FR2811741A1 - Procede de fabrication d'un element de structure ayant une paroi metallique de forme generale tubulaire et element de structure - Google Patents

Abstract

On d ecoupe dans une feuille en mat eriau m etallique au moins une plaque plane (20) comportant une partie principale ayant la forme d evelopp ee de la paroi de l' el ement de structure et au moins une partie compl ementaire (26, 27, 28) de recouvrement et de fixation, on plie la plaque d ecoup ee (20) selon une pluralit e de lignes (23) de façon à former la paroi de l' el ement de structure à partir de portions pli ees (22, 24, 24', 25) de la partie principale de la plaque d ecoup ee (20) et on fixe par soudage au moins une partie compl ementaire de recouvrement et de fixation (26, 27, 28) sur l'une au moins d'une portion pli ee (22, 24, 24', 25) et d'une seconde partie de recouvrement. Pendant le soudage, l'au moins une partie de recouvrement (26, 27, 28) et la portion pli ee de paroi (22, 24, 24', 25) ou la seconde partie de recouvrement sont maintenues en appui elastique l'une sur l'autre, dans une disposition superpos ee. De pr ef erence, le soudage est r ealis e par un faisceau laser, en transparence. L' el ement de structure suivant l'invention connaît de nombreuses applications dans des industries très diverses.

Description

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un élément de

structure ayant une paroi métallique de forme générale tubulaire et un élé-

ment de structure à paroi métallique tubulaire pouvant être réalisé sous des

formes et pour des applications très diverses..

Dans de nombreux secteurs de l'industrie, il est nécessaire de dispo-

ser d'éléments de structure ayant une forme générale tubulaire et une sec-

tion transversale plus ou moins complexe, en particulier de forme polygo-

nale. De tels éléments de structure peuvent être courbes ou présenter des tronçons successifs dans des dispositions angulaires, par exemple faisant entre eux des angles droits, dans le cas d'éléments de structure sous forme

de cadres carrés ou rectangulaires.

Dans certaines applications, il est nécessaire de disposer de cadres présentant une forte rigidité et une masse la plus réduite possible, ces deux

conditions étant généralement difficilement conciliables, dans le cas de ca-

dres réalisés par assemblage de profilés tubulaires à section polygonale. En effet, il est nécessaire, pour réaliser l'assemblage et la fixation par soudage des côtés du cadre au niveau de ses angles, d'utiliser des tubes ayant des parois d'une épaisseur suffisante. Généralement, il est difficile de réaliser des cadres par assemblage de tubes, par exemple à section carrée, dont

l'épaisseur de paroi est inférieure à 1 mm.

Dans certaines applications, par exemple dans le cas de la fabrication de cadres de portes métalliques, on peut rechercher, en plus d'une bonne rigidité et d'une masse la plus réduite possible, des qualités esthétiques du

cadre de la porte, par exemple lorsque cette porte est utilisée dans un bâti-

ment dans lequel on recherche un certain style de décoration. Dans ce cas,

il peut être nécessaire de disposer de cadres dont les différents côtés pré-

sentent des sections de forme variée. Il est donc nécessaire de disposer de tubes ayant des sections de formes différentes et éventuellement de formes tout à fait inhabituelles. Dans ce cas, la construction des cadres de porte est

très coûteuse.

Dans certaines industries, par exemple l'industrie automobile, I'indus-

trie aéronautique ou la construction navale, on utilise des éléments de structure, ou membrures, allégés, à parois métalliques tubulaires, de forme complexe, qui peuvent être courbes ou même éventuellement refermés sur eux-mêmes pour constituer une pièce annulaire. La construction de tels éléments de structure dont la réalisation tubulaire permet d'obtenir un gain de poids doit être extrêmement rigide et extrêmement résistante.

Pour réaliser de telles structures complexes, il est généralement né-

cessaire de réaliser l'assemblage d'un grand nombre de pièces mises en

forme préalablement, par un procédé de formage et/ou par découpage.

L'assemblage des pièces pour réaliser une structure de forme complexe avec une très bonne précision de forme et de dimension est une opération coûteuse et les différentes soudures d'assemblage réalisées doivent être

contrôlées soigneusement.

En outre, dans le cas de matériau métallique difficile à souder, tel que l'aluminium et ses alliages, la réalisation de structures complexes est encore

plus difficile et coûteuse et peut nécessiter d'utiliser des procédés d'assem-

blage de mise en oeuvre délicate pour éviter la présence de soudures.

Dans le cas de la réalisation d'éléments de structure à partir de pro-

duits plats tels que des tôles métalliques, on réalise généralement l'assem-

blage de plaques découpées par soudage suivant leurs bords, ce qui néces-

site généralement l'utilisation de gabarits et de supports de maintien des plaques dans leur position d'assemblage. La réalisation de telles structures est donc complexe et nécessite l'utilisation d'un outillage coûteux. En outre, dans certains cas, il n'est même pas possible d'utiliser un gabarit placé dans

une partie creuse de la structure tubulaire, du fait que la forme de la struc-

ture ne permet pas d'enlever le gabarit après assemblage et soudage de la structure. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication

d'un élément de structure ayant une paroi métallique de forme générale tu-

bulaire qui soit d'une mise en oeuvre simple et d'un coût limité et qui per-

mette de réaliser des structures de forme complexe, rigides et légères, en

des matériaux métalliques quelconques.

