ES2259444T3

ES2259444T3 - Estructura metalica de emparedado con puntos duros enterizos.

Info

Publication number: ES2259444T3
Application number: ES96945940T
Authority: ES
Inventors: Frederick W. Buldhaupt; John R. Fischer; Matthew G. Kistner; Jeffrey D. Will
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2006-10-01
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: US6508394B1; DE69629398T2; EP0912266B1; EP0912266A1; EP0923452B1; US6419146B1; DE69636148T2; ES2205075T3; EP0923452A2; WO1997027970A1; DE69629398D1; EP0912266A4; US20030049482A1; EP0923452A4; US6656603B2; DE69636148D1; WO1997027045A2

Abstract

SE DESCRIBE UNA ESTRUCTURA EN EMPAREDADO, UNIDA POR DIFUSION Y FORMADA DE MANERA SUPERPLASTICA, QUE TIENE PUNTOS DUROS METALICOS INTEGRALES, QUE SE REALIZAN UNIENDO ENTRE SI DOS CHAPAS DE NUCLEO METALICO SUPERPLASTICO EN UN NUCLEO POR SOLDADURA O UNION POR DIFUSION, SIGUIENDO UN DIBUJO DE LINEAS QUE FORMAN LINEAS DE UNION ENTRE LAS CHAPAS DEL NUCLEO CUANDO EL PAQUETE SE INFLA POR PRESION DE GAS A TEMPERATURAS SUPERPLASTICAS. LAS CHAPAS DE CARA SE COLOCAN DEBAJO Y ENCIMA DEL PAQUETE DE NUCLEO Y SE INTERPONEN UNOS INSERTOS METALICOS ENTRE LAS CHAPAS DE CARA Y EL NUCLEO. TODAS LAS CHAPAS DEL CONJUNTO SE SELLAN ENTRE SI ALREDEDOR DE UN BORDE PERIFERICO EXTERIOR A FIN DE CREAR UNA ENVOLTURA ESTANCA A LOS GASES. EL CONJUNTO SE CALIENTA A TEMPERATURAS SUPERPLASTICAS EN UNA CAVIDAD DE UN MOLDE, Y LAS CHAPAS SUPERIOR E INFERIOR DE CARA SE UNEN POR DIFUSION A LA SUPERFICIE SUPERIOR E INFERIOR DEL INSERTO METALICO, POR APLICACION DE CALOR Y PRESION DESDE LAS SUPERFICIES INTERIORES, SUPERIOR E INFERIOR, DE LA CAVIDAD DEL MOLDE. MIENTRAS SE ESTA A TEMPERATURAS SUPERPLASTICAS, EL PAQUETE SE INFLA POR PRESION DEL GAS CONTRA LAS SUPERFICIES INTERIORES DE UN TROQUEL PARA FORMAR UNA ESTRUCTURA EXPANDIDA EN FORMA DE EMPAREDADO METALICO CON REFUERZOS INTEGRALES Y PUNTOS DUROS INTEGRALES FORMADOS POR EL INSERTO METALICO. DESPUES DE CONFORMACION, LA PRESION DEL GAS SE REDUCE A CERCA DE LA ATMOSFERICA, SE ABRE EL TROQUEL Y LA PIEZA SE RETIRA DEL MISMO.

Description

Estructura metálica de emparedado con puntos duros enterizos.

Este invento fue expuesto en parte en la Solicitud de Patente Provisional Nº 60/010.033 titulada
"Multisheet Sandwich Structures" ("Estructuras Sandwich de Múltiples Hojas"), presentada con fecha 12 de enero de 1996 por Fred Buldhaupt, Dave Gane, Matt Kistner y Jeff Will.

Este invento se refiere a puntos fuertes en estructuras sandwich de múltiples hojas conformadas por superplasticidad, y más en particular a puntos fuertes integrales unidos a, y que unen a, las hojas de las caras superior e inferior de una estructura sandwich metálica unida por difusión, conformadas por superplasticidad, mediante los cuales se puede unir la estructura sandwich a estructuras adyacentes, a pivotes, actuadores, y similares.

Antecedentes del invento

Las estructuras sandwich metálicas expandidas de múltiples hojas, fabricadas por conformación por superplasticidad (SPF) y por unión por difusión, se han venido usando durante muchos años, en particular en la industria aeroespacial, debido a su bajo coste, buena resistencia y rigidez por unidad de peso, y resistencia a las altas temperaturas. En el pasado se han desarrollado varios procesos para fabricar estas estructuras, con diversos grados de éxito, y recientemente se han mejorado esos procesos para hacer posible la fabricación de estas estructuras sandwich metálicas de una calidad, fiabilidad y eficacia excepcionales. Los nuevos procesos se han descrito en la Solicitud de Patente Provisional Nº 60/010.033, titulada
"Multisheet Sandwich Structures", presentada con fecha 12 de enero de 1996 por Fred Buldhaupt, Dave Gane, Matt Kistner y Jeff Will.

Un problema persistente, con el que se ha tropezado en el uso de estas estructuras sandwich metálicas es el de la conexión de las mismas con una adecuada capacidad de transferencia de la carga a la estructura adyacente, en cuyo conjunto las mismas constituyen una parte. Las hojas de las caras superior e inferior de la estructura sandwich son típicamente hojas de titanio delgadas, que no pueden soportar la aplicación de fuerzas concentradas en un solo punto, como ocurriría si se uniera esa parte mediante tornillos para chapa metálica, o pernos, o similares. Además, el agujero que tal elemento de sujeción haría en el metal de la hoja debilitaría aún más el metal de la hoja y facilitaría la iniciación de grietas en un ambiente de vibraciones o de fatigas de otra clase.

El uso de pernos u otros elementos de sujeción de ese tipo requiere frecuentemente que el elemento de sujeción sea apretado hasta un estado de tensión, para conseguir una conexión segura plenamente resistente. El uso de tales elementos de sujeción con estructuras sandwich metálicas usuales es difícil, debido a que la necesaria precarga de tensión ejerce una fuerza de aplastamiento sobre la estructura sandwich, que tiende a aplastarla, dañando la pieza y haciendo que se pierda la necesaria precarga del elemento de sujeción.

Las estructuras sandwich metálicas tienen importantes aplicaciones en las estructuras aerodinámicas para aviones, misiles y similares. Para fines de rendimiento aerodinámico y/o sección transversal de radar reducida, se requiere frecuentemente que las cabezas de los elementos de sujeción para tales estructuras sean embutidas en un agüero escariado o avellanado para que queden enrasadas con la superficie de la pieza. Sin embargo, tal rebajado de las cabezas de los elementos de sujeción es difícil o imposible con las técnicas de sujeción usuales para estructuras sandwich metálicas.

El "cerramiento" de una estructura sandwich metálica es la parte de borde periférico que abarca las hojas de las caras superior e inferior. La misma proporciona sellado del borde para la estructura y con frecuencia sería el lugar ideal para sujeción a una estructura adyacente. Sin embargo, las técnicas de cerramiento existentes pueden no proporcionar una estructura de la forma y resistencia deseadas, para que sirva como una estructura de sujeción de borde enrasado, y pueden no proporcionar una forma del borde con una configuración que coincida con la configuración de la estructura adyacente.

En el documento US-4.217.397-A se dan a conocer acoplamientos de borde de refuerzo que comunican rigidez al borde de una estructura sandwich unida por difusión conformada por superplasticidad para una transición suave de las fuerzas de unión entre la estructura y la estructura de soporte. Sin embargo, en el documento US-4.217.397-A no se enseña el uso de puntos fuertes en los cuales se perforen los agujeros para recibir elementos de sujeción mediante los cuales se sujete el panel a la estructura adyacente. Nada se enseña acerca del uso del acoplamiento del borde de refuerzo para perforar agujeros para elementos de sujeción mediante los cuales se pueda unir el panel a una estructura adyacente, y esta estructura conocida está sujeta a los mismos problemas que resuelve el presente invento.

En el documento US-4.351.470-A se da a conocer un panel de dos hojas unidas por difusión, conformado por superplasticidad, que tiene tiras de refuerzo o barras de refuerzo. En el documento US-4.351.470-A no se enseña nada acerca del uso de las tiras o barras de refuerzo como puntos fuertes en los cuales se perforen los agujeros para los elementos de sujeción para unir el panel reforzado a alguna otra estructura. Las tiras y las barras se extienden en toda la longitud del alma para reforzar el panel para hacer que el mismo sea más fuerte en toda su extensión, en vez de producir un punto fuerte en el punto de fijación del panel a la estructura adyacente.

Por consiguiente, se viene sintiendo desde hace largo tiempo una necesidad en la industria, no satisfecha, de una estructura sandwich metálica que tenga puntos fuertes integrales que hagan posible que la estructura sandwich metálica sea sujetada de modo seguro a una estructura adyacente de manera que distribuya las fuerzas de conexión uniformemente en la estructura sandwich metálica, sin ocasionar daños, y proporcionar la posibilidad de embutir las cabezas de los elementos de sujeción enrasadas con la superficie exterior de la pieza.

