PROCEDES DE PRODUCTION D’UN PANNEAU STRUCTURAL RAIDI D’AERONEF PAR SOUDAGE FSW

DOMAINE TECHNIQUE

L’invention concerne le domaine de l’aéronautique et concerne plus particulièrement les procédés de fabrication des panneaux structuraux raidis intervenant dans la construction d’un aéronef.

Les panneaux structuraux raidis sont généralement constitués d’une feuille de matériau dénommée voile, qui est rendue rigide par des raidisseurs. Les panneaux structuraux raidis sont couramment employés dans l’architecture d’un aéronef pour des éléments tels que : planchers, parois délimitant une case de train d’atterrissage, un fond étanche de fuselage, un revêtement de fuselage, un revêtement de porte, etc., ces éléments pouvant être pressurisés ou non.

ART ANTÉRIEUR

Le procédé le plus fréquemment employé pour la réalisation des panneaux structuraux raidis est l’assemblage par rivetage. Cet assemblage est bien maîtrisé dans le domaine de l’aéronautique, mais il implique de nombreuses opérations difficilement optimisables tels que perçages, application de mastic, pose de rivets de fixation, etc. De plus, la création d’accidents de forme tels des trous pénalise la résistance à la fatigue du panneau. La masse des panneaux obtenus par assemblage riveté est également peu optimale, dû à la superposition d’épaisseurs de matériau et à la masse des fixations.

Les panneaux structuraux raidis peuvent également être obtenus par usinage d’une ébauche dont l’épaisseur correspond à l’épaisseur totale du panneau (voile et raidisseurs) que l’on souhaite obtenir. Les procédés à base d’usinage permettent d’obtenir un panneau structural raidi fini qui résout un certain nombre des inconvénients de l’assemblage riveté. Cependant, ces opérations d’usinage nécessitent un enlèvement de matière en très grande quantité. La matière perdue est de l’ordre de 95 à 98 % de la masse de l’ébauche. Ces procédés sont donc d’un coût prohibitif aussi bien en matière première qu’en coût d’usinage. Ils impliquent également des temps d’usinage importants, et nécessitent du matériel spécifique et onéreux (fraiseuses de grande dimension).

Par ailleurs, les procédés de soudage par friction malaxage (FSW, pour « Friction Stir Welding », en anglais) présentent des avantages intéressants pour la fabrication des panneaux structuraux raidis d’aéronef, au moins du point de vue théorique. En effet, de nombreuses solutions utilisant cette technologie de soudage ont été explorées et brevetées (voir par exemple les demandes de brevet FR3049929 et EP2862795).

Certaines de ces solutions nécessitent l’usinage de formes complémentaires d’assemblage entre les raidisseurs et le voile. Des rainures, par exemple, peuvent être nécessaires à l’assemblage. Ces éléments représentent un coût de réalisation et entraînent des phases préliminaires d’assemblage délicat pouvant conduire à des défauts.

D’autres solutions explorées pour l’application du soudage par friction malaxage nécessitent le positionnement des raidisseurs sur des jonctions de plaques formant le voile, afin de permettre la soudure par friction malaxage.

Il est également connu d’utiliser le soudage par friction malaxage pour souder entre eux des profilés extrudés qui forment chacun un raidisseur rattaché à une portion du voile. Bien que ce type de solution soit mieux maîtrisé que les solutions décrites précédemment, elle est réservée à des nuances d’aluminium permettant l’extrusion de profilés, par exemple les alliages d’aluminium extrudables de la série 7000. Ces alliages ne sont pas les meilleurs en matière de résistance à la corrosion et ne peuvent être employés pour certaines applications aéronautiques. Ces solutions sont également très onéreuses de par le prix des profilés extrudés.