Dans ce but: - on découpe, dans une feuille en matériau métallique, au moins une plaque plane comportant une partie principale ayant la forme développée de la paroi de l'élément de structure et au moins une partie complémentaire de recouvrement et de fixation; - on plie la plaque découpée selon une pluralité de lignes, de façon à

former la paroi de l'élément de structure à partir de portions pliées de la par-

tie principale de la plaque découpée; et

- on fixe par soudage l'au moins une partie complémentaire de recou-

vrement et de fixation sur l'une au moins d'une portion pliée de la paroi de l'élément de structure et d'une seconde partie de recouvrement, I'au moins une partie de recouvrement et de fixation et la portion pliée de la paroi ou la seconde partie de recouvrement étant maintenues en appui élastique l'une

sur l'autre.

Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre

d'exemples, plusieurs modes de mise en oeuvre du procédé suivant l'inven-

tion et des éléments de structure ayant des caractéristiques tout à fait nou-

velles qui peuvent être obtenues par ce procédé.

La figure 1 est une vue en plan d'une portion d'une plaque découpée

qui peut être mise en oeuvre pour la fabrication d'un montant à section poly-

gonale d'une structure selon l'invention en forme de cadre.

La figure 2 est une vue schématique en coupe transversale du mon-

tant à section polygonale réalisé par pliage de la plaque représentée sur la

figure 1, dans une phase préalable au soudage d'une partie de raccorde-

ment et de fixation.

La figure 3 est une vue en perspective d'une porte à surface galbée

réalisée par le procédé de l'invention.

La figure 4 est une vue en plan d'une plaque de tôle découpée pour la

réalisation du cadre de la porte représentée sur la figure 3.

La figure 5 est une vue agrandie d'une partie de la plaque représen-

tée sur la figure 4.

Les figures 6 et 7 sont des vues en perspective partielle du cadre de porte réalisé par pliage et soudage de la plaque métallique représentée sur

la figure 4.

La figure 8 est une vue en perspective d'un élément de structure de

forme annulaire qui peut être réalisé par le procédé de l'invention.

La figure 9 est une vue en plan d'une partie d'une plaque métallique

pour la réalisation de l'élément de structure représenté sur la figure 8.

La figure 10 est une vue en perspective d'une partie de l'une des fa-

ces de la plaque représentée sur la figure 9.

Les figures 11 et 12 sont des vues en perspective d'une partie de l'élément de structure représenté sur la figure 8, au cours d'une phase de

pliage et d'une phase d'assemblage du procédé de fabrication.

Sur la figure 1, on a représenté une partie d'une plaque métallique désignée de manière générale par le repère 1, cette partie de la plaque 1

étant destinée à constituer un tronçon d'un côté d'un cadre de forme polygo-

nale constituant un élément de structure suivant l'invention.

La plaque métallique 1 dans son ensemble comporte des prolonge-

ments de la partie représentée sur la figure 1, dans la direction longitudinale 2 ainsi que d'autres parties destinées à constituer par pliage d'autres côtés du cadre présentant éventuellement des sections transversales de forme polygonale différente de la forme de la section du tronçon représentée sur la

figure 2.

Les figures 1 et 2 ont pour simple but d'expliquer le principe du pro-

cédé de fabrication suivant l'invention, sans décrire la fabrication complète

d'un élément de structure.

Le tronçon de la plaque métallique 1 représenté sur la figure 1 pré-

sente la forme d'une bande rectangulaire s'étendant dans la direction longi-

tudinale 2 et présentant une largeur suffisante pour réaliser la section d'un

côté de cadre de forme rectangulaire représenté sur la figure 2.

Une première opération de fabrication du cadre consiste à découper la plaque 1 dans une tôle en matériau métallique de nature et d'épaisseur voulue. De manière générale, comme il sera expliqué plus loin, le procédé

suivant l'invention permet de réaliser des structures de forme générale tu-

bulaire dont l'épaisseur de paroi peut être faible et comprise, par exemple

entre 50 pm et 1 mm, de tels éléments de structure à paroi mince ne pou-

vant être fabriqués par les procédés connus tels que l'assemblage angulaire

de tubes.

On réalise sur la partie de la plaque métallique 1 destinée à constituer le montant 3 du cadre dont la section est représentée sur la figure 2 le tracé de lignes de pliage qui sont toutes parallèles à la direction longitudinale 2 et

qui délimitent cinq portions de la plaque métallique désignées par les repè-

res 4, 5, 6, 7 et 8 et qui présentent la forme de bandes rectangulaires. La partie de plaque 1 représentée sur la figure 1 sur laquelle ont été tracées les lignes de pliage séparant les différentes portions de la plaque constitue la forme développée de la section du côté de cadre 3 représentée sur la figure 2. Le pliage est réalisé comme représenté sur la figure 2 de manière que les portions de plaques 5 et 6 pliées à 90 vers le haut par rapport à la portion de plaque 4 constituent deux faces latérales de côté de cadre et les portions de plaque 7 et 8 repliées vers l'intérieur de la section de côté 3 du cadre deux rabats destinés à être superposés dans les positions 7' et 8' pour

constituer la paroi supérieure du côté 3 du cadre.

Comme représenté sur la figure 2, le pliage vers l'intérieur des por-

tions 7 et 8 de la plaque métallique est réalisé de manière que le rabat 8 soit situé en-dessous du rabat 7 et que les rabats 7 et 8 présentent un angle

d'ouverture résiduel par rapport à leur position de fermeture 7' et 8'.

L'assemblage par recouvrement et la fixation des portions 7 et 8 est réalisé en exerçant une force 9 sur le rabat 7, dans la direction verticale en direction du rabat 8 et de l'extérieur vers l'intérieur de la section du côté de

cadre 3.

Sous l'effet de la force 9, le rabat 7 pivote autour de son axe de pliage et vient appuyer sur le rabat 8 qui pivote lui-même autour de son axe de

pliage. Le déplacement des rabats 7 et 8 est déterminé de manière à cons-

tituer la paroi supérieure du côté 3 du cadre par superposition des rabats

dans les positions coplanaires 7' et 8'.

