Brevet FR2907040A1 — publié le 20080418

La présente invention est relative à l'assemblage d'éléments à double peau pour la réalisation d'une structure telle qu'une caisse de véhicule ferroviaire. Les caisses de véhicules ferroviaires sont souvent constituées d'éléments de structure à double peau assemblés par soudage dans des zones de jonction. Ces zones de jonction comportent au moins une ligne de soudage pour la peau intérieure et une ligne de soudage pour la peau extérieure. Pour réaliser ces lignes de soudage, il est donc nécessaire de pouvoir effectuer un soudage d'un côté de l'élément de la structure et de l'autre côté de l'élément de la structure. Lorsque ces structures sont des structures généralement tubulaires comme c'est le cas pour un élément de caisse de véhicule ferroviaire, il est nécessaire de pouvoir réaliser une soudure sur une paroi interne de la structure tubulaire. Du fait de cette disposition à l'intérieur d'une structure tubulaire, il est difficile de réaliser ce soudage à l'aide d'installations de soudage tels que des robots de soudage se déplaçant sur des bancs de soudage. En effet, pour pouvoir réaliser de tels soudages il serait nécessaire de pouvoir disposer des bancs de soudage à l'intérieur de la structure tubulaire, ce qui en général n'est pas possible. De ce fait, seules les soudures extérieures peuvent être réalisées à l'aide de bancs de soudage. Les soudures internes ne peuvent être réalisées que par des moyens manuels beaucoup moins commodes et excluent certaines techniques de soudage, en particulier le soudage par friction malaxage des éléments à double peau en alliages légers, qui permet d'assembler des éléments plus minces et de constituer des structures plus légères. Le procédé de soudage par friction malaxage consiste à utiliser un outil de forme cylindrique qui tourne et qu'on applique dans la zone de jonction entre les deux éléments à souder. La friction de cet outil sur les éléments à souder les chauffe dans la zone de jonction, ce qui permet à l'outil de soudage de pénétrer et de se déplacer le long de la zone de liaison 2907040 2 en assurant le malaxage du matériau à l'avant de l'outils et la resolidification du matériau à l'arrière de l'outil, ce qui assure le soudage des deux éléments. Cette technique qui nécessite de disposer de moyens pour déplacer la 5 tête de soudage en exerçant des efforts significatifs sur la structure à souder est, de ce fait, plus difficile à mettre en oeuvre dans les structures fermées. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un moyen permettant de réaliser des structures constituées d'éléments à double peau, en particulier des structures de forme 10 généralement tubulaire telles que des éléments de caisse de véhicule ferroviaire, assemblés par soudage à l'aide de bancs de soudage. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'assemblage d'une structure comportant un intérieur et un extérieur constituée d'une pluralité d'éléments à double peau, adjacents deux à deux, coopérant le long d'une 15 zone de jonction longitudinale, chaque élément comportant une peau intérieure orientée vers l'intérieur de la structure et une peau extérieure orientée vers l'extérieur de la structure, caractérisé en ce que : - on fait coopérer deux éléments adjacents le long d'une ligne de jonction des peaux intérieures en laissant un accès libre à la ligne de 20 jonction, depuis l'extérieur de la structure, à travers une ouverture s'étendant le long de la ligne de jonction, - on assemble par soudage les deux peaux intérieures le long de la ligne de jonction à l'aide d'un robot de soudage disposé à l'extérieur de la structure dont la tête de soudage accède à la ligne de jonction à travers 25 l'ouverture s'étendant le long de la ligne de jonction des peaux intérieures et se déplace parallèlement à la ligne de jonction des peaux intérieures, - on referme l'ouverture par une plaque de fermeture externe qu'on soude à chaque élément adjacent le long de lignes de jonction extérieures en utilisant un robot de soudage disposé à l'extérieur de la structure et se 30 déplaçant parallèlement aux lignes de jonction extérieures. 2907040 3 De préférence, le long de la ligne de jonction des peaux intérieures, les bords des peaux intérieures ont des formes convexes et concaves complémentaires qui s'emboîtent de façon à faciliter le positionnement des éléments l'un par rapport à l'autre. 