lequel l'ensemble des étapes sont automatisées par l'installation de double soudage FSW combinée à une découpeuse, l'installation et la découpeuse étant pilotées par une même unité.
8. Structure d'avion constituée à partir d'un panneau métallique à raidissement croisé selon deux directions et découpé selon des dimensions préétablies, caractérisée en ce que le panneau (10) comporte des panneaux élémentaires (1 ) soudés à des traverses (2) de manière alternée par friction malaxage bord à bord selon une première direction (D), de sorte à former un panneau globalement continu, ce panneau (10) comportant également des nervures (6) s'étendant selon une deuxième direction (E) sur une face (1f) des panneaux élémentaires (1 ) et étant insérées dans les traverses (2) par des trous de souris (5) découpées à intervalle régulier dans ces traverses (2), de sorte que les faces (1f) de panneaux élémentaires (1 ) et les traverses (2) forment un niveau sensiblement constant (51 ) sur lequel les nervures (6) sont soudées par friction malaxage en transparence.
9. Structure d'avion selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle constitue une pièce d'avion choisie entre une case de train, de cockpit de pilotage, de fond étanche de fuselage ou de voilure ou encore d'encadrement de porte.
10. Structure d'avion selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle est préalablement courbée.
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