Le rabat 7' est maintenu en place par l'élément de poussée exerçant la force 9 et l'élément 8 dans sa position 8' exerce, par retour élastique, une

force de pression contre la face inférieure du rabat 7', de sorte que les ra-

bats 7 et 8 dans leur position 7' et 8' sont parfaitement plaqués et en appui

élastique l'un contre l'autre.

La partie du rabat supérieur 7 comprise entre le bord libre du rabat 7 et la ligne 7a suivant laquelle vient s'appliquer le bord libre du rabat 8 dans la position plaquée constitue une portion de recouvrement et de fixation de la plaque métallique assurant la fermeture de la structure tubulaire. Pour

réaliser la fixation des rabats 7, 8 I'un sur l'autre, on peut utiliser une installa-

tion de soudage telle qu'une tête de soudage par laser 10 à l'aide de laquelle on peut effectuer plusieurs points ou lignes de soudage suivant la direction

longitudinale 2, à travers les parties superposées des rabats 7 et 8, c'est-à-

dire à travers la partie de recouvrement du rabat 7 et de la partie de paroi du rabat 8 recouverte par la partie de recouvrement. Un tel soudage réalisé

dans l'épaisseur des parties superposées des rabats 7 et 8 à l'aide d'un fais-

ceau laser est appelé soudage en transparence.

Il est possible également de réaliser un soudage entre les rabats 7 et 8 suivant le bord libre du rabat 7 superposé au rabat 8 dans leur position d'assemblage 7', 8' mais un tel soudage suivant le bord du rabat 7 demande un contrôle plus précis de la direction et du positionnement du faisceau de soudage qu'un soudage en transparence suivant des points ou des zones linéaires placées de manière quelconque dans les parties en recouvrement

des rabats 7 et 8 dans leur position d'assemblage.

Dès que le soudage de la partie de recouvrement sur une partie de paroi de la structure a été réalisé, la structure se trouve rigidifiée du fait que

tout glissement de la partie de recouvrement sur la paroi est devenu impos-

sible.

Il apparaît donc sur l'exemple très simple représenté sur les figures 1 et 2 qu'on peut réaliser une partie de structure tel qu'un côté de cadre ayant une section polygonale de forme quelconque de manière simple, par pliage,

mise en appui élastique d'une partie de recouvrement sur une partie de pa-

roi et soudage, par exemple en utilisant un laser, de la partie de recouvre-

ment sur la partie de paroi recouverte.

Bien entendu, on peut utiliser un moyen de soudage différent d'une torche laser pour réaliser des points ou des lignes de soudage, ce dispositif

devant toutefois pouvoir réaliser le soudage depuis l'extérieur de la struc-

ture, sans contact avec les parois de la structure.

Dans le cas de soudage de parois d'une structure en forme de cadre d'une épaisseur inférieure à 1 mm, et par exemple de l'ordre de 0,7 mm, il est possible de réaliser un soudage de qualité par laser, en utilisant un laser

YAG, même dans le cas d'un foisonnement d'épaisseur des tôles d'une va-

leur pouvant aller jusqu'à 0,2 mm. On appelle foisonnement de tôles empi-

lées, l'excédent d'épaisseur de l'empilement par rapport à la somme des

épaisseurs des tôles superposées. Le foisonnement correspond à l'épais-

seur moyenne de la couche d'air entre les tôles superposées, présente du

fait d'une planéité imparfaite des tôles.

Le procédé suivant l'invention peut donc être mis en oeuvre dans le

cas de tôles industrielles dont la planéité est telle qu'il existe un certain foi-

sonnement lors de l'empilage de parties de tôle.

On va maintenant décrire, à titre d'exemples, deux modes de réalisa-

tion d'une structure de forme générale tubulaire par pliage d'une plaque métallique découpée dans une feuille telle qu'une tôle ou un feuillard, ces deux modes de réalisation n'étant qu'illustratifs du procédé de l'invention qui

a été décrit de manière très générale en regard des figures 1 et 2.

Bien entendu, le procédé suivant l'invention peut être appliqué à la réalisation de nombreux éléments de structure de forme générale tubulaire

présentant des caractéristiques et des utilisations très diverses.

Un premier dispositif incorporant un élément de structure réalisé sui-

vant l'invention a été représenté sur la figure 3.

Sur la figure 3, on a représenté une porte métallique désignée de manière générale par le repère 11 qui comporte un cadre de forme générale rectangulaire 12 dont les côtés présentent une structure tubulaire et qui a

été réalisé par le procédé selon l'invention.

Le cadre comporte deux côtés horizontaux, respectivement, supérieur 12a et inférieur 12b et deux côtés latéraux verticaux, respectivement, 12c et 12d. Les côtés supérieur et inférieur 12a et 12b sont réalisés sous une forme tubulaire et présentent une section transversale en forme de triangle et les côtés latéraux 12c et 12d, également réalisés sous forme tubulaire,

présentent une section transversale de forme rectangulaire. Le bord d'ex-

trémité des côtés supérieur et inférieur 12a et 12b reliés entre eux suivant la partie de pointe du triangle de la section transversale constitue une surface courbe sur laquelle peut être fixé, à chacune de ses extrémités supérieure et inférieure, un parement de porte 13 qui présente ainsi une forme galbée. Le parement 13 peut être constitué par une simple tôle rapportée et fixée par soudage le long des bords courbes des deux côtés 12a et 12b du cadre de porte. Comme il sera expliqué ci- après en regard des figures 4, 5, 6 et 7, le cadre 12 de la porte peut être réalisé par le procédé suivant l'invention, par

simple découpage et pliage d'une plaque métallique pour constituer les pa-

rois du cadre et des parties de recouvrement des parois permettant l'assem-

blage et la fixation des parties pliées du cadre, pour réaliser la structure fer-

mée représentée sur la figure 3.