Il est également connu d’utiliser le soudage par friction malaxage en plusieurs passes parallèles pour souder des blocs métalliques sur un voile. Ce type de procédé est tout d’abord coûteux dû aux diverses passes nécessaires de soudage de chaque bloc métallique, et à la nécessité d’un usinage final de chaque bloc métallique pour lui donner la forme d’un raidisseur. Le domaine de faisabilité est réduit et la déformation résiduelle est plus importante. Des risques de corrosion apparaissent également avec des interstices non soudés formant des zones d’infiltration d’humidité. Ces procédés nécessitent de plus l’usinage final du bloc métallique pour lui donner la forme d’un raidisseur, ce qui augmente encore le coût.

Aucune de ces solutions pour l’application du soudage par friction malaxage ne donne pleine satisfaction et cette technique de soudage est ainsi actuellement peu répandue pour la fabrication de panneaux structuraux raidis, car la maîtrise des formes finales de la soudure obtenue est peu garantie, et peu reproductible, et ne correspond pas aux standards de sécurité requis pour l’aéronautique.

EXPOSÉ DE L’INVENTION

L’invention a pour but d’améliorer les procédés de production de panneaux structuraux raidis d’aéronef de l’art antérieur, en permettant l’utilisation sure du soudage par friction malaxage.

À cet effet, l’invention vise un procédé de production d’un panneau structural raidi d’aéronef, ce panneau comportant un voile sur lequel est fixé au moins un raidisseur, ce procédé comportant les étapes suivantes :

- fabrication d’un voile par mise en forme d’une tôle métallique, ce voile comportant une première face et une deuxième face ;

-fabrication d’un raidisseur s’étendant selon une direction longitudinale, ce raidisseur comportant un bord de fixation s’étendant sensiblement parallèlement à la direction longitudinale, et un bord de renfort qui est opposé au bord de fixation et qui s’étend parallèlement à la direction longitudinale ;

- mise en position du voile et du raidisseur dans un montage de prise de pièce, le bord de fixation du raidisseur étant disposé contre la première face du voile suivant deux lignes de jonction entre le voile et le raidisseur, de part et d’autre du bord de fixation, le montage de prise de pièce comportant une surface convexe de moulage en vis-à-vis de chacune des deux lignes de jonction ;

- soudage par friction malaxage du voile et du raidisseur, par application d’un outil de soudage rotatif sur la deuxième face du voile, en vis-à-vis du bord de fixation du raidisseur, et déplacement de l’outil de soudage rotatif le long de la direction longitudinale, l’outil de soudage rotatif pressant la matière malaxée contre les surfaces convexes de moulage en formant deux joints congés reliant le voile et le raidisseur.

L’invention permet la réalisation de panneaux structuraux raidis d’aéronef grâce à un procédé rapide à mettre en œuvre et peu onéreux, en évitant la plupart des inconvénients de l’art antérieur.

L’invention permet de s’affranchir, par rapport à certains procédés de l’art antérieur, de l’approvisionnement en profilés. L’utilisation de tôles est avantageuse du point de vue du coût en matière première ainsi que dans le large choix de nuances d’alliage métallique qu’il est possible de mettre en œuvre.

L’invention permet ainsi d’améliorer le coût, la qualité, et la vitesse de réalisation des procédés.

L’invention permet également de rationaliser et de flexibiliser la production des panneaux structuraux raidis et d’obtenir des gains de productivité.

Le procédé selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :

- dans l’étape de mise en position du voile et du raidisseur, le bord de fixation est en contact plan sur plan avec la première face du voile ;

- le montage de prise de pièce comporte deux enclumes serrant le bord de fixation du raidisseur, ces enclumes comportant chacune un arrondi définissant la surface convexe de moulage ;

- la surface convexe de moulage est une surface semi-circulaire ;

- la surface convexe de moulage présente un rayon supérieur ou égal à deux millimètres ;

- l’outil de soudage rotatif comporte un pion de malaxage, ainsi qu’un épaulement de contention, et lors de l’étape de soudage, la matière malaxée est pressée contre les surfaces convexes de moulage par l’épaulement de contention ;

- lors de l’étape de soudage, le pion de malaxage est enfoncé dans la matière au-delà de la première face du voile ; - le pion de malaxage présente une longueur supérieure à l’épaisseur du voile ;

