FR2725390A1

FR2725390A1 - Lightweight structural panel

Info

Publication number: FR2725390A1
Application number: FR9411879A
Authority: FR
Inventors: Olivier Datry; Guy Marron; Pascal Patou
Original assignee: Sollac SA; Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
Current assignee: Sollac SA
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 1996-04-12
Anticipated expiration: 2014-10-05
Also published as: FR2725390B1

Abstract

The panel consists of at least one metal core (2) and at least two skins (3) also of metal, with the core inserted between them to make a sandwich structure. The core is made from cylindrical components with their lengthwise axes (6) perpendicular to the plane of the skins, and with the length of the components corresponding to the thickness of the core. The cylindrical components (5) can be open at one or both ends and can be made from drinks cans. The core and skins are joined together, e.g. by spot welding, laser welding or brazing and the core and at least one skin can be of galvanised steel.

Description

La présente invention concerne un panneau structural léger comportant au moins une âme métallique, et au moins deux peaux également métalliques, I'âme étant insérée entre les peaux pour former au moins une structure de type sandwich. The present invention relates to a lightweight structural panel comprising at least one metallic core, and at least two also metallic skins, the core being inserted between the skins to form at least one sandwich-type structure.

II est connu des panneaux structuraux allégés composés d'une plaque de tôle sur laquelle sont soudés des raidisseurs. L'inconvénient de ces panneaux est lié à leur manque de rigidité car leur structure est soit ouverte, c'est-à-dire que les raidisseurs n'ont qu'une fonction d'entretoise et n'interviennent pas ou peu dans la rigidité des panneaux, soit semifermée, c'est-àdire que lesdits panneaux ne comportent qu'une seule peau. Lightweight structural panels are known which consist of a sheet metal plate onto which stiffeners are welded. The disadvantage of these panels is related to their lack of rigidity because their structure is either open, that is to say that the stiffeners have only a spacer function and have little or no effect on the rigidity panels, or semi-closed, that is to say that said panels have only one skin.

II est connu également des panneaux dont la structure est dite cloisonnée", c'est-à-dire comportant une âme alvéolaire, et deux peaux extérieures réunies par l'âme alvéolaire. Dans son principe, ces panneaux sont remarquablement adaptés aux sollicitations mécaniques en flexion, puisque les contraintes sont reprises par les peaux extérieures, tandis que l'âme n'a pour but que d'augmenter l'inertie, en assurant un écartement entre les deux peaux extérieures. Les panneaux les plus répandus sont de type dit "nid d'abeille" ou encore de type corrugué", I'âme étant formée, dans ce cas, d'au moins une tôle ondulée. There are also known panels whose structure is said to be "partitioned", that is to say comprising a cellular core, and two outer skins joined by the cellular core. In principle, these panels are remarkably adapted to mechanical stresses in bending, since the stresses are taken up by the outer skins, while the core is intended only to increase the inertia, by ensuring a spacing between the two outer skins. The most widespread panels are of the so-called " honeycomb "or of corrugated type", the core being formed, in this case, of at least one corrugated sheet.

Les panneaux ci-dessus décrits présentent l'inconvénient d'être difficiles à assembler. Les problèmes d'accessibilité imposent un assemblage réalisé par collage. Cette technique de collage est, d'une part, coûteuse et, d'autre part, les liaisons qui sont réalisées par collage résistent mal à une température supérieure à 1 5O0C. Par exemple, en cas d'incendie à bord d'un navire, les planchers supportant les passagers ne doivent pas s'affaisser trop rapidement. Enfin, il est impossible de souder des pièces additionnelles sur ces panneaux, car il existe un grand risque de dégrader les parties de panneau portant ces pièces. The above described panels have the disadvantage of being difficult to assemble. Accessibility problems require assembly by gluing. This bonding technique is, on the one hand, costly and, on the other hand, the bonds which are produced by bonding are poorly resistant to a temperature above 1 50 ° C. For example, in the event of a fire on board a ship, the floors supporting the passengers should not sag too quickly. Finally, it is impossible to weld additional parts to these panels, because there is a great risk of degrading the parts of panel carrying these parts.

Le but de l'invention est de proposer un panneau rigide léger qui résiste à une élévation de température et composé de préférence d'un seul matériau de base. The object of the invention is to provide a lightweight rigid panel which withstands a rise in temperature and preferably composed of a single base material.