Sumario del invento

En consecuencia, un objeto de este invento es proporcionar un método para unir una estructura sandwich unida por difusión conformada por superplasticidad a una estructura adyacente. Otro objeto de este invento es proporcionar un método para fabricar una estructura sandwich metálica que tenga puntos fuertes integrales en cualesquiera posiciones deseadas en la estructura, mediante los cuales se pueda conectar la estructura sandwich a estructuras adyacentes en el conjunto, de manera que se distribuyan uniformemente las fuerzas ejercidas por la estructura adyacente sobre la estructura sandwich. Otro objeto más de este invento es proporcionar una estructura sandwich que tenga un punto fuerte integral mediante el cual se pueda conectar la estructura sandwich a una estructura adyacente del conjunto, proporcionando una alta capacidad de transferencia de la carga y tolerancia a la fatiga.

Estos y otros objetos del invento se consiguen

por un método de fabricación de una estructura sandwich unida por difusión conformada por superplasticidad con un punto fuerte metálico integral para la unión de dicha estructura sandwich a otra estructura, que comprende:

unir al menos tres hojas de metal superplástico juntas en un paquete, soldando para ello, o uniendo por difusión a lo largo de un patrón de líneas que formen líneas de unión entre dichas hojas cuando se infle dicho paquete mediante presión de gas, a temperaturas de superplasticidad;

interponer al menos una pieza de inserción de bloque metálico entre al menos dos de dichas hojas, formando dicha pieza de inserción metálica dicho punto fuerte cuando dichas hojas y dicha pieza de inserción sean unidas juntas por difusión a dicha pieza de inserción;

sellar todas las citadas hojas de dicho paquete juntas alrededor de un borde periférico exterior para crear una envuelta estanca a los gases;

calentar dicho paquete a temperaturas de superplasticidad y unir por difusión al menos dos de dichas hojas a superficies superior e inferior de dicha pieza de inserción metálica;

inflar dicho paquete a temperaturas de superplasticidad contra superficies interiores de una estampa mediante inyección de gas a presión a través de una conducción de gas en dicho borde periférico, para formar una estructura sandwich metálica expandida que tenga hojas de caras superior e inferior en contacto con dichas superficies interiores de dicha estampa, y que tenga almas integrales y un punto fuerte integral formado por dicha pieza de inserción de bloque metálica que abarque el espacio entre dichas hojas de las caras y que esté unida por difusión a ellas, acoplándose con ello dichas hojas de caras superior e inferior y proporcionando un camino para la carga entre dichas hojas de las caras a través de dicha pieza de inserción de bloque metálica para las fuerzas ejercidas por los elementos de sujeción que conecten dicha estructura sandwich a dicha otra estructura;

ventilar dicha presión de gas, enfriar dicha estructura sandwich metálica expandida, y retirar dicha estructura sandwich metálica expandida de dicha estampa; y

perforar agujeros en dicha estructura sandwich en alineación con dicha pieza de inserción metálica a través de al menos una de dichas hojas y dentro de dicha pieza de inserción metálica para recibir a dichos elementos de sujeción mediante los cuales se puede unir dicha estructura sandwich a dicha otra estructura.

El presente invento proporciona también una estructura sandwich metálica expandida que tiene almas de refuerzo internas integrales y al menos un punto fuerte metálico integral de acuerdo con la reivindicación 12.

Descripción de los dibujos

El invento y sus muchos objetos y ventajas consiguientes se podrán comprender mejor tras la lectura de la descripción que sigue de las realizaciones preferidas, conjuntamente con los dibujos que siguen, en los que:

La Fig. 1 es una vista en perspectiva, parcialmente en despiece ordenado, de una pieza hecha de una estructura sandwich metálica de acuerdo con este invento;

La Fig. 2 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de las hojas de las caras, el núcleo, y los puntos fuertes, que constituyen el paquete antes de la unión por difusión y de la conformación por superplasticidad en la estructura sandwich metálica representada en la Fig. 1;

La Fig. 3 es una vista en perspectiva, en corte, de una parte de la pieza representada en la Fig. 1;

La Fig. 4 es una vista en perspectiva del paquete de núcleo representado en la Fig. 2;

La Fig. 5 es una vista en perspectiva de una parte del núcleo representado en la Fig. 4, en una forma de parcialmente expandido;

Las Figs. 6A y 6B son dos vistas en perspectiva de un aparato de láser usado para soldar por láser las hojas del paquete de núcleo representado en la Fig. 4;

Las Figs. 7 y 8 son vistas en alzado y en planta, respectivamente, de un aparato de trole representado en las Figs. 6A y 6B para presionar las hojas del paquete de núcleo a contacto íntimo alrededor del punto de soldadura durante la soldadura por láser;

Las Figs. 9A-9G son vistas en perspectiva esquemáticas de un proceso para soldar por láser, usado con este invento;

La Fig. 10 es una vista en alzado, en corte, de una parte de borde de un paquete que está conformado por superplasticidad y unido por difusión para construir la pieza representada en la Fig. 1;

Las Figs. 11A-11E son vistas en alzado esquemáticas del paquete usado para fabricar la pieza representada en la Fig. 1, mostrando varias etapas en el proceso de conformación;

Las Figs. 12A-12C son vistas en alzado, en corte, del paquete de núcleo representado en la Fig. 4, en la región de una de las soldaduras por láser, mostrando varias etapas en la formación de las almas;

Las Figs. 13 y 14 son vistas en alzado, en corte, de almas formadas alrededor de las soldaduras por resistencia y por láser, respectivamente, en un paquete de núcleo;

La Fig. 15 es una vista en perspectiva de una versión de bastidor periférico de una pieza de sandwich metálica, parcialmente recortada para mostrar el espacio interior dentro del panel, mostrándose las
almas;

La Fig. 16 es una vista en perspectiva de una versión de bloque escalonado de una estructura sandwich metálica, de acuerdo con este invento;

Las Figs. 17-19 son vistas en alzado, en corte, en las que se han ilustrado tres etapas de un proceso de pre-adelgazamiento usadas para conformar el núcleo sin excesivo adelgazamiento en las esquinas de las almas;

Las Figs. 20 y 21 son vistas en alzado, en corte, en las que se han representado dos etapas de la formación de una estructura sandwich metálica de núcleo de celosía con un punto fuerte, de acuerdo con este invento; y

Las Figs. 22 y 23 son vistas en alzado, en corte, en las que se han representado dos etapas de variantes del proceso de formación del núcleo de celosía representado en las Figs. 20 y 21.

Descripción de las realizaciones preferidas

Pasando ahora a los dibujos, en los que los números de referencia que sean iguales designan partes que son idénticas o que se corresponden, y más en particular a la Fig. 1 de los mismos, se ha representado una pieza 30 de sandwich metálica unida por difusión conformada por superplasticidad tal como una puerta o tapa de una abertura de acceso hecha de acuerdo con este invento que tiene una hoja de cara o revestimiento superior 32, una hoja de cara o revestimiento inferior 34, espaciada de la hoja de la cara superior 32, y que entre ellas definen un espacio interior abierto. Una pluralidad de almas 36 se extienden entre, y están conectadas integralmente a, los revestimientos superior e inferior 32 y 34, salvando el espacio interior abierto que hay entre ellos. Las almas 36 están preferiblemente dispuestas como se ha indicado, para formar una pluralidad de celdas cuadradas 38, aunque se pueden hacer celdas de otras formas, tales como celdas hexagonales, hechas con almas según un patrón hexagonal, estructuras de jaulas para huevos de tres hojas hechas con soldaduras circulares desplazadas entre dos hojas de cara y una hoja central, y otros diseños de celdas de estructuras metálicas expandidas de múltiples hojas, conocidas.

Un punto fuerte interior 40 está unido integralmente a las hojas de las caras superior e inferior 32 y 34, y acopla las dos hojas de las caras para transferencia de carga entre ellas, y está también unido preferiblemente, aunque no necesariamente, a cuatro almas adyacentes en la estructura de celda cuadrada de cuatro hojas representada en la Fig. 1. Tal como aquí se usa, el término "punto fuerte" significa una estructura para la transferencia de carga, unida a las hojas de las caras superior e inferior en la estructura sandwich, mediante la cual la estructura sandwich puede ser acoplada a otros subconjuntos del conjunto de los cuales constituye la misma una parte. El punto fuerte facilita la distribución de fuerzas entre la estructura sandwich y los otros subconjuntos, de modo que la estructura sandwich pueda ser conectada y moverse con relación al conjunto, sin sobrecargar localizadamente la estructura sandwich en el punto de conexión. Uniendo el punto fuerte 40 a las hojas de las caras superior e inferior 32 y 34 y a las almas 36, se mejora la distribución de la carga entre las hojas 32 y 34 de las caras y a través de la estructura, y también se refuerza la unión entre las hojas de las caras y las almas 36 en el lugar de máximo esfuerzo. La misma se puede perforar o mecanizar fácilmente, y terrajarla o roscarla para una conexión fácil, cómoda y resistente a estructuras y componentes adyacentes.

Varios puntos fuertes de borde 41 están unidos integralmente a las hojas de las caras superior e inferior 32 y 34 y a las almas adyacentes 36. Los puntos fuertes de borde 41 pueden ser individuales, bloques separados, o bien pueden ser una estructura de borde periférico continuo, que también forme un cerramiento del borde de la pieza de sandwich metálica 30, como se describe con más detalle en lo que sigue, en relación con la Fig. 15.