- le pion de malaxage présente un diamètre sensiblement égal à l’épaisseur du bord de fixation du raidisseur ;

- le raidisseur et le voile sont fabriqués dans le même alliage d’aluminium ;

- le raidisseur est fabriqué à partir d’une tôle métallique ;

- le raidisseur est fabriqué à partir d’une tôle métallique d’épaisseur constante ;

- le raidisseur est fabriqué en recourbant ladite tôle métallique pour former le bord de renfort ;

- le raidisseur est fabriqué par découpe dans ladite tôle métallique ;

- le raidisseur est fabriqué à partir d’une bande de tôle ;

- le montage de prise de pièce comporte une enclume de maintien du bord de renfort du raidisseur ;

- le montage de prise de pièce comporte un socle de maintien du voile ;

- le bord de fixation du raidisseur est constitué d’un pied rattaché à une âme du raidisseur, le pied présentant une épaisseur supérieure à l’âme ;

- le pied comporte un congé de raccordement avec l’âme du raidisseur ;

- le voile est agencé en deux portions disposées de part et d’autre du bord de fixation du raidisseur ;

- les étapes de fabrication d’un raidisseur, de mise en position du voile et de ce raidisseur, et de soudage sont répétées pour une pluralité de raidisseurs soudés au même voile ;

- le procédé comporte des étapes intermédiaires de réalisation d’une pluralité de structures élémentaires comportant chacune un voile et au moins un raidisseur, le panneau structural raidi étant obtenu par une étape finale de soudage bord à bord des voiles des structures élémentaires ;

- le soudage bord à bord des voiles des structures élémentaires est réalisé en intégrant un raidisseur à la jonction des voiles ; - le voile est réalisé à partir d’une tôle d’un alliage d’aluminium de la série 2000, et en ce que le raidisseur est réalisé à partir d’une tôle d’un autre alliage d’aluminium de la série 2000.

PRÉSENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 représente en perspective un panneau structural raidi ;

- la figure 2 représente une tôle pour la fabrication des raidisseurs du panneau structural raidi de la figure 1 ; - la figure 3 représente la tôle de la figure 2 après découpe en barres ;

- la figure 4 représente l’une des barres découpée de la figure 3 ;

- la figure 5 représente un raidisseur pour le panneau structural raidi ;

- la figure 6 est une vue générale de l’étape de soudage du raidisseur de la figure 5 sur un voile ; - la figure 7 représente en perspective l’assemblage du voile et du raidisseur ;

- la figure 8 illustre le montage de prise de pièce permettant l’assemblage de la figure 7 ;

- la figure 9 illustre l’étape de soudage du raidisseur et du voile ;

- la figure 10 est une autre illustration de l’étape de soudage du raidisseur et du voile ;

- la figure 11 illustre le résultat de l’étape de soudage ;

- la figure 12 illustre un panneau structural raidi comportant plusieurs raidisseurs ;

- la figure 13 illustre une première étape de la réalisation d’une structure élémentaire de panneau structural raidi ; - la figure 14 illustre une deuxième étape de la réalisation d’une structure élémentaire de panneau structural raidi ;

- la figure 15 illustre une troisième étape de la réalisation d’une structure élémentaire de panneau structural raidi ;

- la figure 16 illustre une étape alternative pour la réalisation d’une structure élémentaire de panneau structural raidi ;

- la figure 17 illustre une structure élémentaire de panneaux structural raidi ;

- la figure 18 représente une étape de la construction d’un panneau structural raidi à partir de structures élémentaires ;

- la figure 19 représente une autre étape de la construction d’un panneau structural raidi à partir de structures élémentaires ;

- la figure 20 représente schématiquement un assemblage d’un raidisseur et d’un voile ;

- la figure 21 représente schématiquement une alternative d’assemblage d’un raidisseur et d’un voile ;

- la figure 22 représente schématiquement une autre alternative d’assemblage d’un raidisseur et d’un voile ;

- la figure 23 représente schématiquement une autre alternative d’assemblage d’un raidisseur et d’un voile.