L'invention a pour objet un panneau structural léger résistant au feu, comportant au moins une âme métallique, et au moins une peau également métallique, l'âme étant insérée entre les peaux pour former au moins une structure de type sandwich. Le panneau se caractérise en ce que l'âme est composée d'éléments cylindriques dont les axes longitudinaux sont orientés sensiblement perpendiculairement au plan tangent des peaux, la longueur des éléments correspondant sensiblement à l'épaisseur de l'âme. The subject of the invention is a light fire-resistant structural panel, comprising at least one metallic core, and at least one skin also metallic, the core being inserted between the skins to form at least one sandwich-type structure. The panel is characterized in that the core is made up of cylindrical elements whose longitudinal axes are oriented substantially perpendicular to the tangent plane of the skins, the length of the elements corresponding substantially to the thickness of the core.

Les autres caractéristiques de l'invention sont
L'élément cylindrique est ouvert à ses deux extrémités.The other features of the invention are
The cylindrical element is open at both ends.

L'élément cylindrique est fermé à au moins une de ses extrémités. The cylindrical element is closed at at least one of its ends.

L'élément est tubulaire. The element is tubular.

L'élément est un corps de boîte de boisson. The element is a beverage can body.

Au moins une peau est assemblée à l'âme par soudage et/ou par clinchage. At least one skin is assembled to the core by welding and / or clinching.

Le soudage est effectué par une technique choisie parmi le soudage électrique par point, le soudage MAG, MIG, TIG, LASER, le brasage. Welding is carried out by a technique chosen from electric spot welding, MAG, MIG, TIG, LASER welding, soldering.

Au moins un peau est associée à l'âme par soudage LASER par transparence. At least one skin is associated with the core by LASER welding by transparency.

L'âme et au moins une peau sont en acier galvanisé. The core and at least one skin are made of galvanized steel.

Le soudage est effectué par une technique de brasage, le brasage étant assuré par fusion du zinc du revêtement de l'âme et d'au moins une peau. The welding is carried out by a brazing technique, the brazing being ensured by melting the zinc of the coating of the core and at least one skin.

La description qui suit et les dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre l'invention. The following description and the accompanying drawings, all given by way of non-limiting example, will make the invention clear.

La figure 1 présente un exemple de panneau structural, selon l'invention, les peaux n'étant pas perforées. Figure 1 shows an example of a structural panel according to the invention, the skins not being perforated.

Les figures 2A, 2B, 2C, 2D, détaillent une suite d'opérations pour la réalisation d'une autre forme de l'invention. FIGS. 2A, 2B, 2C, 2D, detail a series of operations for carrying out another form of the invention.

La figure 3 présente une autre forme de l'invention, dans laquelle l'âme est entièrement sertie sur les peaux. Figure 3 shows another form of the invention, in which the core is fully set on the skins.

La figure 4 présente un autre exemple de l'invention réalisée par soudure. FIG. 4 shows another example of the invention produced by welding.

La présente invention concerne plus particulièrement le domaine technique des panneaux structuraux destinés à la fabrication de platesformes, telles que plate-forme d'ascenseur, de monte-charge, de véhicule lourd, comme un semi-remorque, et, aussi, de planchers porteurs tels que pont de navire ou bâtiment industriel. Dans la plupart de ces applications, il est essentiel que les panneaux structuraux résistent au feu en cas d'incendie. D'autre part, I'allégement, du fait des caractéristiques mécaniques élevées du matériau de base employé assure une réduction de la puissance de levage et/ou une réduction de la charge des structures porteuses. The present invention relates more particularly to the technical field of structural panels intended for the manufacture of platforms, such as an elevator platform, a freight elevator, a heavy vehicle, such as a semi-trailer, and, also, load-bearing floors. such as ship deck or industrial building. In most of these applications, it is essential that structural panels resist fire in the event of a fire. On the other hand, the lightening, due to the high mechanical characteristics of the base material used, ensures a reduction in the lifting power and / or a reduction in the load of the supporting structures.

Comme représenté sur la figure 1 le panneau 1 structural selon l'invention, léger, résistant au feu, comporte au moins une âme 2 métallique et au moins une peau 3 également métallique associées, formant au moins une structure de type sandwich. Le panneau 1 possède une âme 2 composée d'éléments 5 cylindriques, les axes 6 longitudinaux des éléments 5 étant orientés sensiblement perpendiculairement au plan tangent des peaux 3 en leurs points 4 de liaison, la longueur des éléments 5 correspondant sensiblement à l'épaisseur de l'âme 2. As shown in FIG. 1, the structural panel 1 according to the invention, light, fire-resistant, comprises at least one metallic core 2 and at least one associated metallic skin 3, forming at least one sandwich type structure. The panel 1 has a core 2 composed of cylindrical elements 5, the longitudinal axes 6 of the elements 5 being oriented substantially perpendicular to the tangent plane of the skins 3 at their connecting points 4, the length of the elements 5 corresponding substantially to the thickness of soul 2.