La estructura sandwich representada en la Fig. 1 está hecha de cuatro hojas de un metal tal como de aleación 6-4 de titanio, que tiene características de superplasticidad y de unión por difusión. Las características de superplasticidad incluyen la capacidad del metal para desarrollar alargamientos por tracción desusadamente altos, y deformación plástica a elevadas temperaturas, con una reducida tendencia hacia el estrechamiento o el adelgazamiento. La unión por difusión se refiere a la unión metalúrgica de dos piezas de metal por entremezclado atómico en la superficie de unión de las dos piezas cuando éstas son calentadas y presionadas a contacto íntimo durante un tiempo suficiente. Es un proceso de estado sólido que da por resultado la formación de una sola pieza de metal a partir de dos o más piezas separadas, sin una línea diferenciable de unión entre ellas, y se caracteriza por la ausencia de cualquier cambio significativo de las propiedades metalúrgicas del metal, tal como ocurre con uniones de otros tipos, tales como las de soldadura fuerte o las de soldadura eléctrica. Las características de la conformación por superplasticidad y la unión por difusión son ahora razonablemente bien comprendidas, y se han analizado con detalle en las Patentes Números 3.927.817 de Hamilton y 4.361.262 de
Israel.

Pasando ahora a la Fig. 2, se ha representado en ella una pila 42 de cuatro hojas que constituyen la estructura sandwich representada en la Fig. 1, en forma de despiece ordenado, para mostrar las posiciones relativas de las hojas y las posiciones relativas de las características en y entre las hojas. La pila de hojas 42 y los componentes de puntos fuertes de la Fig. 2 se han representado en la Fig. 3 en la configuración que adoptan a continuación de la conformación por superplasticidad y la unión por difusión. La pila 42 incluye dos hojas de núcleo 44 y 46 y hojas de las caras superior e inferior 48 y 50. Un racor para gas de núcleo 52 está insertado entre las dos hojas de núcleo 44 y 46 que son más tarde soldadas juntas para constituir un paquete de núcleo 45. El racor para gas del núcleo proporciona una conexión a un sistema de suministro de gas de conformación para inflar el paquete de núcleo 45 durante la cnps, en que el paquete de núcleo 45 es inflado para superplasticidad, como se ha ilustrado en la Fig. 5 y como se describe con más detalle aquí en lo que sigue. Un racor para gas 54 para la envuelta exterior está insertado en una muesca 56 en el paquete de núcleo 45 que comunica con el interior de un paquete de envuelta exterior 47 constituido por la soldadura alrededor de la periferia de las hojas de las caras 46 y 48. El racor para gas 54 hoja de envuelta proporciona un camino para el flujo de gas al espacio por encima y por debajo del núcleo 45 y entre las hojas de las caras 48 y 50, para conformación por superplasticidad, como se describe en lo que sigue. Los racores para gas 52 y 54 son soldados a la pila 42 más tarde en el proceso.

Las hojas 44-50 se cortan al tamaño deseado, que es el tamaño y con la forma de la configuración en planta de la pieza de estructura sandwich, más 1,3-15 cm (normalmente 2,5-5 cm) para una pestaña 58 alrededor de la pieza, mediante la cual se puede fijar la pieza en la estampa para la conformación por superplasticidad, y mediante la cual se puede unir al conjunto para el que se destine. Después de cortar, se desengrasan las hojas en un aparato de desengrasar usual, tal como un desengrasador de vapor, o bien se puede frotar con acetona para limpiar las hojas y eliminar las marcas de tinta impresas sobre las hojas por el fabricante. Después se limpian químicamente las hojas por inmersión, primero en un baño alcalino, para eliminar la grasa residual u otros de tales contaminantes que queden después del paso de desengrasado, y luego en un baño ácido, tal como de ácido nítrico al 42% y de ácido fluorhídrico al 2,4% para eliminar los óxidos metálicos de las hojas de aleación de titanio. Las hojas limpias se enjuagan en agua limpia para eliminar los residuos del limpiador ácido, pero los residuos de la solución para enjuagar permanecen sobre las hojas después de sacar éstas del baño de enjuagar. Esos residuos se eliminan de las hojas frotando con un pelote de tela, tal como de una tela de gasa, humedecida con un disolvente del grado de reactivo, tal como el puntilloso alcohol etílico. Se frotan las hojas hasta que la gasa salga limpia después de frotar. El alcohol se evapora sin dejar residuos, y deja las hojas libres de contaminantes que interferirían con una unión por difusión rápida y completa cuando se establecen las condiciones para tal unión.

Cuando se estén fabricando paneles curvados, puede ser deseable recubrir una cara de una de las hojas 44 y 46 del núcleo con un compuesto de barrera protectora, tal como de nitruro de boro, para evitar la unión por difusión no pretendida. Para superficies de gran área, el nitruro de boro puede ser disuelto en un disolvente, tal como una mezcla de agua y alcohol, y rociado con un rociador electrostática sobre toda el área de la superficie de una cara de la hoja. El agua y el alcohol se evaporan, dejando un delgado recubrimiento uniforme de nitruro de boro sobre la superficie de la hoja de titanio. Para superficies más pequeñas, la barrera de protección puede rociarse desde un bote de aerosol de una solución de nitruro de boro en una solución de alcohol que puede encontrarse en el comercio de la firma Cerac Company de Milwaukee, Wisconsin (EE.UU.). La barrera de protección, si se usa, se excluye cuidadosamente de la región entre las hojas 44 y 46 donde haya de estar el punto fuerte 40, dado que en ese área se desea la unión por difusión.

La hoja recubierta se alinea con, y se apoya a tope contra, la otra hoja, con la cara recubierta de nitruro de boro mirando a la otra hoja. Las dos hojas de núcleo 44 y 46 se sueldan por láser según el patrón representado en las Figs. 2 y 4, en un aparato de soldar por láser representado en las Figs. 6A y 6B, adquirido de la firma Convergent Energy Corp. de Sturbridge,
Massachusetts. El aparato 59 incluye una mesa 60 de control del movimiento CNC (de Control Numérico por Ordenador), sobre la cual se colocan las hojas 44 y 46 y se aseguran alineadas en una pila. Sobre la mesa 60 hay montado un actuador de fijación extensible verticalmente, tal como un núcleo móvil de accionamiento mecánico. El núcleo móvil tiene un acoplamiento sobre el cual va montado un trole 62 de presión, representado con más detalle en las Figs. 7 y 8, para ejercer una fuerza vertical sobre las hojas para presionarlas a contacto íntimo durante la soldadura por láser, mediante un haz de láser dirigido verticalmente hacia abajo a través del centro del trole 62 en la mesa.

Esta mesa 60 de control del movimiento tiene una serie de estrías paralelas 64 abiertas hacia arriba en su superficie superior, y un tubo perforado 66 en cada estría, Los tubos 66 están conectados a un colector que está conectado, a través de un regulador de control de la presión (no representado), a un suministro de gas argón. El argón se admite a través de los tubos para inundar el área entre la mesa 60 y la hoja de núcleo inferior 46 y desplazar el oxígeno y el nitrógeno de esa área. Como se ha ilustrado en la Fig. 6B, el área de la mesa 60 no cubierta por las hojas 44 y 46 puede ser cubierta por otra hoja, la cual es mantenida sujeta sobre la mesa 60 mediante pesos o imanes, para evitar la aspiración de oxígeno de la atmósfera bajo las hojas 44 y 46. La mesa 60 de control del movimiento está conectada a actuadores, tales como los mecanismos de vástago roscado ligado a una tuerca por cojinetes de bolas, o similares, para mover la mesa 60 sobre correderas en las direcciones X-Y en un plano horizontal, bajo el trole de presión 62.

El aparato de láser (no representado) tiene un sistema óptico para dirigir y enfocar el haz de láser desde un generador de láser verticalmente a través de un conectador roscado 69 en el trole 62. El conectador 68 puede ser aflojado para girar el trole 62 para que apunte en una dirección deseada, y ser luego apretado con una contratuerca para que permanezca dirigido en esa dirección. En el extremo inferior del conectador 68 va montada una boquilla 70 de inundación con gas, que puede verse mejor en la Fig. 7, para dirigir una corriente ancha de baja presión de helio sobre la hoja de núcleo superior 14 en el punto de soldadura donde el haz de láser incida sobre la hoja superior 44. El gas helio desplaza el oxígeno y el nitrógeno del punto de soldadura, e impide la formación de óxidos y de nitruros de titanio sobre la soldadura hecha con láser. Se usa el helio en la cara superior, en vez del argón, debido a que mejora el plasma, mientras que el gas argón tiende a suprimir el plasma. La técnica de inundación con gas se usa para evitar perturbar el charco de aleación de titanio fundida, en vez de un chorro de gas estrecho, de alta presión, que se usa en el corte con láser para desplazar el metal fundido fuera de la entalla del corte, para dejar un corte estrecho a través del metal.

El trole 62 de presión para soldadura por láser tiene una placa superior 72 con un agujero central 74, alrededor del cual va soldada la conexión roscada 68. Cuatro caras de hoja metálica 66 cuelgan de la placa superior 72 para proporcionar un recinto para una nube de helio que cubra como una manta el punto de soldadura y el área circundante. Un par de espiras de resorte 78 van sujetas, cada una en cada cara del trole 62, y soportan a un par de barras 80 unidas, por ejemplo por tornillos 82, a las espiras de resorte 78. Dos ejes espaciados 64 van apoyados para giro en agujeros en las barras 80, abarcando las barras y soportando a las ruedas cilíndricas 86.