La tôle de parement 13 est ensuite rapportée et fixée par soudage sur

les bords du cadre et en particulier sur les bords courbes supérieur et infé-

rieur. On obtient ainsi une porte métallique galbée dont le cadre présente

des côtés de section de formes différentes, ce qui permet d'améliorer l'es-

thétique de la porte et de lui donner un aspect original.

Une telle porte peut être utilisée pour assurer la fermeture d'armoires ou de locaux techniques ou encore pour assurer la fermeture de locaux à

usage d'habitation.

Un cadre tel que représenté sur la figure 3 dont la fabrication sera

décrite en regard des figures 4 à 7 peut être réalisé non seulement de ma-

nière à constituer un cadre de porte mais encore un cadre utilisable, par exemple, dans une machine d'impression par sérigraphie. Dans ce cas, le cadre qui est réalisé de manière légère et rigide peut assurer facilement la

fixation et la tension d'une toile de sérigraphie fixée suivant les bords du ca-

dre.

On peut également assurer la tension de la toile sur le cadre en exer-

çant un effort entre les côtés supérieur 12a et inférieur 12b pendant le mon-

tage de la toile et en relâchant l'effort sur les côtés d'extrémité après fixation

de la toile.

Sur la figure 4, on a représenté une plaque métallique désignée de

manière générale par le repère 14 qui a été découpée dans une feuille mé-

tallique telle qu'une tôle ou un feuillard, sous la forme d'une bande allongée comportant des découpes entre chacune des parties de la bande destinées

à constituer un côté du cadre.

Les parois des côtés d'extrémité 12a et 12b du cadre sont réalisées à partir des portions 15a et 15b de la plaque 14 en forme de bande allongée et les côtés latéraux à section rectangulaire 12c et 12d sont réalisés à partir

des portions 15c et 15d de la plaque 14.

On a également représenté sur la figure 4, par des lignes pointillées, les lignes de pliage des portions de bande 15a, 15b, 15c et 15d pour réaliser par pliage le côté correspondant du cadre de forme générale tubulaire à

section, respectivement, triangulaire et rectangulaire.

Chacune des portions de la plaque 15a, 15b, 15c et 15d comporte une partie principale constituant une développée plane du côté du cadre et des parties de recouvrement et de fixation destinées à assurer la fermeture

et la fixation des côtés du cadre.

Les tronçons 15a et 15b comportent trois parties planes séparées par des lignes de pliage parallèles entre elles destinées à constituer les trois

faces du côté du cadre à section triangulaire ainsi que deux bords longitudi-

naux destinés à venir en recouvrement pour assurer l'assemblage et la fixa-

tion des côtés d'extrémité du cadre. Les deux bords longitudinaux des par-

ties 15a et 15b de la plaque métallique sont limités par une ligne courbe et

les bords inférieurs sont légèrement emboutis de manière à permettre d'em-

boîter les deux bords rapportés l'un contre l'autre, les parties embouties as-

surant de plus une plus grande rigidité au bord du cadre servant en particu-

lier à la fixation d'un parement ou d'une toile.

Les parties 15c et 15d de la plaque métallique comportent une partie principale constituée de quatre portions en forme de bandes de direction

longitudinale séparées par des lignes de pliage qui sont destinées à consti-

tuer les quatre faces de la paroi du côté du cadre à section rectangulaire et

deux portions de recouvrement destinées à venir se superposer à deux por-

tions pliées constituant deux faces constitutives du côté du cadre de forme

générale parallélépipédique.

Les découpes entre les parties successives de la plaque métallique 14 sont réalisées de manière telle qu'après pliage, les extrémités des côtés

latéraux du cadre s'encastrent dans les côtés d'extrémité à section triangu-

laire et que chacun des coins du cadre soit cassé. De plus, le découpage est

réalisé de manière à ménager des languettes et rabats constituant des par-

ties de recouvrement et de fixation des parois du cadre.

Sur les figures 6 et 7, on a représenté, respectivement, la partie ex-

terne et la partie interne d'un côté d'extrémité du cadre et les parties d'ex-

trémité de deux côtés latéraux venant s'encastrer à l'intérieur des côtés

d'extrémité après pliage de la plaque 14 selon les lignes de pliage repré-

sentées. Dans la disposition du cadre représentée sur la figure 7 après pliage, on réalise la fixation des parois de forme tubulaire de chacun des côtés du cadre, par l'intermédiaire des parties de recouvrement qui sont mises en appui élastique sur des portions de plaque constituant des parties de paroi

des côtés du cadre ou sur d'autres parties de recouvrement.

Comme indiqué plus haut, les parties de recouvrement sont consti-

tuées par les bords extérieurs longitudinaux des parties 15a et 15b qui sont placés en vis-à-vis lors du pliage et maintenus en appui élastique l'un sur l'autre pendant le soudage qui est réalisé, par exemple, par un faisceau laser, en transparence suivant des points ou lignes de soudage réparties suivant la longueur des bords mis en coïncidence et en appui élastique l'un

sur l'autre.

Sur la figure 7, on a représenté des zones de raccordement 16 cons-

tituées par des dépressions embouties réalisées suivant chacun des bords à raccorder des côtés d'extrémité du cadre et engagées l'une dans l'autre lors de l'appui élastique des deux bords à assembler l'un sur l'autre. Les lignes

de soudage peuvent être réalisées dans les dépressions 16 dans une direc-

tion parallèle ou dans une direction perpendiculaire aux bords du côté d'ex-

trémité du cadre dont on réalise l'assemblage.