5 De préférence, les assemblages sont effectués par soudage par friction malaxage. De préférence, l'assemblage des peaux intérieures est effectué par soudage par friction malaxage à double épaulement. De préférence, la structure est généralement tubulaire et constitue, 10 par exemple, un corps de caisse de véhicule ferroviaire. Deux éléments à double peau adjacents, assemblées par soudage depuis l'extérieur, sont par exemple d'une part un élément à double peau constituant une paroi latérale et d'autre part un profilé constituant le châssis d'une caisse de véhicule ferroviaire, l'élément à double peau constituant la 15 paroi latérale et le profilé à double peau constituant le châssis formant un angle entre eux, la plaque de fermeture externe étant soudée d'une part à la peau externe de l'élément à double peau constituant une paroi latérale et d'autre part à des nervures du profilé à double peau constituant le châssis. L'invention concerne également un corps de caisse de véhicule 20 ferroviaire comprenant au moins un élément à double peau constituant une paroi latérale assemblé à un profilé à double peau constituant un châssis comportant des nervures latérales, l'élément à double peau constituant une paroi latérale et le profilé à double peau constituant un châssis formant entre eux un angle, l'élément à double peau et le profilé à double peau étant 25 assemblés par soudage le long d'une ligne de jonction des peaux intérieures et par soudage d'une plaque de fermeture externe soudée d'une part à la peau externe de l'élément double peau constituant une paroi latérale et d'autre part a des nervures latérales du profilé à double peau constituant un châssis. 30 De préférence, le soudage est effectué par friction malaxage. 2907040 4 L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise mais non limitative, en regard des figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 et une vue schématique en perspective d'une caisse de véhicule ferroviaire en cours d'assemblage à l'aide d'un robot de soudage ; 5 - la figure 2 est une vue en coupe d'une jonction des peaux intérieures d'un élément de paroi latérale et d'un élément de châssis d'une caisse de véhicule ferroviaire ; - la figure 3 est une vue en coupe de la jonction représentée à la figure 2 complétée par une plaque de fermeture externe. 10 La caisse de véhicule ferroviaire, repérée généralement par 1, à la figure 1, est une structure de forme généralement tubulaire comportant deux parois latérales 2, 2', un châssis inférieur 3, et un toit 4, assemblés le long de zones de jonction longitudinales par rapport à la caisse de véhicule ferroviaire. En particulier, la paroi latérale 2 et le châssis 3 sont assemblés le 15 long d'une zone de jonction longitudinale 5 située à la partie inférieure de la paroi latérale 2 et le long de la bordure latérale du châssis 3. Les parois latérales 2 et 2', ainsi que le châssis 3 sont constitués de panneaux ou éléments à double peau, comportant deux peaux reliées par des nervures de jonction. De tels éléments à double peau sont connus en 20 eux-mêmes et sont constitués, par exemple, de profilés obtenus par extrusion d'alliages légers. La jonction entre la paroi latérale 2 et le châssis 3 le long de la zone de jonction longitudinale 5 est réalisée par soudage en réalisant une liaison soudée 6 constituée d'un ou de plusieurs cordons de soudage comme cela 25 sera expliqué plus loin, réalisés à l'aide d'un robot de soudage 7 comportant une tête de soudage 8, portée par un bras 7'. Le robot 7 est monté mobile sur un rail de guidage 9 situé à l'extérieur de la structure tubulaire qui constitue la caisse de véhicule ferroviaire et se déplace le long du rail de guidage 9. 30 On va maintenant décrire l'assemblage d'un élément double peau constituant une paroi latérale 2 de la caisse de véhicule ferroviaire avec un 2907040 5 élément double peau 3 qui est un profilé constituant le châssis de la caisse de véhicule ferroviaire. L'assemblage par soudage de ces éléments en alliage léger est réalisé par le procédé de soudage par friction malaxage connu en lui-même. 5 La face latérale, repérée généralement par 2, à la figure 2, est constituée d'un élément à double peau 20 qui est un profilé obtenu par exemple par extrusion d'alliage léger. Cet élément 20 comporte une peau interne 21, orientée vers l'intérieur de la caisse du véhicule ferroviaire, et une peau externe 22 orientée vers l'extérieur de la caisse de véhicule ferroviaire. 