En uso, se tienden sobre la mesa 60 un par de hojas de núcleo 44 y 46 y se aseguran sobre la misma mediante mordazas 88. Se conecta el gas argón para que inunde la cara inferior de la hoja de núcleo inferior 46, a través de los tubos 66, con gas inerte, y desplace el oxígeno y el nitrógeno de la región entre la mesa 60 y la cara inferior de la hoja 46. El caudal dependerá del tamaño de la mesa y del número de estrías, pero para una mesa de 252 cm^{2}, es suficiente un caudal de 0,57 m^{3} por hora. El controlador para los actuadores de la mesa se programa con la velocidad y el período de reposo en el movimiento de la mesa y el espaciamiento entre soldaduras adyacentes. El trole 60 se alinea con el plano de sus ruedas 86 paralelo a las estrías 64 de la mesa 60, y el mecanismo de movimiento vertical sobre el cual está montado el trole 62 se baja para aplicar las ruedas 86 con la superficie superior de la hoja superior 44. Se selecciona la extensión vertical del mecanismo de movimiento vertical para desviar las espiras de resorte 78 en la medida necesaria para producir la fuerza de compresión deseada ejercida por las ruedas 86 sobre la hoja superior 44. Por ejemplo, puede ser ejercida una fuerza de 170 N, por dos espiras de resorte de titanio de 1,3 cm de anchura y 8,9 cm de longitud cuando son desviadas 1,9 cm. Esta sería una fuerza suficiente para presionar dos hojas de aleación de titanio de 0,64 mm de grosor para un contacto íntimo tal que se obtenga una excelente soldadura por láser, con una porosidad mínima o nula.

En vez de las ruedas 86 montadas sobre resortes, el trole 62 puede ser provisto de múltiples rodillos de bolas, seis rodillos por ejemplo, montado cada rodillo sobre el extremo de un émbolo que esté cargado por resorte o por presión de gas en un cilindro unido al trole, para uso en circunstancias en las que se deseen línea de soldadura curvas, especialmente curvas de pequeño radio que las ruedas 66 tendrían problemas para poder seguir.

El gas helio se conecta con un caudal de aproximadamente 1,14 metros cúbicos por hora, y después de purgar el aire del recinto 76 de chapa se conecta el láser con una potencia de aproximadamente 650 vatios de onda continua. Al iniciar la soldadura, se permite que el láser permanezca en reposo durante aproximadamente 0,25 segundos en el punto de inicio de la soldadura, como se ha representado en la Fig. 9A y en la Fig. 9B. El tiempo de reposo hace que se funda un pequeño charco de titanio y se forme un nodo bulboso 90 al principio de la soldadura, en vez del punto vivo usual al principio de una soldadura por láser, el cual puede concentrar las fuerzas en un pequeño punto e iniciare un desgarramiento en el metal durante la conformación por superplasticidad, cuyo desgarramiento podría luego propagarse a través de la soldadura o de otro lugar en el material.

Después del período de reposo, se mueve la mesa 60 como se ha indicado en la Fig. 9C, para hacer que el punto de la soldadura se desplace a lo largo de las hojas 44 y 46 para producir una línea de soldadura 92. Se selecciona la velocidad de desplazamiento sobre la base de la potencia del láser y del grosor de las hojas. Para dos hojas de titanio de aleación 6-4 de 0,64 mm de grosor y una potencia de láser de 650 vatios, enfocado a través de una lente de una distancia focal de 6,4 cm, una velocidad de la mesa de 152,4 cm/minuto produce una soldadura completa de excelente calidad. Una distancia focal más larga, del orden de 12,5 cm, da mejores resultados para hojas más gruesas, dado que la longitud del haz enfocado a un diámetro estrecho es más larga, y la propia lente está retirada de cualquier salpicadura de soldadura desde el punto de incidencia del haz de láser sobre el material.

Al pasar el punto de soldadura del punto medio de la línea de soldadura 92, se va disminuyendo gradualmente la potencia del láser, hasta que finalmente se desacopla de las hojas 44/46, como se ha indicado en la Fig. 9D. Se mueve entonces la mesa 60 llevándola a la posición del punto de láser en el otro extremo de la línea de soldadura, y se conecta de nuevo el láser y se deja que permanezca en reposo como antes, para crear otro nodo bulboso 90 en el otro extremo de la línea de soldadura, como se ha indicado en la Fig. 9E. Transcurrido el período de reposo, se mueve la mesa para mover el punto de soldadura por láser hacia el primer extremo de la soldadura, como se ha indicado en la Fig. 9F, y al llegar el láser al punto medio de la línea de soldadura, se va disminuyendo gradualmente la potencia del láser, de modo que el láser suelde de vuelta de nuevo sobre la parte anteriormente soldada, como se ha ilustrado en la Fig. 9G, y después se disminuye la potencia hasta que el láser se desacopla finalmente de las hojas 44/46. La disminución gradual de la potencia evita la formación de una parte terminal rebajada en una soldadura por láser, que de lo contrario se produciría al cesar bruscamente la potencia del láser.

El patrón de la soldadura, representado esquemáticamente en las Figs. 2 y 4, adopta la forma de una serie de cruces alineadas ortogonalmente 94, o bien, visto de un modo diferente, es un patrón de rejilla con interrupciones o espacios de separación 96 en las líneas de soldadura, a mitad de recorrido entre cada intersección 98 en las líneas de soldadura. Los espacios de separación 96 en las líneas de soldadura 92 proporcionan un paso a través del cual puede fluir el gas de conformación cuando el paquete de núcleo 46 se conforma por superplasticidad, por calentamiento a 900ºC en una estampa e inyectando gas de conformación a través del racor para gas 52 del núcleo, como se ha ilustrado esquemáticamente en la Fig. 5. Cuando se infla el paquete de núcleo 45, los espacios de separación 96 se abren para proporcionar aberturas 100 casi circulares en las almas 36, formadas por el material de las hojas de núcleo superior e inferior 44 y 46 al estirarse el material por superplasticidad separándose de las soldaduras por láser 92.

Después de soldado por láser el patrón de rejilla en las hojas 44 y 46, se sellan las hojas 44 y 46 soldadas por completo alrededor de su periferia y alrededor del racor 52 para gas del núcleo, para sellar por completo la periferia del paquete de núcleo 45. Un tipo conveniente de soldadura para este fin es el de soldadura por arco de electrodo de tungsteno en gas inerte, en la que el arco de soldadura puede ser dirigido a la cara del borde de las hojas 44 y 46. Unido al racor para gas 52 va un acoplamiento de compresión de acero inoxidable, usual, tal como un acoplamiento "Swagelock" (no representado), y al acoplamiento de compresión va unido un extremo de un trozo corto de tubo para gas de acero inoxidable. El otro extremo del tubo está cerrado por pinzado y soldado para cerrarlo y sellar el interior del paquete de núcleo 45 contra la intrusión de solución de limpieza para la siguiente operación de limpieza.

Se limpia el paquete de núcleo sellado 45 por inmersión en el baño alcalino y en el baño ácido de decapado, como se ha descrito en lo que antecede, y las superficies que hayan de ser unidas por difusión se frotan con un pelote de tela humedecida con alcohol puntilloso, como también se ha descrito en lo que antecede. El paquete de núcleo 45 limpio se monta entre las hojas de las caras limpias 48 y 50, con el racor para gas 54 hoja de envuelta situado en la muesca 56. Se sitúan los puntos fuertes 40 y 41 sobre el paquete de núcleo 45 en los lugares deseados, y se enclavan en su posición mediante pasadores 104. Los puntos fuertes 40 y 41 están constituidos por dos medios bloques 106 y 108 situados uno en cada lado del paquete de núcleo 45 y enclavados con los pasadores 104 a través de los bloques 105 y 108 y a través del núcleo 45, después de lo cual se sueldan los pasadores en su posición. Las hojas 48 y 50 de las caras se tienden sobre el paquete de núcleo 45 y los medios bloques 106 y 108, y se sella el paquete sandwich completo 47 alrededor del borde periféricos exterior 53 por soldadura TIG (por arco de tungsteno en gas inerte). Como se ha ilustrado en la Fig. 10, las hojas de las caras 48 y 50 son lo suficientemente flexibles como para ser hechas flexionar hacia dentro lo bastante como para hacer contacto con el paquete de núcleo 45 para soldar en una sola soldadura periférica. Si los bloques 106 y 108 de los puntos fuertes son demasiado gruesos o están demasiado próximos al borde para permitir que las hojas de las caras 48 y 50 sean hechas flexionar hacia dentro para ser fijadas y soldadas al paquete de núcleo 45, como se ha ilustrado en la Fig. 10, se pueden preconformar las hojas de las caras 32 y 34 para producir abultamientos o burbujas sobre los medios bloques 106 y 108. Alternativamente, se pueden usar un par de mitades de bastidor periférico 170 y 172 como un espaciador de sellado entre las hojas de las caras superior e inferior y el paquete de núcleo 45, como se describe en detalle en lo que sigue en relación con la Fig. 15. Las dos mitades de bastidor periférico superior e inferior separadas se sitúan con la mitad de bastidor superior tendida entre el paquete de núcleo 45 y la hoja superior 48, y la mitad de bastidor inferior tendida entre el paquete de núcleo 45 y la hoja de la cara inferior 50.

La periferia de las dos hojas de las caras 48 y 50, más el paquete de envuelta 45, se sella por soldadura en 53 a todo su alrededor, y los racores para gas 54 hoja de envuelta se sellan por soldadura a la envuelta de sandwich 42 para producir un paquete completo 110 que esté sellado por completo, excepto por lo que se refiere al camino para el flujo de gas previsto en el paquete de envuelta 42 entre las hojas de las varas 48 y 50, a través del racor para gas 54 hoja de envuelta y de la muesca 56. El paquete completo está entonces listo para conformación por superplasticidad y unión por difusión para producir la estructura sandwich metálica expandida con puntos fuertes integrales de acuerdo con este invento. El proceso se ha ilustrado esquemáticamente en las Figs. 11A-E y se describe en lo que sigue.