Lors de l'assemblage de fermeture des côtés latéraux du cadre, les

parties de recouvrement constituées par les deux portions en forme de ban-

des viennent recouvrir deux portions constituant des faces des parois des

côtés latéraux. En exerçant une force d'appui sur ces parties de recouvre-

ment, on peut réaliser une mise en appui élastique des parties de recouvre-

ment sur les portions pliées constituant les faces des côtés latéraux. On réa-

lise alors le soudage des parties de recouvrement sur les portions pliées constituant les faces des parois du cadre, par exemple en transparence, en

utilisant un faisceau laser ou par soudage électrique. On peut réaliser l'as-

semblage et la fixation des côtés latéraux du cadre par des points ou lignes

de soudage espacées suivant la longueur des côtés latéraux.

Le soudage des côtés du cadre peut être réalisé de manière simple et

rapide, en réalisant un nombre limité de points ou de lignes de soudage ré-

partis suivant la longueur des côtés du cadre dans les zones de jonction. La mise en appui élastique des parties de recouvrement l'une sur l'autre ou sur une partie de paroi permet de réaliser une mise en contact satisfaisante lors

du soudage qui assure une jonction résistante.

Comme représenté en particulier sur la figure 7, la fixation des côtés latéraux par rapport aux côtés d'extrémité est assurée par des parties de recouvrement constituées par des rabats ou languettes 17, dans les parties de jonction des côtés d'extrémité ou des côtés latéraux du cadre. Les rabats 17 constituant des parties complémentaires de recouvrement des parois des côtés d'extrémité sont mis en appui élastique contre des parois des côtés latéraux pendant qu'on effectue le soudage au laser en transparence des rabats 17 sur les parois. De même, les rabats 17 constituant des parties complémentaires des parois des côtés latéraux sont mis en recouvrement et

en appui élastique sur des parois des côtés d'extrémité pendant qu'on réa-

lise le soudage au laser en transparence.

La solidarisation par soudage des parties de recouvrement avec des parties de recouvrement complémentaires ou avec des parois du cadre permet d'obtenir un assemblage parfaitement rigide, même dans le cas o

l'on utilise une plaque métallique de faible épaisseur, par exemple une pla-

que métallique d'une épaisseur de l'ordre de 0,7 ou même 0,5 mm.

Dans certains cas, il est même possible d'envisager la fabrication de cadre par découpage et pliage de tôles ayant une épaisseur comprise entre

0,05 et 0,5 mm.

De tels cadres peuvent connaître de nombreuses application dans le cas o l'on recherche à la fois une bonne rigidité et une masse réduite, par

exemple dans le cas d'un cadre fabriqué à partir d'un matériau coûteux.

Dans d'autres cas, il est nécessaire d'obtenir une très forte rigidité et

une très grande résistance mécanique de structures creuses de forme géné-

rale tubulaire et pouvant présenter un contour de forme complexe.

Dans le cas de telles structures pour lesquelles on recherche une très forte résistance, on peut utiliser des plaques métalliques relativement épaisse, par exemple des plaques métalliques d'une épaisseur supérieure à

I mm, pour constituer les parois de la structure creuse et les parties de re-

couvrement assurant l'assemblage après pliage de la structure.

Sur la figure 8, on a représenté une pièce de structure annulaire et

de forme générale tubulaire qui peut être réalisée par le procédé de l'inven-

tion à partir d'une seule plaque ou bande de métal plié pour constituer des

* parois de la structure et des parties de recouvrement et de fixation.

De manière générale, la pièce 18 représentée sur la figure 8 présente la forme d'un anneau qui peut être de grande dimension et dont la section

transversale creuse présente une forme sensiblement rectangulaire.

La pièce 18 est constituée de secteurs annulaires successifs 19 ayant une amplitude angulaire adaptée au procédé de fabrication qui sera décrit

par la suite et qui sont reliés par des points ou des lignes de soudure réali- sés sur des parties de recouvrement en appui élastique sur des parties de

paroi de l'élément de structure.

Par exemple, on peut concevoir une pièce annulaire 18 telle que re-

présentée sur la figure 8 comportant douze secteurs 19 ayant chacun une

amplitude angulaire de 30 .

Sur la figure 9, on a représenté une partie d'une plaque métallique permettant de réaliser la fabrication de l'élément de structure représenté sur

la figure 8, par pliage et par soudage.

La plaque métallique dont une partie est représentée sur la figure 9

est désignée de manière générale par le repère 20.

Chacun des secteurs 19 de la structure métallique est réalisé à partir

d'une section 21 de la plaque métallique 20.

Chaque section 21 comporte une portion 22 destinée à constituer une partie de la surface cylindrique externe de l'élément de structure annulaire

18, au niveau d'un secteur 19.

On réalise, dans une bande de direction longitudinale de la plaque 20

découpée dans une feuille métallique, une succession de zones 22 embou-

ties sous la forme d'une portion de surface cylindrique dont la section longi-

tudinale présente la forme d'un arc de cercle d'une amplitude de 30 .

Les portions embouties 22 sont séparées les unes des autres par des lignes ou zones de pliage 23 de direction transversale espacées l'une de

l'autre dans la direction longitudinale de la plaque 20 en forme de bande.

Les zones embouties successives peuvent être réalisées par une machine d'emboutissage comportant par exemple une roue ou un cylindre présentant des zones successives d'emboutissage de forme cylindrique

convexe séparées par des dépressions transversales.