10 Les peaux, interne 21 et externe 22, sont reliées entre elles par l'intermédiaire de nervures 23 qui constituent des entretoises. Le châssis, repéré généralement par 3, est constitué d'un élément à double peau qui est un profilé 30, comprenant une peau intérieure 31 qui constitue le plancher du véhicule ferroviaire, et une peau extérieure 32. Les 15 deux peaux, intérieure 31 et extérieure 32, sont reliées entre elles par des nervures 33. Le profilé 30 est délimité par des nervures latérales 34 et 35 superposées selon l'épaisseur du profilé 30. L'élément à double peau 20 constituant la paroi latérale 2 de la caisse de véhicule ferroviaire et la peau intérieure 31 du profilé constituant le 20 châssis 3 coopèrent par l'intermédiaire de bords 24 et 36 des peaux intérieures de l'élément 20 et du profilé 30, respectivement, le long d'une ligne de jonction intérieure 29. Les bords 24 et 36 de l'élément 20 et du profilé 30, respectivement, sont conformés de façon à présenter des formes concaves et convexes 25 complémentaires 25 et 37 respectivement qui s'emboîtent l'une dans l'autre de façon à faciliter le positionnement relatif de l'élément à double peau 20 et du profilé à double peau 30. La peau externe 22 de l'élément à double peau 20 est interrompue à sa partie inférieure par un bord 26 conformé de façon à former une rainure 30 27 s'étendant longitudinalement par rapport à la caisse du véhicule ferroviaire. 2907040 6 Le bord 26 est parallèle à la ligne de jonction 29 entre le bord 24 et le bord 36 des peaux internes 21 et 31 de l'élément à double peau 20 et du profilé à double peau 30. Ce bord 26 de la peau externe 22 de l'élément double peau 20 est positionné de façon à laisser un espace libre 40 entre 5 l'élément à double peau 20 constituant la paroi latérale 2 de la caisse de véhicule ferroviaire s'étendant généralement verticalement, et le profilé à double peau 31 constituant le châssis 3 du véhicule ferroviaire, s'étendant généralement horizontalement. L'élément à double peau 20 et le profilé à double peau 30 sont 10 conformés dans leur zone de liaison de façon à ce que l'espace laissé libre 40 soit suffisamment important pour permettre le passage d'une tête de soudage 8. Pour assembler l'élément à double peau 20 et le profilé à double peau 30, on les disposes l'un par rapport à l'autre de façon à ce que leurs peaux 15 intérieures coopèrent par leurs bords 24 et 36 en laissant libre l'espace 40. Lorsqu'ils sont ainsi disposés, on effectue le soudage à l'aide d'un robot de soudage dont la tête 8 pénètre jusqu'à la ligne de jonction 29 à travers l'ouverture 40. La tête de soudage 8, portée par un robot 7 se déplaçant 20 longitudinalement le long de la caisse de véhicule ferroviaire à l'extérieur de celle-ci, est une tête de soudage par friction malaxage à double épaulement connue en elle-même dont les deux épaulements 81 et 82 enserrent les peaux internes 21 et 31 de la structure dans leur zone de liaison. Le déplacement de la tête de soudage 8 assure le soudage par friction 25 malaxage des deux peaux. La tête de soudage étant à double épaulement, la liaison obtenue est d'excellente qualité En particulier, la ligne de soudure est particulièrement lisse. On obtient ainsi une liaison ayant de très bonnes caractéristiques mécaniques. De plus, le procédé à double épaulement ne produit pas d'effort sur les éléments assemblés, ce qui permet de souder des 30 éléments de faible épaisseur sans outillage de maintien. 2907040 7 Une fois les peaux internes 21 et 31 des éléments de la structure assemblées par soudage, on referme l'ouverture 40 à l'aide d'une plaque de fermeture 50 dont un bord supérieur 51 vient s'ajuster dans la rainure 27 du bord inférieur 26 de la peau externe 22 de l'élément à double peau 20 5 constituant la paroi latérale 2, et qui vient en appui sur les nervures latérales 34 et 35 du profilé à double peau 30 constituant le châssis 3. La plaque de fermeture 50 est assemblée avec les éléments à double peau 20 et 30 le long de lignes de jonctions longitudinales. Une ligne de jonction 52 correspond à la jonction entre la peau extérieure 22 de l'élément 10 20 et la plaque de fermeture 50. Deux autres lignes de jonction 53 correspondent au contact de la plaque de fermeture 50 et des deux nervures latérales 34 et 35 de l'élément à double peau 30. Ces lignes de jonction entre les éléments de structure 20 et 30 et la plaque de fermeture 50 sont accessibles depuis l'extérieur de la caisse de 15 véhicule ferroviaire. Aussi, ces jonctions sont soudées à l'aide du robot soudage déjà utilisé pour souder les peaux intérieures, en utilisant également le procédé de soudage par friction malaxage. En particulier, la jonction supérieure 52 entre la peau externe 22 de l'élément à double peau 20 constituant la paroi latérale et le bord supérieur 20 51 de la plaque de fermeture 50 est réalisée à l'aide d'une tête de soudage à double épaulement 8' de façon à obtenir une soudure de bonne qualité entre ces deux éléments. Les jonctions 53 entre la plaque 50 et le sommet des nervures 34 et 35, qui peuvent être relativement épaisses, sont réalisées par soudure par 25 friction malaxage à simple épaulement à l'aide des têtes de soudage par friction malaxage à simple épaulement 8", connues en elle-même. Dans cet exemple le soudage de la plaque de fermeture 50 sur les têtes des nervures 34 et 35 est effectué par des soudages à simple épaulement mais, si les nervures sont conformées de façon adaptée, ce 30 