Las superficies externas del paquete 110 están recubiertas con un agente de separación, tal como el de detención de nitruro de boro descrio en lo que antecede. Acoplamientos de compresión van unidos a los racores para gas 52 y 54, y las conducciones de gas desde un sistema de control del gas de conformación, tal como el descrito en la Patente de EE.UU. Nº 5.419.170, concedida a Sanders y otros. están conectadas a los acoplamientos de compresión. El paquete completo se purga con gas inerte seco, tal como el argón, para eliminar el aire y la humedad del interior del paquete de envuelta 49 y del paquete de núcleo 45. Esto puede conseguirse con varios ciclos de succión de vacío y nuevo relleno con argón, alternadamente, bajo una presión de 3,4 kPa en el paquete de envuelta 49 y de 69 kPa en el paquete de núcleo 45, hasta que el interior de los paquetes 45 y 49 haya sido purgado quedando limpio de aire y de humedad. Alternativamente, las dos envueltas acopladas pueden estar, cada una de ellas provista de dos racores para gas y se puede bombear gas inerte seco, tal como el argón, por un racor en cada envuelta, y darle salida por el otro racor. Los paquetes 45 y 49 quedan entonces presurizados con argón, para separar las superficies entre sí. La presión dentro del paquete de núcleo 45 es preferiblemente más alta que la presión en el paquete de envuelta 49, debido a que las soldaduras 92 en rejilla tienden a mantener las hojas de núcleo 44 y 46 juntas más apretadamente que lo que sujeta la soldadura periférica a las hojas de las caras 48 y 50 juntas, debido al menor radio del paquete de núcleo 45. La presión inicial es de 0,7 kPa en la zona del revestimiento dentro del paquete de envuelta 49, y de 69 kPa en el paquete de núcleo 45. Con esto se proporciona presión suficiente para evitar el contacto y la unión por difusión prematura entre las superficies enfrentadas de las hojas, pero no tan alta como para que origine un almohadillado prematuro hoja de envuelta del núcleo o el desgarramiento de las hojas en las soldaduras por láser o en las soldaduras periféricas. El paquete 110 bajo presión es colocado en una estampa 112 que se precalienta a 870ºC, y se cierra la estampa y se mantiene cerrada con una prensa de conformación por superplasticidad (no representada) contra la presión del gas de conformación que se usará para deformar por superplasticidad los elementos del paquete de núcleo y del paquete de envuelta. La estampa puede ser provista de estrías que se extiendan desde una cavidad interna hasta el exterior, en las cuales estén los racores para gas 52 y 54 para evitar oprimir hasta cerrarlos los pasajes de gas a través de la pestaña 58. Después de cerrar la estampa, se aumenta inmediatamente la presión del gas de conformación en el paquete de envuelta 49, para asegurar la expansión de las hojas de las caras 48 y 50 separándose del paquete de núcleo 45, y se aumenta también la presión en el paquete de núcleo 45 para resistir la compresión de la presión de gas en el paquete de envuelta 49.

Después de que el paquete alcance la temperatura de conformación dentro de la estampa 112, se aumentan la presión en el paquete de envuelta 49 y en el paquete de núcleo 45 hasta la presión de conformación, y se alargan las hojas 44, 46, 48 y 50 por superplasticidad, como se ha ilustrado en las Figs. 11C y 11D, y se unen por difusión como se ha ilustrado en las Figs. 11D y 11E. La conformación por superplasticidad de las hojas de núcleo 44 y 46 alrededor de las soldaduras por láser 92 se han representado en las Figs. 12A-C y en las Figs. 5 y 11. La poca anchura de la soldadura por láser 92 proporciona una pequeña región, alrededor de la cual se deben envolver las hojas 44 y 46 cuando se plieguen éstas sobre la soldadura 92 para unirlas por difusión juntas, para formar el alma 36. Esto contrasta con una soldadura 92’ relativamente ancha, representada en la Fig. 13, que se hace con una rueda de soldar por resistencia usual. En el alma 36’ representada en la Fig. 13, puede verse que el adelgazamiento en la región por encima y por debajo de la soldadura 92’ es considerablemente mayor que lo es para la soldadura por láser 92 representada en la Fig. 14.

Después de conformado por completo el paquete 110, como se ha ilustrado en la Fig. 11E, se reduce la presión hasta casi la ambiente, aproximadamente de 0,7 kPa, y se abre la prensa para abrir la estampa 112. Se retira la parte de sandwich de la cavidad 114 de la estampa y se deja enfriar mientras se mantiene la presión de gas ligeramente por encima de la ambiente, para evitar que la parte que se enfría haga vacío y se aplaste bajo la presión del aire. Después de enfriar por debajo de 480ºC, y preferiblemente por debajo de 260ºC, se retiran las conducciones de gas de los acoplamientos de compresión, y se sella la pieza con conducciones de gas pinzadas y soldadas en los acoplamientos, para volver a limpiar cualquier caja alfa externa que pueda haberse formado sobre la pieza debido al contacto a alta temperatura de las superficies con el aire. Después de limpiar, se puede recortar la pieza para eliminar los racores para gas 52 y 54, y la pieza queda completa.

Si se desea sellar a través de las aberturas en la pieza, se puede soldar por láser el paquete completo 110 en un círculo alrededor de la región en donde esté situada la abertura. El interior de esa región puede ser recortado con un cortador por láser, el cual usa el mismo láser y la misma mesa 60, pero hace uso de una boquilla para gas de alta presión en vez de la boquilla para inundación con gas representada en la Fig. 7. Se coloca el paquete completo sobre una estera protectora, para evitar cortar o salpicar con metal fundido la superficie de la mesa 60 cuando el láser corte a través del paquete al recortar el agujero en el centro de la región de sellado por soldadura. En la abertura recortada con el láser se inserta un manguito que tiene la misma altura que la pieza de estructura sandwich, y se coloca el paquete completo 110, con los manguitos instalados en las aberturas en la cavidad 114 de la estampa, y se conforma por superplasticidad alrededor de los manguitos. Si el manguito es de un material no superplástico, tal como de acero inoxidable, puede retirarse o retenerse, lo que se desee para la aplicación. Si se usa un material superplástico, tal como el titanio, se unirá por difusión en su lugar en la abertura y formará el interior de la abertura. El manguito puede ser provisto de una pieza de inserción roscada para conexión a rosca con la pieza más adelante, o bien el "manguito" puede ser un taco de titanio sólido que puede ser perforado y roscado después de haber sido formada la pieza, para un punto fuerte de conexión con al estructura sandwich.

Pasando ahora a la Fig. 16, se ha representado en ella otra realización de la estructura sandwich metálica expandida de cuatro hojas que tiene un bloque escalonado 120 que tiene una parte superior 122 y una parte inferior más larga y más ancha 124, que se encuentran en un resalto u hombro intermedio 126 que proporciona una superficie que mira hacia arriba, a la cual se suelda por láser un paquete de núcleo 145 a lo largo de una línea de soldadura periférica continua 146 que circunda por completo a una abertura 148 cortada en el paquete de núcleo, para recibir la parte superior 122 del bloque escalonado 120. El paquete de núcleo 145 es por lo demás idéntico al paquete de núcleo 45 de la realización de las Figs. 2 y 4, y los procedimientos de fabricación del paquete de núcleo son los mismos. La abertura 148 en el paquete de núcleo 145 puede ser cortada después de limpio el paquete de núcleo, o bien puede se cortada con láser y sellada antes de limpiar. Las almas 36 para la realización de bloque escalonado de la Fig. 16 son idénticas a las representadas en las Figs. 2 y 3.

Otra realización del invento, representada en la Fig. 15, tiene un bastidor periférico integral 160 alrededor del borde periféricos exterior de la estructura sandwich. El borde periféricos proporciona una estructura de borde sólida, mediante la cual se puede sujetar la esa a la estructura adyacente en el conjunto de la cual constituye una parte, mediante elementos de sujeción adecuados, tales como los tornillos para máquinas 164 representados en el despiece ordenado de un agujero roscado 166 en el borde del bastidor periférico 160.

El bastidor periférico 160 puede hacerse usando la técnica de bloque partido representada en las Figs. 2, 3 y 11. El bastidor 160 está constituido por dos medios bastidores superior e inferior continuos separados 170 y 172, tendidos por encima y por debajo del paquete de núcleo 45, el cual es idéntico al paquete de núcleo 45 representado en las Figs. 2 y 4. Se pueden usar los racores 52 y 54 como se ha descrito para las Figs. 2 y 4, o bien se pueden proporcionar convenientemente racores para gas 54 de envuelta superior e inferior separados, previstos en los medios bastidores 170 y 172 para poner bajo presión el espacio entre el paquete de núcleo 45 y las hojas de las caras 32 y 34. Las hojas de las caras se sueldan por láser a los medios bastidores periféricos 170 y 172, respectivamente, y el paquete de núcleo 45 y los bordes periféricos que se unen de los medios bastidores se sueldan por TIG juntos, para sellar la unión de los medios bastidores y el paquete de núcleo 45. Convenientemente, el bastidor periférico podría hacerse con una sola estructura escalonada, proporcionando un escalón al cual sería soldado el borde periféricos del paquete de núcleo 45, de una manera similar a la representada en la Fig. 16.