Les éléments similaires et communs aux divers modes de réalisation portent les mêmes numéros de renvoi aux figures.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

La figure 1 est une vue en perspective d’un panneau structural raidi 1 d’aéronef.

Un tel panneau 1 est par exemple utilisé comme plancher, paroi, fond ou revêtement de fuselage ou de porte, que ces éléments soient pressurisés ou non.

Le panneau 1 illustré présente dans cet exemple une forme relativement simple s’inscrivant dans deux plans sécants, étant entendu que l’invention est adaptée à des panneaux structuraux raidis présentant des formes allant des plus simples (une plaque plane, par exemple) aux plus complexes. La mise en forme des tôles mises en œuvre dans le procédé selon l’invention se prête particulièrement à des formes complexes à un coût maîtrisé.

Le panneau 1 comporte un voile 2, constitué d’une feuille de matériau, et de raidisseurs 3 qui sont fixés sur différentes portions du voile 2.

Le panneau 1 est ainsi à la fois léger et rigide. Dans le présent exemple, le panneau 1 est réalisé dans un alliage d’aluminium tels que ceux de la série 2000. Les alliages d’aluminium de cette série sont particulièrement avantageux dans une mise en œuvre selon l’invention, pour produire un ensemble peu sensible à la corrosion dans son état après le soudage par friction malaxage.

L’alliage d’aluminium 2024 est particulièrement adapté aux applications aéronautiques les plus exigeantes en ce qui concerne la résistance à la corrosion, et l’invention permet de le mettre en œuvre. Un tel alliage d’aluminium est disponible sous forme de tôles.

Le procédé de fabrication de ce panneau structural raidi 1 va maintenant être décrit. Le voile 2 est réalisé à partir d’une tôle d’alliage d’aluminium 2024 mise à la forme souhaitée par tout moyen connu (roulage, emboutissage, etc.), et les raidisseurs 3 sont également produits à partir d’une tôle d’alliage d’aluminium 2024.

En référence aux figures 2 à 5, les raidisseurs 3 sont produits à partir d’une tôle 31 schématisée à la figure 2. La tôle 31 est découpée par tout moyen connu adapté à l’obtention de barres de matériau aux cotes, tolérances, et qualité géométrique requise pour l’application (découpe, usinage, coupe laser, jet d’eau, etc.).

À partir de la tôle 31 , des barres 4 sont ainsi obtenues par découpage.

La figure 4 illustre l’une de ces barres 4 qui présente ici la forme d’un parallélépipède dont l’épaisseur correspond à l’épaisseur de la tôle de la figure 2 et dont la largeur et la longueur résultent des opérations de découpe en vue de son positionnement sur une zone prédéterminée du voile 2. La barre 4 s’étend selon un axe longitudinal 8. Cette barre de la figure 4 est ensuite déformée plastiquement pour recourber l’un de ses bords longitudinaux. La barre 4 est par exemple disposée dans une machine à rouler, ou dans une machine à plier, qui en recourbe une portion pour former un bord de renfort procurant un caractère rigide longitudinalement à la barre

4.

La figure 5 illustre le profil de la barre 4 après cette opération de cintrage, qui conduit à produire un raidisseur 3.

Alternativement aux exemples des figures 2 à 4, les raidisseurs 3 peuvent être produits à partir d’une bande de tôle de grande longueur, présentant la largeur adéquate et enroulée sous forme de bobine. Cette bobine de tôle est alors dévidée et un roulage en continu est mis en œuvre pour obtenir le profil voulu, et les raidisseurs sont finalement tronçonnés à la longueur désirée.

Ce raidisseur 3 comporte ainsi un bord de renfort 5 obtenu par l’opération de roulage ou pliage et une portion non pliée du raidisseur 3 forme une âme 6. L’âme 6 se prolonge, à l’opposé du bord de renfort 5, par un bord de fixation 7.

Le bord de renfort 5 et le bord de fixation 7 s’étendent parallèlement à la direction longitudinale 8.

La fabrication des raidisseurs 3 est ainsi réalisée de manière rapide et peu onéreuse, à partir d’une tôle selon un large choix d’alliages.