soudage peut également être réalisé par soudage par friction malaxage à 2907040 8 double épaulement, ce qui peut être favorable, pour la tenue mécanique de l'ensemble. Ce soudage qui est adapté notamment à l'assemblage de deux éléments de structure qui forment entre eux un angle important, peut être 5 utilisé pour assembler l'ensemble des panneaux qui constituent une caisse de véhicule ferroviaire, par exemple les parois latérales et le toit. Ce procédé de soudage qui consiste à souder d'abord les peaux intérieures depuis l'extérieur, en laissant une zone d'accès pour une tête de soudage depuis l'extérieur puis à refermer l'espace laissé libre par des 10 plaques disposées vers l'extérieur de la caisse de véhicule ferroviaire, a l'avantage de permettre de réaliser la fabrication à l'aide d'un banc de soudage fixe près duquel on vient disposer les éléments de caisse de véhicule ferroviaire que l'on peut ainsi souder aisément. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assemblage d'une structure (1) comportant un intérieur et un extérieur constituée d'une pluralité d'éléments à double peau (20, 30), adjacents deux à deux, coopérant le long d'une zone de jonction (5) longitudinale, chaque élément (20, 30) comportant une peau intérieure (21, 31) orientée vers l'intérieur de la structure et une peau extérieure (22, 32) orientée vers l'extérieur de la structure, caractérisé en ce que : -on fait coopérer deux éléments adjacents (20, 30) le long d'une ligne de jonction (29) des peaux intérieures (21, 31) en laissant un accès libre à la ligne de jonction, depuis l'extérieur de la structure, à travers une ouverture (40) s'étendant le long de la ligne de jonction, - on assemble par soudage les deux peaux intérieures (21, 31) le long de la ligne de jonction à l'aide d'un robot de soudage (7) disposé à l'extérieur de la structure dont la tête de soudage (8) accède à la ligne de jonction à travers l'ouverture (40) s'étendant le long de ligne de jonction et se déplace parallèlement à la ligne de jonction (29) des peaux intérieures ; et - on referme l'ouverture (40) par une plaque de fermeture externe (50) qu'on soude à chaque élément adjacent (20, 30) le long de lignes de jonction (52, 53) en utilisant un robot de soudage disposé à l'extérieur de la structure et se déplaçant parallèlement aux lignes de jonction. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le long de la ligne de jonction (29) des peaux intérieures (21, 31), les bords (24, 36) des peaux intérieures (21, 31) ont des formes convexes (25) et concaves (37) complémentaires qui s'emboîtent. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les assemblages sont effectués par soudage par friction malaxage. 2907040 10 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que au moins l'assemblage des peaux intérieures (21, 31) est effectué par soudage par friction malaxage à double épaulement. 5 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la structure (1) est généralement tubulaire. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la structure (1) est un corps de caisse de véhicule ferroviaire. 10 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que deux éléments à double peau (20, 30) adjacents, assemblées par soudage depuis l'extérieur, sont d'une part un élément à double peau (20) constituant une paroi latérale (2) et d'autre part un profilé (30) constituant le châssis de la 15 caisse de véhicule ferroviaire, l'élément à double peau constituant la paroi latérale et le profilé à double peau constituant le châssis, formant entre eux un angle, la plaque de fermeture externe (50) étant soudée d'une part à la peau externe (22) de l'élément à double peau (20) constituant une paroi latérale et d'autre part à des nervures (34, 35) du profilé à double peau (30) 20 constituant le châssis. 8.- Corps de caisse de véhicule ferroviaire (1) comprenant au moins un élément à double peau (20) constituant une paroi latérale (2) assemblé à un profilé à double peau (30) constituant un châssis (3), comportant des 25 nervures latérales (34, 35), l'élément à double peau (20) constituant une paroi latérale et le profilé à double peau (30) constituant un châssis formant entre eux un angle, caractérisé en ce que l'élément à double peau (20) et le profilé à double peau (30) sont assemblés par soudage le long d'une ligne de jonction (29) des peaux intérieures (21, 31) et par soudage d'une plaque de 30 fermeture externe (50) soudée d'une part à la peau externe (22) de l'élément 2907040 11 double peau (20) constituant une paroi latérale et d'autre part a des nervures latérales (34, 35) du profilé à double peau (30) constituant un châssis. 9.- Corps de caisse selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 5 soudage est effectué par friction malaxage.