Si se necesita, se pueden situar puntos fuertes interiores en el área central de la pieza, como se ha ilustrado en las Figs. 1 y 2, para proporcionar un punto de conexión central para conexión del actuador o similar, como se ha ilustrado en la Fig. 1. La pieza se expande por superplasticidad y se une por difusión como se ha descrito para la realización de la Fig. 2, y se recorta el borde de la pieza para retirar la soldadura del borde y proporcionar un borde plano liso con un cerramiento periférico continuo. Luego se pueden mecanizar los agujeros para los elementos de sujeción u otras superficies de unión en el bastidor periférico 160.

La separación de las hojas de las caras superior e inferior 32 y 34 del paquete de núcleo 45, proporcionada por el bastidor periférico 160, hace posible una mejora en el proceso de conformación del núcleo, que resuelve un problema de adelgazamiento de las esquinas que vienen teniendo que sufrir desde hace años los fabricantes de las estructuras sandwich metálicas de cuatro hojas. El problema del adelgazamiento consiste en que se produce un excesivo adelgazamiento del alma 36 donde ésta se une a las hojas superior e inferior 32 y 34 en las esquinas 180 de las celdas 38. El adelgazamiento es consecuencia de que las hojas de núcleo 44 y 46 se pegan a las hojas de las caras 32 y 34 cuando se infla el núcleo 45 a temperaturas de superplasticidad. Las partes de las hojas de núcleo 44 y 46 que se pegan a las hojas de las caras 32 y 34 pueden no alargarse más por superplasticidad, de modo que todo alargamiento adicional tiene lugar después en las partes de las hojas de núcleo 44 y 46 que no están todavía en contacto con las hojas de las caras 32 y 34. La consecuencia es un mayor adelgazamiento de las hojas de núcleo 44 y 46 al ser conformadas éstas hacia las esquinas 180. La solución usual del problema es la de usar hojas de núcleo que sean lo suficientemente gruesas como para producir grosores de esquina adecuados, incluso después de tal adelgazamiento. Sin embargo, esta técnica ha dado por resultado almas 36 y hojas superior e inferior más gruesas que las que en otro caso serían necesarias, y un mayor peso que el que se desea.

El problema del adelgazamiento de las esquinas se resuelve mediante el pre-adelgazamiento de las hojas de núcleo 44 y 46 en las áreas centrales de las celdas 38 dentro de las líneas de soldadura 92, como se ha ilustrado en las Figs. 17-19. El paquete de núcleo 45 se hace normalmente como se ha ilustrado en la Fig. 2, pero sin los bloques de puntos fuertes 106 y 108. Se coloca el paquete de núcleo 45 en una estampa 190 que tiene receptáculos 192 situados centradamente por encima y por debajo de las celdas 38, entre las líneas de soldadura 92. La estampa 180 no tiene receptáculo alguno en las áreas centrales donde haya de se situado un punto fuerte central. Se calienta el paquete de núcleo 45 a temperaturas de superplasticidad y se expande mediante presión de gas a través del racor para gas 52, para conformar las hojas de núcleo 44 y 46 dentro de los receptáculos 192 en las mitades superior e inferior de la estampa 190, formándose abultamientos 194 y 196 en las hojas de núcleo 44 y 46, representados parcialmente conformados en la Fig. 18 y totalmente conformados y montados en la Fig. 19. Después de la conformación, se ventila el paquete de núcleo 45 y se retira de la estampa 190. Las mitades 170 y 172 de bastidor periférico se montan en el borde periféricos del paquete de núcleo preconformado 45, y se tienen las hojas de las caras 32 y 34 por encima y por debajo de los medios bastidores y se sueldan a ellos, como se ha ilustrado en la Fig. 19.

Se coloca el paquete montado, representado en la Fig. 19, en una estampa, tal como la estampa 112, y se caliente hasta temperaturas de superplasticidad mientras se mantiene una ligera presión de gas en el paquete de núcleo 45 y en el paquete de envuelta entre el paquete de núcleo 45 y las hojas de las caras 32 y 34, para mantener la separación de las hojas de modo que no se produzca una unión por difusión prematura no deseada. Puesto que los abultamientos 194 y 196 son pre-adelgazados, cuando hacen contacto con las hojas superior e inferior 32 y 34 y se pegan a ellas, las partes intermedias de las hojas de núcleo 44 y 46 entre las soldaduras 92 y los abultamientos 194 y 196 permanecen con todo o casi todo su grosor, de modo que cuando esas part3es intermedias son conformadas dentro de las esquinas 180, conservan el grosor suficiente como para proporcionar la resistencia requerida para soportar los esfuerzos que se concentran en esos lugares.

Pasando ahora a las Figs. 21 y 22, se ha representado en ellas una estructura sandwich metálica de cinco hojas 200 que tiene hojas superior e inferior 202 y 204, que definen entre ellas un espacio interior abierto, y una pluralidad de almas de celosía 206 unidas a las hojas de las caras superior e inferior 202 y 204 y que abarcan el espacio interior para acoplar las hojas superior e inferior y comunicar rigidez a la estructura 200. Entre las hojas de las caras 202 y 204 hay dispuesto un punto fuerte 210 que está unido integralmente y se acopla a las hojas de las caras 202 y 204, y también a las almas de la celosía 206. El punto fuerte 210 proporciona una estructura sustancial mediante la cual se puede unir la estructura 200 a otra estructura adyacente en el conjunto, tal como a un actuador para mover la estructura 200, o bien a partes adyacentes a las cuales haya de ser conectada en un conjunto rígido. El punto fuerte 210 puede tolerar cargas de alto esfuerzo y transferir las cargas uniformemente a las hojas de las caras superior e inferior 202 y 204 y a las almas de la celosía 206, para evitar altas concentraciones de esfuerzos en las hojas delgadas en la estructura 200.

Como se ha ilustrado en la Fig. 21, la estructura 200 está constituida por un paquete de núcleo 214 de tres hojas, hojas de las caras superior e inferior 202 y 204, y medios bloques superior e inferior 216 y 218. El paquete de núcleo 214 está constituido por tres hojas de metal que tienen capacidades de superplasticidad y de unión por difusión, tales como de aleación de titanio, descritas en lo que antecede, las cuales se limpian y se sueldan con soldaduras por láser de penetración parcial según un patrón representado en la Fig. 21. Alrededor de las áreas cubiertas por los medios bloques 216 y 218 se efectúa una soldadura por láser de penetración completa 220, para aislar el interior del paquete de núcleo 214 en esa área de la presión del gas de conformación, para evitar un flujo de gas no deseado a través de los agujeros mediante los cuales se unen por pasadores los medios bloques al paquete de núcleo 214. Un racor para gas está soldado dentro del paquete 214 para conexión, a través de un sistema de control de la presión de gas descrito en lo que antecede, a una fuente de gas de conformación, tal como de argón bajo presión. El paquete 214 se sella por soldadura alrededor de toda su periferia y se limpia como se ha descrito en lo que antecede.

Se monta un paquete de envuelta 222 como se ha ilustrado en la Fig. 21 desde el paquete de núcleo 214, los dos medios bloques 216 y 218, y las hojas de las caras 202 y 204. Los medios bloques se enclavan al paquete de núcleo 214 situándolos con precisión en los lugares deseados y perforando un par de agujeros 224 a través de los medios bloques y del paquete de núcleo, y metiendo un pasador a través de los agujeros 224 para bloquear los medios bloques en su posición.

Las hojas de las caras 202 y 204 se sellan por soldadura alrededor de su periferia exterior a la periferia exterior del paquete de núcleo 214. Si los medios bloques son lo suficientemente delgados, las hojas de las caras 202 y 204 pueden ser hechas flexionar hacia dentro al paquete de núcleo 214, y selladas por soldadura al mismo alrededor de un racor para gas hoja de envuelta como el racor para gas 54, que comunica con el espacio entre el paquete de núcleo 214 y las hojas de las caras 202 y 204. Alternativamente, las hojas de las caras 202 y 204 pueden ser pre-conformadas, como se ha indicado en el lado de la derecha de la Fig. 21, con un labio periférico 226 que puede ser soldado para sellar al paquete de núcleo 214, y una sección de pared 228 mediante la cual se hace que la parte central de las hojas de las caras 202 y 204 se eleve desde los medios bloques 216 y 218. Otra alternativa es la de usar un bastidor periférico 160, como se ha ilustrado en la Fig. 15, para mantener las hojas de las caras 202 y 204 espaciadas del paquete de núcleo 214 durante la conformación. Los racores para gas se conectan al sistema de control de gas y a los espacios internos dentro del paquete de núcleo 214, y se purga el paquete de envuelta 222 de oxígeno mediante el arrastre de éste con argón.