Dans le présent exemple, les raidisseurs 3 sont faits à partir d’une tôle dont l’épaisseur est égale à la moitié de l’épaisseur de la tôle constituant le voile 2. Par exemple, 6 mm d’épaisseur pour le voile 2 et 3 mm d’épaisseur pour les raidisseurs 3.

La figure 6 est une vue schématique de profil illustrant une portion du voile 2 qui est ici simplement constituée d’une tôle plane, et qui comporte une première face 9 et une deuxième face 10. La figure 6 est une vue générale illustrant une étape d’assemblage d’un raidisseur 3 et du voile 2 par soudage par friction malaxage, pour produire un panneau structural raidi.

Le bord de fixation 7 du raidisseur 3 est mis en position contre la première face 9 du voile 2. Un outil de soudage rotatif 11 de soudage par friction malaxage est appliqué sur la deuxième face 10 du voile 2. L’outil 11 est ainsi appliqué sur la face du voile 2 qui est opposée à la face contre laquelle est mis en position le raidisseur 3.

La figure 7 est une vue de détail en perspective du positionnement du raidisseur 3 contre le voile 2. Le bord de fixation 7 du raidisseur 3 vient en contact plan sur plan avec le voile 2, définissant ainsi deux lignes de jonction 12 de part et d’autre du bord de fixation 7.

Les lignes de jonction 12 sont les lignes le long desquelles chacune des faces du raidisseur 3 rencontre le plan de la première face 9 du voile 2. Ces lignes de jonction 12 sont des zones sensibles que l’invention permet de souder de manière sécurisée et répétable. L’invention garantit que la soudure réalisée englobera ces lignes de jonction 12, garantissant ainsi l’absence d’interface susceptible de provoquer des fissures ou de renfermer de l’humidité.

La figure 8 illustre en détail le montage 13 de prise de pièce permettant cette mise en position du raidisseur 3 par rapport au voile 2 (ce montage 13 n’était pas représenté sur les figures 6 et 7).

Le montage 13 comporte dans cet exemple une paire d’enclumes 14 agissant comme des mors de serrage pour le maintien du raidisseur 3 entre elles. Le montage 13 de prise de pièce comporte également un élément de mise en position du voile 2, schématisé sur la figure 8 par un double socle 15.

Le montage 13 comporte de plus une troisième enclume 16 comportant une portion à section en V destinée à maintenir le bord de renfort 5 du raidisseur 3.

Ainsi, les enclumes 14, 16 maintiennent en position le raidisseur 3 et le voile 2 est maintenu en position par le socle 15. Le positionnement mutuel des éléments du montage 13 de prise de pièce est agencé pour que le bord de fixation 7 du raidisseur 3 vienne contre le voile 2 comme exposé précédemment.

Les deux enclumes 14 comportent de plus chacune une surface convexe de moulage 17 située en vis-à-vis d’une des lignes de jonction 12.

Chacune des enclumes 14 comporte ainsi une première surface de contact 18 avec le voile 2, et une deuxième surface de contact 19 avec le raidisseur 3. La surface convexe de moulage 17 est située à la jonction entre cette première surface de contact 18 et cette deuxième surface de contact 19. Dans le présent exemple, les surfaces convexes de moulage 17 sont réalisées par des arrondis reliant ces surfaces 18, 19, de forme semi-circulaire et dont le rayon est supérieur à deux millimètres.

Avec le montage illustré à la figure 8, l’opération de soudage par friction malaxage est ensuite réalisée pour solidariser le raidisseur 3 et le voile 2.

La figure 9 est une vue de détail de la jonction du voile 2 et du raidisseur 3 montrant l’outil 11 de soudage rotatif en cours de soudage.

L’outil 11 de soudage rotatif a tout d’abord été mis en rotation, puis a été appliqué sur la deuxième face 10 du voile 2, en vis-à-vis du bord de fixation 7 du raidisseur 3. Dans le présent exemple, l’axe de rotation de l’outil 11 est contenu dans le plan médian 20 qui s’étend entre les deux faces du raidisseur 3, au niveau du bord de fixation 7.