II peut être envisagé, en fonction de la longueur des éléments 5, des panneaux ayant localement, des zones d'épaisseurs variables, zones nécessitant des caractéristiques mécaniques adaptées particulières. It can be envisaged, depending on the length of the elements 5, panels having locally, zones of variable thicknesses, zones requiring particular suitable mechanical characteristics.

L'âme 2 est réalisée à partir d'éléments 5 cylindriques formant des tubes comme, par exemple, des corps de boîtes de boisson. L'invention est, pour une part, une utilisation de corps de boîtes, produits industriels fabriqués en grand nombre d'exemplaires, dans un domaine technique totalement différent. Un avantage du panneau 1 structural consiste en ce que les peaux 3 peuvent être perforées et associées aux tubes pour former un panneau 1 structural ajouré, chacun des tubes assurant un passage de part et d'autre dudit panneau 1, soit pour la traversée, par exemple, de câblages, soit encore pour l'écoulement par exemple, des eaux, lorsque le panneau est utilisé en tant que plancher sur un navire ou dans un milieu exposé à l'eau ou à la pluie. The core 2 is produced from cylindrical elements 5 forming tubes such as, for example, bodies of beverage cans. The invention is, in part, a use of box bodies, industrial products produced in large numbers of copies, in a totally different technical field. An advantage of the structural panel 1 consists in that the skins 3 can be perforated and associated with the tubes to form a perforated structural panel 1, each of the tubes ensuring a passage on either side of said panel 1, either for crossing, by example, of cables, again for the drainage, for example, of water, when the panel is used as a floor on a ship or in an environment exposed to water or rain.

Pour souder l'âme 2 sur une des peaux 3, les matériaux dont sont constitués âme et peaux doivent présenter des températures de fusion voisines. II est préférable d'utiliser un même matériau pour réaliser l'ensemble du panneau 1. L'acier s'impose à partir du moment où la tenue en température devient essentielle. L'emploi de l'acier permet d'envisager la réalisation d'un panneau 1 structural résistant mécaniquement à une charge utile même lorsque ledit panneau est soumis, en cas d'incendie, à des températures de 3500 C, la ruine du panneau n'intervenant qu'au dessus de 5000C. To weld the core 2 on one of the skins 3, the materials from which the core and skins are made must have similar melting temperatures. It is preferable to use the same material to make the entire panel 1. Steel is essential from the moment when the temperature resistance becomes essential. The use of steel makes it possible to envisage the production of a structural panel 1 mechanically resistant to a payload even when said panel is subjected, in the event of fire, to temperatures of 3500 C, the ruin of the panel n 'intervening only above 5000C.

Le soudage de l'âme 2 et d'au moins une peau 3 est effectué par une technique choisie parmi le soudage électrique par point, le soudage
MAG, MIG, TIG, ou LASER. Ces techniques sont généralement utilisées dans le cas où il y a accessibilité de part et d'autre de l'assemblage de l'âme et de la peau, comme, par exemple, dans la réalisation de panneau 1 structural réalisé à partir d'une peau perforée. Dans une réalisation d'une structure de type sandwich, dans laquelle au moins une seconde peau 3 est associée à l'âme 2 sans accès direct au tube de l'âme 2, la soudure est effectuée par soudage LASER par transparence. Cette technique est nécessaire pour un soudage dans le cas où il n'y a accessibilité que d'un côté de la seconde peau 3. The welding of the core 2 and at least one skin 3 is carried out by a technique chosen from electric spot welding, welding
MAG, MIG, TIG, or LASER. These techniques are generally used in the case where there is accessibility on either side of the assembly of the core and the skin, such as, for example, in the production of structural panel 1 produced from a perforated skin. In an embodiment of a sandwich type structure, in which at least a second skin 3 is associated with the core 2 without direct access to the tube of the core 2, the welding is carried out by LASER welding by transparency. This technique is necessary for welding in the case where there is accessibility only on one side of the second skin 3.