El paquete de envuelta 222 se coloca en una estampa que tiene una cavidad de conformación con superficies de la cavidad de estampa internas configuradas como la línea de molde exterior de la pieza que haya de hacerse. El paquete de núcleo 214 y el paquete de envuelta 222 se ponen bajo una ligera presión con argón a través de racores para gas (no representados) que comunican desde un sistema de control del gas con el interior del paquete de núcleo 214, y que comunican desde el sistema de control del gas con el interior del paquete de envuelta 222 en el espacio entre las hojas de las caras 202 y 204 y el paquete de núcleo 214, para asegurar que las hojas estén separadas, excepto donde hayan de ser soldadas juntas. Se cierra la estampa, se pinza el borde periférico del paquete de envuelta, y se presionan las hojas de las caras superior e inferior 202 y 204 contra las superficies superior e inferior de los medios bloques 216 y 218, y se presionan los medios bloques contra el paquete de núcleo 214. El elevado calor y la alta presión producen la unión por difusión de las hojas de las caras superior e inferior 202 y 204 con los medios bloques 216 y 218, y la unión por difusión de los medios bloques con las hojas del paquete de núcleo 214 entre los medios bloques. El resultado es un punto fuerte monolítico integral 210, sin que se aprecien líneas de unión diferenciables donde están unidos juntos los varios elementos de la estructura 200.

Después de que el paquete de envuelta 222 haya alcanzado la temperatura de superplasticidad en la estampa, se aumenta la presión de gas para expandir las hojas de las caras contra las superficies de la cavidad de la estampa y para expandir el paquete de núcleo hacia fuera contra las hojas de las caras 202 y 204, como se ha ilustrado en la Fig. 20. El espacio entre las hojas de núcleo y las hojas de las caras 202 y 204 se ventila o se evacua a través del racor para gas que comunica con ese espacio y se aumenta la presión de gas en el paquete de núcleo para ejercer presión sobre las hojas de núcleo superior e inferior para presionarlas contra las hojas de las caras 202 y 204, para facilitar la unión por difusión. Las almas en diagonal 206 se proyectan desde el centro del punto fuerte 210 y son unidas por difusión a éste para distribuir aún más la carga ejercida sobre el punto fuerte, uniformemente a través de la estructura sandwich 200. Después de completada la unión por difusión, se disminuye la presión de gas y se abre la estampa para sacar la pieza de la cavidad de la estampa. La pieza está completa, excepto en lo que se refiere al recorte del borde y al mecanizado o perforación en las superficies de unión, tal como de agujeros o similares en el punto fuerte 210.

Naturalmente, en la pieza 200 pueden hacerse tantos puntos fuertes como se necesiten, y se puede hacer un punto fuerte periférico en forma de un bastidor periférico 160 en la estructura 200 si se desea un sólido cerramiento periférico o estructura de unión de borde, independientemente de la función de separación que proporciona el bastidor periférico. Los puntos fuertes pueden ser mecanizados en cualquier modo que se desee, para proporcionar rebajos para montaje enrasado de elementos de sujeción u otra ferretería de fijación, tal como el grillete representado en despiece ordenado fuera de su rebajo en el punto fuerte 40 en la Fig. 1. También se puede perforar y roscar para recibir elementos de sujeción roscados, o bien perforar para recibir pernos que puedan ser apretados con un par de torsión para precargar el elemento de sujeción en tensión para una unión segura, sin aplastar la estructura sandwich, dado que el punto fuerte tiene una resistencia a la compresión suficiente para reaccionar frente a la fuerza de tracción ejercida por el
perno.

Pasando ahora a las Figs. 22 y 23, se ha representado en ellas una estructura sandwich de núcleo de celosía metálica expandida 240, que tiene una hoja de cara superior 242 y una hoja de cara inferior 244, que definen entre ellas un espacio abierto. Una pluralidad de almas 246 se extienden en diagonal entre las hojas de las caras 242 y 244 acoplan las hojas de las caras y comunican rigidez a la estructura 240. Entre las hojas de las caras 242 t 244 está interpuesto y unido por difusión a ellas un punto fuerte, que proporciona una estructura de unión mediante la cual la estructura sandwich 240 puede ser unida a piezas adyacentes de un conjunto mayor, como se ha explicado en lo que antecede. Las almas en diagonal 246 son también unidas por difusión al punto fuerte 250 para distribuir más las cargas de unión a través de la estructura sandwich, sin someter a sobretensión un punto de
unión.

La estructura sandwich representada en la Fig. 22 está formada por un paquete de envuelta 252 representado en la Fig. 23 que tiene un paquete de núcleo 254 y las dos hojas de las caras 242 y 244. El paquete de núcleo 254 se monta y se suelda de la manera que se ha descrito en lo que antecede para el paquete de núcleo 214 de la realización de las Figs. 20 y 21. Un solo bloque 250 está dispuesto entre la hoja de la cara superior 242 y el paquete de núcleo 254, y el paquete de núcleo 254 está en contacto con la hoja de la cara inferior 244.

El paquete de envuelta 252 montado es sellado por soldadura alrededor de la periferia y purgado de aire a través de racores para gas, como se ha descrito en lo que antecede para la realización de las Figs. 20 y 21, y es puesto bajo ligera presión con argón seco para separar las hojas, unas de otras, dentro del paquete 252, para evitar una unión por difusión prematura en la estampa. El paquete de envuelta sellado 252 se inserta en una estampa de conformación por superplasticidad y se eleva su temperatura a la de superplasticidad en la misma.

Cuando se alcanzan temperaturas de superplasticidad de aproximadamente 870ºC, se aumenta la presión de gas en el paquete para aumentar la separación entre las hojas y empezar a conformar las hojas de las caras contra las superficies interiores de la cavidad de la estampa. Al mismo tiempo, la estampa está ejerciendo presión mecánica sobre el apilamiento de hojas de las caras 242 y 244, el punto fuerte 250, y el paquete de núcleo 254, para producir la unión por difusión entre las superficies en contacto de esos elementos en ese apilamiento.

Cuando las hojas de las caras están completamente conformadas contra las superficies de la cavidad de la estampa, se aumenta la presión de gas dentro del paquete de núcleo 254 a través del racor para gas del paquete de núcleo y se conduce uniformemente a través del paquete de núcleo, a través de aberturas adecuadas dejadas entre o alrededor de las líneas de soldadura 92. El paquete de núcleo se expande por superplasticidad contra las hojas de las caras 242 y 244, tirando de la hoja de núcleo central al interior de la estructura de almas en celosía de diagonales 246 representada en la Fig. 22. Las hojas superior e inferior del paquete de núcleo 254 se unen por difusión a las hojas de las caras superior e inferior 242 y 244, respectivamente, y la hoja de la cara superior se une por difusión a los lados del punto fuerte 250, formando una estructura integrada a través de la cual los esfuerzos internos en la estructura sandwich 240 pueden ser transmitidos uniformemente, sin concentraciones de esfuerzos en ningún punto en particular.

Después de completada la unión por difusión, se reduce la presión hasta casi la atmosférica. Los racores para gas no se abren, para evitar la aspiración de oxígeno al interior del núcleo caliente de la pieza 240, hasta que el mismo está frío. Se mantiene una ligera presión en el núcleo para evitar que la parte que se enfría haga un vacío y pandee bajo la presión atmosférica. Se abre la estampa y se saca la pieza de la estampa mientras está todavía caliente, de modo que se pueda hacer otra pieza sin desperdiciar calor de la estampa.

Evidentemente, a la luz de esta exposición, a los expertos en la técnica se les ocurrirán numerosas modificaciones y variaciones de las realizaciones preferidas descritas en lo que antecede. Por consiguiente, ha de quedar expresamente entendido que esas variaciones y modificaciones, y las equivalentes de las mismas, han de ser consideradas comprendidas dentro del alcance del invento, tal como queda éste definido en las reivindicaciones que siguen.

Claims

1. Un método para fabricar una estructura sandwich unida por difusión, conformada por superplasticidad (30) con un punto fuerte metálico integral (40, 42) para unión de dicha estructura sandwich a otra estructura, que comprende:

unir al menos tres hojas de un metal superplástico (44, 46, 48, 50) juntas en un paquete, soldando para ello o uniendo por difusión a lo largo de un patrón de líneas (92) las cuales forman líneas de unión entre dichas hojas cuando se infla dicho paquete por presión de gas a temperaturas de superplasticidad;

interponer al menos una pieza de inserción de bloque metálica 106, 108 entre al menos dos de dichas hojas, formando dicha pieza de inserción metálica dicho punto fuerte cuando dichas hojas y dicha pieza de inserción son unidas por difusión juntas sobre dicha pieza de inserción;

sellar todas las citadas hojas de dicho paquete juntas alrededor de un borde periféricos exterior para crear una envuelta estanca a los gases;

calentar dicho paquete a temperaturas de superplasticidad y unir por difusión al menos dos de dichas hojas a superficies superior e inferior de dicha pieza de inserción metálica (106, 108);

inflar dicho paquete a temperaturas de superplasticidad contra las superficies interiores (114) de una estampa (112) por inyección de gas a presión a través de una conducción de gas en dicho borde periféricos, para formar una estructura sandwich metálica expandida que tiene hojas de las caras superior e inferior en contacto con dichas superficies interiores de dicha estampa, y que tiene almas integrales y un punto fuerte integral (40, 43) formados por dicha pieza de inserción de bloque metálica (106, 108) que salvan el espacio entre dichas hojas de las caras y unidas por difusión a ellas, acoplando con ello dichas hojas de las caras superior e inferior y proporcionando un camino para y transmitir la carga entre dichas hojas de las caras (48, 50) a través de dicha pieza de inserción de bloque metálica para las fuerzas ejercidas por los elementos de sujeción que conecten dicha estructura sandwich (30) a dicha otra estructura;

ventilar dicha presión de gas, enfriar dicha estructura sandwich metálica expandida y sacar dicha estructura sandwich metálica expandida de dicha estampa (112); y

perforar agujeros en dicha estructura sandwich en alineación con dicha pieza de inserción metálica (106, 108) a través de al menos una de dichas hojas y dentro de dicha pieza de inserción metálica, para recibir dichos elementos de sujeción mediante los cuales dicha estructura sandwich (30) puede ser unida a dicha otra estructura.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que:

dicha unión por difusión de dichas dos hojas (48, 50) a dichas parte superior y parte inferior de dicha pieza de inserción metálica se efectúa por aplicación de calor y presión desde las superficies interiores superior e inferior (114) de dicha cavidad de la estampa.