L’outil 11 de soudage rotatif est actionné et déplacé par tous moyens connus tels qu’une fraiseuse ou un robot polyarticulé. L’outil 11 comporte un pion de malaxage 21 destiné au ramollissement et au malaxage de la matière et comporte de plus un épaulement de contention 22 appliquant une pression sur la deuxième face 10 du voile 2.

L’outil 11 est tout d’abord mis en rotation, puis est enfoncé dans la matière du voile 2, au fur et à mesure du ramollissement de cette matière. L’outil 11, traverse toute l’épaisseur du voile 2 et s’enfonce également dans la matière du raidisseur 3, jusqu’à la position illustrée à la figure 9, dans laquelle l’épaulement 22 vient en contact avec la deuxième face 10 du voile 2.

L’outil 11 est ensuite déplacé le long de la direction longitudinale 8 avec une vitesse d’avance permettant la soudure par friction malaxage.

Les enclumes 14, 16 et le socle 15 reprennent également les efforts produits par l’outil 11 de soudage rotatif.

Dans le présent exemple, le pion 21 présente un diamètre sensiblement égal à l’épaisseur 23 du bord de fixation 7 du raidisseur 3, c’est-à-dire à l’écartement entre les deux faces de la tôle formant le raidisseur 3 au niveau du bord de fixation 7, de sorte à repousser la matière au-delà des contours du bord de fixation 7.

De plus, le pion 21 présente une longueur 24 (la distance entre l’épaulement 22 et l’extrémité du pion 21, le long de son axe de rotation) qui est supérieure à l’épaisseur du voile 2. Ainsi, le pion 21 traverse toute l’épaisseur du voile 2 et pénètre en partie dans la matière du raidisseur 3.

Grâce à la géométrie du pion 21, et à la contention de l’épaulement 22, la matière du raidisseur 3 et du voile 2 est ainsi, en plus d’être soudée par friction malaxage, repoussée contre les surfaces convexes de moulage 17 et épouse ainsi la forme de ces surfaces 17 par un phénomène assimilable à une forme de moulage.

La figure 10 est une vue en coupe schématique montrant le travail de la matière durant l’étape de soudage. La matière ramollie par l’outil 11 est située dans une zone 32 schématisée en traits ondulés. Dans cette zone, la matière est malaxée de manière classique en soudage par friction malaxage, et est de plus repoussée vers les surfaces convexes de moulage 17 (voir flèches).

Le résultat de cette opération de soudage est illustré à la figure 11. La figure 11 est une vue en coupe du panneau structural raidi 1 ainsi obtenu, montrant la jonction entre le raidisseur 3 et le voile 2, avec sa soudure 26.

La soudure par friction malaxage assure une jonction du raidisseur 3 directement sur le voile 2, sans nécessiter ni rainure ni jonctions de différentes parties du voile 2.

Au niveau de la jonction entre le raidisseur 3 et la première face 9 du voile 2, le panneau 1 comporte des joints congés 25 dont le profil est maîtrisé et a été obtenu par un moulage sur les surfaces convexes de moulage 17.

Autant de raidisseurs 3 que nécessaire peuvent ainsi être fixés sur le voile 2 par le procédé décrit précédemment. La figure 12 illustre un panneau 1 comportant de multiples raidisseurs, qui sont soudés chacun par le procédé décrit précédemment, avec un seul outil 11 (et un seul montage 13, non représenté) se déplaçant sur chaque raidisseur 3. Alternativement (voir pointillés) tous les raidisseurs 3 peuvent être soudés simultanément avec un outil 11, et le montage 13 correspondant, dédié à chaque raidisseur.

Une application du procédé décrit précédemment dans le cadre d’une rationalisation de la production des panneaux structuraux raidis 1 va maintenant être décrite en référence aux figures 13 à 19.

Selon ce procédé, des portions assimilables à des profilés extrudés sont tout d’abord produites puis sont assemblées en fonction des besoins.