Dans l'exemple de la figure 1, qui concerne un panneau structural dans lequel l'âme est composée de boîtes par exemple de boisson, il est représenté, en coupe, une partie de panneau 1 dans laquelle l'âme 2 comporte des boîtes fermées à chacune de leurs deux extrémités 7. In the example of FIG. 1, which relates to a structural panel in which the core is made up of cans, for example of beverage, there is shown, in section, a part of panel 1 in which the core 2 comprises closed cans at each of their two ends 7.

L'assemblage des deux peaux 3 est assuré par la réalisation de bossages 8 dans lesquels s'ajustent les extrémités 7 des boîtes.The assembly of the two skins 3 is ensured by the production of bosses 8 in which the ends 7 of the boxes are adjusted.

Avec un panneau selon l'invention, comportant une amélioration de la résistance à une élévation de température, il est possible de souder des pièces additionnelles, directement sur ledit panneau, en n'importe quel point de sa surface, sans détérioration de celui-ci. De plus, un tel panneau peut être soudé sur un support en acier, et du fait du comportement magnétique de l'acier, le panneau sera aisément recyclable. With a panel according to the invention, comprising an improvement in the resistance to a rise in temperature, it is possible to weld additional parts, directly on said panel, at any point of its surface, without deterioration thereof. . In addition, such a panel can be welded to a steel support, and due to the magnetic behavior of the steel, the panel will be easily recyclable.

De façon à assurer une protection contre la corrosion du panneau, l'âme 2 et au moins une peau 3 sont en acier galvanisé. Le zinc fond à la température de 4200C environ, de ce fait, un type de brasage peut être réalisé avec le zinc du revêtement. Pour assurer une résistance mécanique à une température supérieure, ou une résistance chimique en milieu corrosif, un autre type de brasage particulier peut être utilisé. In order to ensure corrosion protection of the panel, the core 2 and at least one skin 3 are made of galvanized steel. The zinc melts at a temperature of around 4200C, therefore a type of brazing can be carried out with the zinc of the coating. To provide mechanical resistance at a higher temperature, or chemical resistance in a corrosive environment, another particular type of brazing can be used.

Dans un exemple de fabrication d'un panneau, I'âme 2 composée d'éléments cylindriques en forme, soit de boites fermées à au moins une extrémité, soit de boîtes ouvertes à chacune de leurs extrémités, est insérée entre deux peaux 3 non perforées. L'ârne 2 et les peaux 3 sont placées sur le plateau d'une presse à souder. Les paramètres de pression et de passage de courant sont réglés de façon à liquéfier dans les zones de contact de l'âme et des peaux, le zinc ou toute autre brasure. On obtient, par capillarité, des congés de raccordement à grands rayon de courbure, favorables à la dilution des contraintes. Dans le procédé de soudage par résistance, I'échauffement par effet joule se concentre dans les zones à haute résistance électrique, et notamment dans les zones de contact entre l'âme 2 et les peaux 3.D'autres moyens de soudage peuvent être utilisés, comme, par exemple, le remplacement de la presse à souder par un four dont la température est légèrement au dessus de la température de fusion de la brasure. Le four peut être chauffé soit par effet Joule, soit par courant de Foucault. In an example of manufacturing a panel, the core 2 composed of cylindrical shaped elements, either of boxes closed at at least one end, or of boxes open at each of their ends, is inserted between two non-perforated skins 3 . The donkey 2 and the skins 3 are placed on the plate of a welding press. The pressure and current flow parameters are adjusted so as to liquefy in the contact zones of the core and the skins, zinc or any other solder. Capacities are obtained by capillary action with large radius of curvature, favorable to the dilution of the stresses. In the resistance welding process, the Joule heating is concentrated in areas with high electrical resistance, and in particular in the contact areas between the core 2 and the skins 3. Other welding means can be used , such as, for example, the replacement of the welding press by an oven whose temperature is slightly above the melting temperature of the solder. The oven can be heated either by Joule effect or by eddy current.