De part et d'autre de chacune des portions 22 d'une section 21 de la bande 20, dans la direction transversale, sont réalisées deux portions de paroi 24 et 24' de forme trapézoïdale destinées à constituer deux surfaces

latérales de la paroi de forme générale tubulaire de la pièce annulaire 18.

Les portions de paroi 24 et 24' sont séparées de la portion emboutie 22 par

des lignes de pliage de direction longitudinale.

L'une des portions de paroi (24') est prolongée par une portion de pa-

roi 25 ayant, comme longueur, la longueur de la petite base des parois 24 et

24' et une largeur sensiblement égale à la largeur de la zone emboutie 22.

La portion de paroi 25 est destinée à constituer une partie de paroi interne

prismatique de la pièce annulaire 18. Enfin, la partie de paroi 25 est prolon-

gée latéralement par une partie de recouvrement 26 destinée à assurer la fermeture de la section tubulaire 21, lors du pliage et de l'assemblage de la

section 21.

De plus, les portions de paroi 24 et 24' comportent, suivant l'un de

leurs côtés latéraux inclinés, une partie de recouvrement et de fixation cons-

tituée par un rabat 27 ou 27'.

De même, la portion de paroi 25 comporte sur l'un de ses côtés laté-

raux une partie de recouvrement constituée par un rabat 28. Les portions de paroi 24', 25 et 26 sont séparées les unes des autres

par des lignes de pliage de direction longitudinale.

Sur la figure 11, on a représenté deux sections 21 successives de la pièce annulaire 28 qui ont été mises en forme et assemblées par pliage des portions de paroi 24, 24' et 25 autour des lignes de pliage longitudinales et par rabattement de la partie de recouvrement 26 contre la face extérieure de

la portion de paroi 24 pliée sensiblement à 90 par rapport à la partie de pa-

roi emboutie 22. L'assemblage et la fixation de la section 21 de la pièce an-

nulaire 18 peuvent être réalisés en mettant en appui élastique par poussée,

dans une direction transversale, la partie de recouvrement 26 contre la por-

tion de paroi 24. La partie de recouvrement 26 et la portion de paroi 24 en contact élastique sont parfaitement plaquées l'une contre l'autre, de sorte qu'on peut réaliser l'assemblage de la section 21 de la pièce annulaire 18 par soudage en transparence en utilisant un faisceau laser pour réaliser des

points ou des lignes de soudure dans l'épaisseur des parois 26 et 24.

Comme représenté sur la figure 11, on réalise ensuite un pliage sui-

vant la ligne de pliage séparant les deux zones embouties successives 22, de manière à engager les rabats 27 et 27' de portions de paroi 24 et 24' à

l'intérieur des parties d'extrémité longitudinales d'autres portions de paroi.

On peut prévoir des zones embouties de réception des rabats 27 et 27' dans les parties d'extrémité longitudinales des portions de paroi 24 et 24' de la section 21 situées de manière adjacente à la section comportant des rabats 27 et 27'. Les rabats 27 et 27' sont repliés légèrement vers l'extérieur de

manière à venir en appui élastique à l'intérieur des zones embouties d'ex-

trémité des parois 24 et 24' de la section 21 voisine de la section comportant les rabats 27 et 27', lors de l'engagement obtenu par pivotement des deux sections 21 I'une par rapport à l'autre autour de la ligne de pliage séparant

les deux zones 22.

De même, le rabat 28 vient s'engager dans une zone emboutie de la portion de paroi 25 de la section voisine de la section comportant le rabat

28. Lors de son engagement, le rabat 28 est légèrement replié vers l'inté-

rieur de la pièce annulaire 18, de manière à venir en appui élastique contre la partie d'extrémité de la portion de paroi 25.

Les rabats 27, 27' et 28 maintenus en appui élastique contre les par-

ties d'engagement des parois de la section 21 voisine, pendant le soudage d'assemblage. On réalise, par l'extérieur de la structure 18 de forme tubulaire les soudures des rabats 27, 27' et 28 des sections successives 21 du dispositif après pliage suivant la ligne de pliage séparant deux sections embouties 22 successives. Le soudage peut être réalisé en transparence par un faisceau laser,

les rabats étant parfaitement maintenus en contact avec les parties d'extré-

mité des parois d'une section 21 voisine, par rappel élastique. On peut favo-

riser le contact entre les parties d'extrémité des parois et les rabats en exer-

çant une pression ou un pincement sur les parois, dans le sens allant de

l'extérieur vers l'intérieur de la structure de forme tubulaire.

Sur la figure 12, on a représenté les différentes lignes ou points de soudage au laser 29, 30 permettant d'assembler deux sections successives de forme tubulaire et d'assembler entre elles, par leur extrémité commune,

ces deux sections successives.

De manière préférentielle, on détermine par le calcul, en effectuant

une simulation numérique du chargement en service de l'élément de struc-

ture, les zones de l'élément de structure o la concentration des contraintes

est la plus faible. On effectue les points ou lignes de soudure dans ces zo-

nes déterminées par le calcul.

Ces points ou lignes de soudure sont généralement réalisées en

transparence par un laser mais il peut être possible d'effectuer, dans cer-

tains cas, des soudures suivant les bords rapportés l'un contre l'autre d'une partie de raccordement et d'une portion de paroi en appui élastique l'une contre l'autre, cette méthode de soudage étant désignée comme soudage à clin. Il est possible d'obtenir une très bonne précision dimensionnelle de

l'élément de structure, cette précision dimensionnelle dépendant en particu-

lier de la précision avec laquelle sont réalisés le découpage et le pliage de la

plaque métallique ainsi que de la position d'immobilisation de la ou des par-

ties de recouvrement et des portions de paroi, au cours du soudage. La pré- cision de positionnement au cours du soudage peut être obtenue facilement, du fait qu'il suffit d'assurer le positionnement de l'une des deux parois à fixer par soudage, la seconde paroi étant plaquée par rappel élastique contre la

première paroi.