En référence à la figure 13, un premier raidisseur 3A est produit et soudé à un voile 2 selon le procédé exposé précédemment.

En référence à la figure 14, un deuxième raidisseur 3B est également produit et soudé parallèlement au premier raidisseur 3A, à une distance prédéterminée de ce dernier, également par le procédé décrit précédemment.

En référence à la figure 15, un troisième raidisseur 3C est également produit et soudé parallèlement au deuxième raidisseur 3B, à une distance prédéterminée de ce dernier, également par le procédé décrit précédemment.

Les raidisseurs 3A, 3B, 3C sont tous obtenus à partir d’une tôle (et éventuellement de la même tôle) comme décrit en référence aux figures 2 à 5.

Alternativement, en référence à la figure 16, la soudure des trois raidisseurs 3A, 3B, 3C sur le voile 2 peut être réalisée simultanément grâce à trois montages de prise de pièce (non représentés) et trois outils 11 travaillant simultanément.

La structure élémentaire 27 de panneau ainsi réalisée est illustrée à la figure 17. Cette structure élémentaire 27 est assimilable à un profilé standardisé qui est réalisé en série, petite ou grande, en fonction de l’application. Cette structure élémentaire 27 peut être produite comme élément de construction d’un panneau structural raidi, indépendamment de ce dernier. Cette production en série a lieu sur une chaîne dédiée à une cadence prédéterminée et les structures élémentaires 27 peuvent être stockées. Des gains de production, et une rationalisation de la production et des approvisionnements sont ainsi réalisés. Les structures élémentaires 27 présentent des avantages d’industrialisation proches de ceux des profilés extrudés, tout en étant beaucoup plus avantageuse économiquement (la tôle roulée est moins chère d’un facteur 10 qu’un profilé extrudé), et sans limitation du point de vue de l’alliage utilisé.

Selon le procédé, un panneau structural raidi 1 peut alors être réalisé à partir d’un assemblage de ces structures élémentaires 27 produites précédemment et stockées.

Les structures élémentaires 27 peuvent par exemple être elles-mêmes assemblées par soudage par friction malaxage, de manière classique. La figure 18 illustre une telle opération de soudage de deux structures élémentaires 27 réalisées par un outil 28 classique. Les voiles 2 de deux structures élémentaires 27 sont ici soudés bords à bords.

La figure 19 illustre une étape subséquente dans laquelle une troisième structure élémentaire 27 est soudée bord à bord à une extrémité du montage, sur la même machine, par l’outil 28.

Autant de structures élémentaires 27 que nécessaire sont ainsi ajoutées bord à bord pour la formation du panneau structural raidi 1 final.

Dans les exemples illustratifs des figures 18 et 19, les panneaux sont assemblés dans le même plan, étant entendu qu’ils peuvent être soudés en formant un angle entre eux de manière à former des panneaux structuraux raidis plus complexes.

Les figures 20 à 23 sont relatives à des variantes du procédé de jonction entre un raidisseur 3 et le voile 2. Ces figures sont relatives au positionnement des pièces avant l’opération de soudage par friction malaxage.

Chacune de ces variantes concerne la mise en position du raidisseur 3 par rapport au voile 2. La figure 20 illustre schématiquement la mise en position qui a servi d’exemple pour l’exposé du procédé relatif aux figures 6 à 9 : le bord de fixation 7 du raidisseur 3 est disposé avec un contact plan sur plan contre la première face 9 du voile 2. Sur cette vue schématique, le montage de prise de pièce n’a pas été représenté, il est conforme au montage décrit précédemment. Sur le même mode que la vue schématique de la figure 20, la figure 21 présente une alternative de positionnement dans laquelle le bord de fixation 7 du raidisseur 3 est pris entre deux portions 2A, 2B du voile 2.

Les deux portions 2A, 2B sont donc en contact chacune plan sur plan avec l’une des parois du raidisseur 3. Bien que cette variante nécessite un voile réalisé en plusieurs parties 2A, 2B et présente ainsi moins d’avantage que le mode de réalisation décrit précédemment, il peut cependant être mis en œuvre avec le même montage de prise de pièce et le même outil de soudage rotatif que précédemment pour obtenir avantageusement les mêmes joints congés 25.