Dans une autre forme de réalisation de l'invention, représenté successivement sur les figures 2A, 2B, 2C, 2D, on dispose, un réseau d'éléments 5 formé de boîtes ayant une extrémité ouverte, du coté de leur ouverture, sur une première peau 3 dite inférieure et comportant des perforations 9. L'extrémité des boîtes traverse la peau inférieure 3, comme représenté sur la figure 2A. On sertit les boîtes sur la peau 3 par tombée du bord 10 desdites boîtes, ce premier sertissage étant présenté sur la figure 2B. On pose ensuite, comme représenté sur la figure 2C, une seconde peau 3 perforée dite supérieure au-dessus du réseau de boîtes, de façon à faire correspondre les perforations 9 et les extrémités 7 de boîtes, les extrémités 7 desdites boîtes comportant un fond de boîte traversant les perforations 9 .Enfin comme matérialisé sur la figure 2D, les fonds de boites, qui forment un dôme 11 sont écrasés pour obtenir un sertissage dit encore clinchage 12. In another embodiment of the invention, shown successively in FIGS. 2A, 2B, 2C, 2D, there is a network of elements 5 formed of boxes having an open end, on the side of their opening, on a first skin 3 called lower and having perforations 9. The end of the boxes passes through the lower skin 3, as shown in FIG. 2A. The boxes are crimped onto the skin 3 by falling from the edge 10 of said boxes, this first crimping being presented in FIG. 2B. Then, as shown in FIG. 2C, a second perforated skin 3 called upper is placed above the network of boxes, so as to match the perforations 9 and the ends 7 of boxes, the ends 7 of said boxes having a bottom of box passing through the perforations 9. Finally as shown in FIG. 2D, the bottom of the boxes, which form a dome 11 are crushed to obtain a crimping, also known as clinching 12.

Dans un autre exemple, représenté sur la figure 3, où l'élément 5 cylindrique est une boîte ouverte à ses deux extrémités 7, les bords 10 des deux extrémités 7 sont rabattues et forment un sertissage. In another example, shown in FIG. 3, where the cylindrical element 5 is a box open at its two ends 7, the edges 10 of the two ends 7 are folded down and form a crimp.

La figure 4 présente un autre exemple de réalisation dans lequel les sertissages sont remplacés par une soudure 13 du bord 10 avec les peaux 3. FIG. 4 shows another exemplary embodiment in which the crimps are replaced by a weld 13 of the edge 10 with the skins 3.

Parmi les différents avantages de l'invention une caractéristique de l'invention réside en particulier dans la réalisation de panneau structurés dans une technique d'assemblage mécanique par sertissage assurant une résistance mécanique à une élévation de température au delà de 5000 C. Among the various advantages of the invention, a characteristic of the invention lies in particular in the production of panels structured in a mechanical assembly technique by crimping ensuring mechanical resistance to a rise in temperature above 5000 C.

II est possible d'insérer un matériau du type laine de roche entre les deux peaux lors d'une réalisation, par exemple, par sertissage, donnant au panneau des caractéristiques phoniques et anti-vibratoires particulières. De manière générale, I'invention réside dans l'utilisation des boîtes issues directement de la production de boîtes de conserve de boisson, produit de très grande série, de faible coût, et protégées contre la corrosion. It is possible to insert a material of the rock wool type between the two skins during an embodiment, for example, by crimping, giving the panel specific phonic and anti-vibration characteristics. In general, the invention resides in the use of cans resulting directly from the production of beverage cans, a very large series product, of low cost, and protected against corrosion.

Claims

1. Light structural panel comprising at least one metallic core (2), and at least two skins (3) also metallic, the core being inserted between the skins to form at least one sandwich type structure, characterized in that the core (2) is composed of cylindrical elements (5) whose longitudinal axes (6) are oriented substantially perpendicular to the tangent plane of the skins (3), the length of the elements (5) corresponding substantially to the thickness of the core (2).

2. Panel according to claim 1 characterized in that the cylindrical element (5) is open at its two ends.

3. Panel according to claim 1 characterized in that the cylindrical element (5) is closed at at least one of its ends.

4. Panel according to claims 1 to 3 characterized in that the element (5) is tubular.

5. panel according to claims 1 to 4 characterized in that the element (5) is a beverage can body.

6. Panel according to claims 1 to 5 characterized in that at least one skin (3) is assembled to the core (2) by welding and / or clinching.

7. Panel according to claims 1 to 6 characterized in that the welding is carried out by a technique chosen from electric spot welding, MAG, MIG, TIG, LASER welding, brazing.

8. Panel according to claims 1 to 7 characterized in that at least one skin (3) is associated with the core (2) by LASER welding by transparency.

9. Panel according to claims 1 to 8 characterized in that the core (2) and at least one skin (3) are made of galvanized steel.

10. Panel according to claim 9 characterized in that the welding is carried out by a brazing technique, the brazing being provided by melting the zinc of the coating of the core (2) and at least one skin (3).