Le montage peut être effectué sans gabarit à l'intérieur de la structure tubulaire de l'élément, ce qui permet de réaliser des éléments dans lesquels la section transversale de la structure tubulaire est variable. Le maintien des portions de paroi à souder pendant le soudage peut être effectué par des

dispositifs mécaniques simples tels que des pinces ou serre-joints.

La réalisation d'éléments de structure de forme très complexe est possible, en particulier en utilisant des logiciels de conception permettant

d'optimiser le tracé de la pièce métallique et de ses lignes de pliage.

Dans le cas d'éléments de structure de grandes dimensions, on peut réaliser l'élément de structure à partir de plusieurs plaques métalliques, les

différentes pièces obtenues par pliage et assemblage des différentes pla-

ques métalliques étant ensuite assemblées par des opérations de soudage mettant en oeuvre des parties de recouvrement et/ou des parois en appui

élastique les unes contre les autres.

Il est possible de fabriquer des pièces de structure extrêmement ri-

gide à partir de tôles minces, du fait de l'effet de raidissement obtenu par le soudage d'une partie de recouvrement sur un élément de paroi ou une autre

partie de recouvrement de l'élément de structure. Certaines parties de l'élé-

ment de structure peuvent être renforcées par superposition d'un élément de recouvrement à une portion de paroi, la partie de recouvrement et la portion

de paroi étant immobilisées par soudage, par exemple en transparence.

On peut ainsi fabriquer des éléments de structure ayant des épais-

seurs de paroi allant de 0,05 à 1 mm, ce qui est difficilement concevable dans la fabrication d'éléments de structure de forme générale tubulaire à

section polygonale, à partir de profilés.

Comme indiqué plus haut, il est également possible de réaliser des

structures extrêmement rigides et résistantes en utilisant des plaques métal-

liques d'une épaisseur supérieure à 1 mm et pouvant aller jusqu'aux épaisseurs maximales concevables avec les moyens de découpage et de pliage

dont on dispose pour la fabrication de l'élément de structure.

Le procédé de l'invention permet de fabriquer des éléments de struc-

ture en des métaux quelconques et en particulier des éléments de structure

en des métaux difficilement soudables tels que l'aluminium et ses alliages.

Les applications possibles du procédé suivant l'invention et les élé-

ments de structure qui peuvent être obtenus sont extrêmement nombreux.

On énumérera ci-dessous quelques applications possibles du procé-

dé suivant l'invention et les éléments de structure réalisés par pliage dans

différents domaines de l'industrie. Cette énumération n'est toutefois pas li-

mitative. Les éléments de structure suivant l'invention sont caractérisés par une forme générale tubulaire de préférence à section polygonale, l'élément

de structure pouvant comporter des parties courbes qui peuvent être obte-

nues par emboutissage de certaines parties de la plaque métallique, avant l'opération de pliage, cette opération d'emboutissage pouvant être effectuée

avant ou après le découpage de la plaque métallique.

Les éléments de structure suivant l'invention de forme générale tubu-

laire et à section transversale polygonale sont caractérisés en ce qu'ils com-

portent une pluralité de portions de paroi, dans des dispositions angulaires l'une par rapport à l'autre, séparées par des lignes de pliage d'une même plaque métallique et au moins une partie complémentaire de recouvrement et de fixation superposée et fixée par au moins une ligne ou un point de soudage en recouvrement, à l'une au moins d'une portion de paroi et d'une seconde partie de recouvrement, I'ensemble de l'élément de structure étant

assemblé et rigidifié, uniquement par l'au moins un point ou ligne de sou-

dage de l'au moins un élément de recouvrement en position superposée et

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en appui élastique sur l'une au moins de la portion de paroi et de la seconde

partie de recouvrement et de fixation.

Les éléments de structure suivant l'invention utilisés dans l'industrie du bâtiment peuvent être par exemple des cadres constituant des parties ouvrantes ou dormantes d'huisserie et en particulier des portes ou fenêtres. Ces cadres peuvent comporter des côtés de forme tubulaire de section transversale de formes variées, pour obtenir un effet décoratif. Ces cadres,

en particulier lorsqu'ils constituent des portes, peuvent comporter un pare-

ment de forme galbée et, de manière générale, présenter des parties cour-

bes. Un élément de structure suivant l'invention utilisé dans le bâtiment peut

être également un encadrement d'un double vitrage pour portes ou fenêtres.

Dans cette application, une structure réalisée à partir d'une plaque métalli-

que pliée et assemblée par soudage présente des avantages importants par rapport aux encadrements de type classique constitués par des profilés de

forme carrée pliés à angle droit suivant les angles du cadre de double vi-

trage. Dans de tels cadres suivant l'art antérieur, la section du profilé est fortement modifiée par le pliage qui se traduit également par des plis

d'adaptation sur la surface du profilé.

Des éléments de structure suivant l'invention peuvent être utilisés pour la construction de boîtiers de dispositifs électriques par exemple

comme cadres de portes d'armoires ou boîtiers électriques.

Dans le domaine des machines d'imprimerie, les éléments de struc-

ture suivant l'invention peuvent être utilisés comme cadres de sérigraphie.

L'invention peut également connaître de nombreuses applications dans le domaine de la construction automobile, navale et aéronautique, des

éléments de structure suivant l'invention pouvant être utilisés pour la réalisa-

tion de coques ou châssis de véhicules et en particulier de structures résis-

tantes en cage d'écureuil pouvant comporter des tôles d'habillage.