Sur le même mode que la vue schématique de la figure 20, la figure 22 illustre une autre variante dans laquelle le bord de fixation 7 du raidisseur 3 est constitué d’un pied 29 élargi. Le pied 29 est par exemple réalisé par déformation plastique ou usinage.

Le pied 29 est lui-même rattaché par un congé de raccordement 30 avec l’âme 6 du raidisseur 3.

La jonction est alors réalisée par un montage 13 de prise de pièce qui comporte deux enclumes 14 identiques à celles décrites précédemment, si ce n’est que ces enclumes 14 n’enserrent que le pied 29 lors du maintien du raidisseur 3.

Suite à l’étape de soudure, le panneau ainsi obtenu comportera donc des joints congés 25 raccordant la première face 9 du voile 2 au pied 29, ainsi que les congés de raccordement entre le pied 29 et le reste du raidisseur 3.

Sur le même mode de représentation schématique que la figure 20, la figure 23 illustre une autre variante combinant les variantes de la figure 21 et de la figure 22.

Le raidisseur 3 comporte alors un pied 29 qui est enserré entre deux portions 2A, 2B du voile 2.

De même que précédemment, le montage final comportera ainsi un congé de raccordement 30 entre l’âme 6 du raidisseur 3 et comportera de plus les joints congés 25 à la jonction entre le pied 29 et le voile 2. Les variantes des figures 21 et 23 peuvent être de plus utilisées pour assembler deux structures élémentaires 27 en disposant alors un raidisseur 3 au niveau de chaque jonction entre deux structures élémentaires 27.

De plus, l’invention vise une combinaison du procédé décrit avec l’assemblage hétérogène de nuances d’alliages. Les recherches menées ont conduit à l’application du procédé pour la réalisation d’assemblages qui ne peuvent être réalisés par les procédés de soudage connus.

Dans un exemple d’application particulièrement avantageux, le procédé est employé pour la production d’un panneau structural raidi d’aéronef dont le voile d’une part, et les raidisseurs d’autre part, sont constitués de deux alliages d’aluminium différents de la série 2000. Par exemple, deux alliages d’aluminium parmi les alliages 2024, 2524, et 2198 peuvent être ainsi assemblés. Ces alliages sont tous disponibles en tôle mince de grande série, à des coûts bien inférieurs à ceux des profilés extrudés, et sont donc compatibles avec les principes du procédé.

Les raidisseurs peuvent ainsi être produits à partir de tôles d’un premier alliage d’aluminium de la série 2000, présentant des caractéristiques souhaitées pour les raidisseurs (rigidité, etc.) et le voile est quant à lui produit à partir de tôles d’un autre alliage d’aluminium de la série 2000 présentant d’autres caractéristiques souhaitées pour le voile (protection de l’espace clos par le panneau, etc.).

Un de ces exemples d’application particulièrement avantageuse est la réalisation des raidisseurs en alliage d’aluminium 2024 (dont les caractéristiques mécaniques sont propices au raidissement) et la réalisation du voile en alliage d’aluminium 2524 afin de bénéficier de la capacité en tolérance aux dommages plus grande des alliages 2524.

Le procédé selon l’invention permet ainsi d’obtenir des panneaux structuraux raidis d’aéronef par un procédé optimisé avec un fort abaissement des coûts, tout en obtenant une structure finale plus performante, avec une combinaison d’alliages adaptés chacun à sa fonction au sein du panneau.

Des variantes de réalisation du procédé décrit peuvent être envisagées. Notamment, les exemples décrits se réfèrent à des raidisseurs 3 qui sont fixés perpendiculairement à un voile 2, étant entendu que l’invention s’applique à un voile 2 pouvant avoir une forme courbe et à des raidisseurs 3 qui peuvent être fixés selon d’autres configurations angulaires, par exemple obliquement par rapport au plan tangent au voile.

Les modes de réalisation exposés peuvent par ailleurs être combinés.