Des éléments de structure suivant l'invention peuvent être également

utilisés dans la réalisation de cellules et en particulier de fuselages d'avion.

Dans ces applications, et en particulier dans le cas des applications aéro-

nautiques, on peut réaliser facilement des éléments de structure en alliages

léger difficilement soudables tels que les alliages d'aluminium ou de titane.

De manière générale, des éléments de structure suivant l'invention

peuvent être utilisés en remplacement de structures de forme complexe réa-

lisées à partir de profilés de forme inhabituelle.

Les réalisations suivant l'invention permettent d'éviter la fabrication de tels profilés coûteux. De manière générale, dans le domaine de la construction métallique, les éléments de structure suivant l'invention trouvent des applications comme armatures ou structures de maintien devant présenter une très grande rigidité et une très grande résistance et éventuellement une masse

réduite.

En particulier, les éléments de structure suivant l'invention peuvent

être constitués par des profilés courbes, à section polygonale éventuelle-

ment variable, ou de structures en forme de cadre ou anneau à section creuse. Les éléments de structure suivant l'invention peuvent être également utilisés comme échangeurs de chaleur, par exemple des radiateurs ou des

convecteurs de chauffage.

Dans certains cas, la structure tubulaire réalisée suivant l'invention devra être fermée de manière étanche. Dans ce cas, on réalisera des lignes de soudage continues entre les parties de recouvrement et les portions de

parois et éventuellement entre certaines portions de parois.

L'invention ne se limite pas strictement aux modes de mise en oeuvre

qui ont été décrits dans deux cas particuliers.

La ou les plaques métalliques utilisées pour fabriquer l'élément de

structure suivant l'invention peuvent être en acier, en particulier en acier in-

oxydable, ou en tout autre alliage ferreux ou encore en alliage non ferreux,

par exemple en alliage d'aluminium.

Le soudage peut être réalisé par un procédé différent du procédé de soudage par faisceau laser, bien que ce procédé présente des avantages

qui ont été mentionnés plus haut.

Le procédé suivant l'invention peut être utilisé pour fabriquer des élé-

ments différents de cadres ou de pièces annulaires à structure tubulaire.

Le procédé suivant l'invention peut être utilisé pour la fabrication de

pièces de forme générale tubulaire à section polygonale qui ne sont pas re-

fermées sur elles-mêmes comme les cadres ou pièces annulaires.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1.- Procédé de fabrication d'un élément de structure ayant une paroi métallique de forme générale tubulaire, caractérisé par le fait: - qu'on découpe, dans une feuille en matériau métallique, au moins une plaque plane (14, 20) comportant une partie principale ayant la forme développée de la paroi de l'élément de structure (11, 18) et au moins une partie complémentaire de recouvrement et de fixation, - qu'on plie la plaque découpée selon une pluralité de lignes de façon à former la paroi de l'élément de structure (11, 18) à partir de portions pliées de la partie principale de la plaque découpée (14, 20), et

- qu'on fixe par soudage l'au moins une partie complémentaire de re-

couvrement et de fixation sur l'une au moins d'une portion pliée de la paroi de l'élément de structure (11, 18) ou d'une seconde partie de recouvrement, l'au moins une partie complémentaire de recouvrement et la portion pliée de la paroi ou la seconde partie de recouvrement étant maintenues en appui

élastique l'une sur l'autre.

2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on

réalise préalablement au pliage de la plaque découpée (14, 20), I'emboutis-

sage d'au moins une zone (22) de la plaque métallique (14, 20).

3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, ca-

ractérisé par le fait que le soudage est réalisé à l'aide d'un faisceau laser et

de préférence en transparence à travers la partie complémentaire de recou-

vrement et de fixation et l'une au moins de la portion pliée d'une paroi de

l'élément de structure (11, 18) et d'une seconde partie de recouvrement.

4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca-

ractérisé par le fait que la feuille en matériau métallique présente une épais-

seur comprise entre 0,05 et 1 mm.

5.- Elément de structure ayant une paroi métallique de forme géné-

rale tubulaire à section transversale polygonale, caractérisé par le fait qu'il

comporte une pluralité de portions de paroi (24, 24', 25, 26), dans des dis-

positions angulaires l'une par rapport à l'autre, séparées par des lignes de

pliage d'une même plaque métallique (20) et au moins une partie complé-

mentaire de recouvrement et de fixation (17, 27, 27', 28) superposée et fixée par au moins une ligne ou un point de soudage (29, 30) en recouvrement, à

l'une au moins d'une portion de paroi (24, 24', 25, 26) et d'une seconde par-

tie de recouvrement de l'élément, I'ensemble de l'élément de structure (11, 18) étant assemblé et rigidifié, uniquement par l'au moins un point ou ligne de soudage (29, 30) de l'au moins un élément de recouvrement en position superposée et en appui élastique sur l'une au moins de la portion de paroi et

de la seconde partie de recouvrement et de fixation.

6.- Elément de structure suivant la revendication 5, caractérisé par le

fait qu'il constitue tout ou partie de l'un des éléments suivants: cadre d'huis-

serie pour le bâtiment, porte, fenêtre, encadrement de double vitrage, cadre

ou porte d'armoire et de boîtier électrique, cadre de sérigraphie pour ma-

chine d'imprimerie, pièce de structure pour la construction automobile, na-

vale ou aéronautique, coque, châssis de véhicule automobile, cellule, fuse-

lage d'avion, structure résistante en cage d'écureuil pour véhicule automo-

bile, armature et structure de maintien pour la construction métallique, profilé courbe complexe à section polygonale, pièce annulaire à section creuse

polygonale, élément d'échangeur de chaleur.