3. Un método según la reivindicación 1, en el que:

dicho paquete incluye tres de dichas hojas, y dicha pieza de inserción está interpuesta entre una hoja de cara (48) y una hoja de núcleo (44) de dicho paquete.

4. Un método según la reivindicación 1, en el que:

dicho inflado de dicho paquete incluye inflar dichas hojas de las caras superior e inferior contra dichas superficies interiores superior e inferior de dicha cavidad de la estampa, y expandir un paquete de núcleo, que tiene al menos dos hojas de núcleo soldadas juntas a lo largo de líneas de función, contra superficies interiores de dichas hojas de las caras superior e inferior y unir por difusión dicho núcleo a ellas.

5. Un método según la reivindicación 4, en el que:

dicho paquete incluye una hoja de cara superior (48), una hoja de cara inferior (50), y un núcleo de una hoja de cara superior (44) y una hoja de cara inferior (46) unidas juntas por soldadura o por unión por difusión a lo largo de dicho patrón de líneas (92) que formarán dichas líneas de unión;

dicha pieza de inserción incluye un medio bloque superior (106) y un medio bloque inferior (108);

dicho medio bloque superior está interpuesto entre dicha hoja de la cara superior y dicha hoja de núcleo superior; y

dicho medio bloque inferior está interpuesto entre dicha hoja de núcleo inferior y dicha hoja de la cara inferior de dicho paquete.

6. Un método según la reivindicación 5, en el que:

dicha expansión de dicho núcleo incluye inflar dicho núcleo para presionar dicha hoja de núcleo superior hacia arriba a contacto con dicha hoja de la cara superior y con una superficie lateral de dicho medio bloque superior, y presionar dicha hoja de núcleo inferior a contacto con dicha hoja de la cara inferior y con una superficie lateral de dicho medio bloque inferior.

7. Un método según la reivindicación 6, en el que:

dichas superficies laterales de dicho medio bloque superior están abocinadas hacia arriba y dichas superficies laterales de dicho medio bloque inferior están abocinadas hacia abajo, para proporcionar un ángulo de inclinación lateral para una transición suave de las fuerzas desde dicha pieza de inserción a dichas hojas de las caras superior e inferior y dichas almas formadas por dichas hojas de núcleo.

8. Un método según la reivindicación 1, en el que dichos pasos de calentamiento y de presión se efectúan según un ciclo que incluye:

a) calentar dicho paquete en dicha estampa hasta que la temperatura de dicho paquete esté comprendida entre 815ºC y 955ºC;

b) cerrar dicha estampa y ejercer una presión sobre dichas hojas de las caras para apretar dichas hojas de las caras contra dicha pieza de inserción, y mantener dicha presión a dicha temperatura hasta que dichas hojas de las caras sean unidas por difusión a dicha pieza de inserción;

c) inyectar dicho gas de conformación bajo una presión de 0,14-4,1 MPa entre dichas hojas de las caras, para conformar dichas hojas de las caras separándolas entre sí y contra dichas superficies de la cavidad de la estampa, con un régimen de deformación adecuado para dichas hojas metálicas.

9. Un método según la reivindicación 1, en el que:

dicho paquete incluye dichas tres hojas, que constituyen un paquete de núcleo, y dos caras de hoja, una a cada lado de dicho paquete de núcleo, que constituyen un paquete de envuelta que abarca a dicho paquete de núcleo;

dicho paso de inflar incluye inyectar gas de conformación en dicho paquete de envuelta con una presión suficiente para alargar por superplasticidad dichas hojas de las caras, a contacto contra dichas superficies de la estampa, e inyectar gas en dicho paquete de núcleo para expandir dicho paquete de núcleo y alargar por superplasticidad las hojas superior e inferior del paquete de núcleo contra dichas hojas de las caras;

ventilar la presión en dicho paquete de envuelta mientras se mantiene la presión de gas en dicho paquete de núcleo para presionar dichas hojas superior e inferior del paquete de núcleo contra dichas hojas de las caras, y mantener dicha presión en dicho paquete de núcleo hasta que dichas hojas de las caras sean unidas por difusión a dichas hojas superior e inferior del paquete de núcleo.

10. Un método según la reivindicación 1, en el que:

dicho sellado de dichas hojas alrededor de dicha periferia exterior se efectúa mediante sellado por soldadura.

11. Un método según la reivindicación 10, en el que:

dicha pieza de inserción metálica está enclavada con pasadores a dicha una hoja metálica, para mantener a dicha pieza de inserción en posición mientras se monta dicho paquete y se sella por soldadura alrededor de dicha periferia exterior.

12. Una estructura sandwich metálica expandida (30) que tiene almas de rigidez internas integrales (36) y al menos un punto fuerte metálico integral (40, 41) que comprende:

una hoja superior de metal superplástico, y una hoja inferior de metal superplástico, estando dichas hojas superior e inferior espaciadas entre sí y definiendo entre ellas un espacio interno cerrado dentro de dicha estructura sandwich;

una pluralidad de almas (36) unidas integralmente con y que unen a dichas hojas superior e inferior, abarcando dichas almas dicho espacio interno cerrado;

al menos una pieza de inserción de bloque metálica (106, 108) unida integralmente con dicha hoja superior y dicha hoja inferior y que abarca dicho espacio interno cerrado, formando dicha pieza de inserción un punto fuerte para proporcionar un camino para la carga entre dichas hojas superior e inferior, para distribuir las fuerzas ejercidas sobre dicha estructura sandwich por la ferretería de unión, mediante la cual dicha estructura sandwich está conectada a la estructura adyacente; y

una pluralidad de agujeros para elementos de sujeción a través de al menos una de dichas hojas y al menos parcialmente dentro de dicho punto fuerte de bloque metálico para recibir los elementos de sujeción mediante los cuales puede ser unida dicha estructura sandwich a otra estructura.

13. Una estructura sandwich metálica expandida como la definida en la reivindicación 12, en la que:

dicha pieza de inserción metálica (106, 108) está también unida integralmente a al menos una de dichas almas (36) y forma un camino para la carga entre dicha alma y dicho punto fuerte (40, 41), para distribuir dichas fuerzas ejercidas sobre dicha estructura sandwich (30) por la ferretería de unión, mediante la cual se conecta dicha estructura sandwich a una estructura adyacente.

14. Una estructura sandwich metálica expandida como la definida en la reivindicación 13, en la que:

dicha pieza de inserción metálica (106, 108) está unida a dicha alma y a dichas hojas superior e inferior por unión por difusión.

15. Una estructura sandwich metálica expandida como la definida en la reivindicación 14, en la que dicha pieza de inserción es un bloque metálico en el cual están mecanizadas superficies de unión para recibir dicha ferretería de unión mediante la cual se une dicha estructura sandwich metálica expandida a una estructura adyacente.

16. Una estructura sandwich metálica expandida como la definida en la reivindicación 13, en la
que:

dicha pieza de inserción está hecha de material superplástico y se adapta a dicho espacio entre dichas hojas superior e inferior cuando se cierra dicha estampa y ejerce presión a través de dichas hojas superior e inferior sobre dicha pieza de inserción.

17. Una estructura sandwich metálica expandida como la definida en la reivindicación 12, en la que:

dicha pieza de inserción es un solo bloque ajustado dentro de una abertura cortada a través de un par de hojas de núcleo (44, 46), del cual se forman dichas almas.

18. Una estructura sandwich metálica expandida como la definida en la reivindicación 17, en la que:

dichas hojas de núcleo están unidas integralmente a dicho bloque.

19. Una estructura sandwich metálica expandida como la definida en la reivindicación 13, en la que:

dicho punto fuerte incluye un bastidor periférico que rodea a dicha estructura sandwich metálica y existente como un borde exterior de la misma, unido a y que se extiende entre dichas hojas superior e inferior, y unido integralmente a dichas almas.

20. Una estructura sandwich metálica expandida como la definida en la reivindicación 13, en la que:

dichas almas adoptan la forma de almas de celosía en diagonal que se extienden formando un ángulo entre dichas hojas de las caras superior e inferior y conectadas a dicho punto fuerte.

21. Un conjunto estructural, que comprende:

una pieza de sandwich metálica expandida y una estructura adyacente a la cual está unida dicha pieza de sandwich;

incluyendo dicha pieza de sandwich metálica expandida una hoja superior, una hoja inferior espaciada de dicha hoja superior, almas integrales que abarcan dicho espacio entre dichas hojas superior e inferior y unidas integralmente a ellas, y un punto fuerte integral de bloque metálico, integral con dichas hojas superior e inferior, proporcionando dicho punto fuerte un camino para la carga entre dichas hojas superior e inferior para distribuir las fuerzas ejercidas sobre dicha estructura de sandwich por la ferretería de unión mediante la cual se conecta dicha estructura de sandwich a una estructura adyacente; y

agujeros para elementos de sujeción a través de al menos una de dichas hojas y al menos parcialmente dentro de dicho punto fuerte para recibir elementos de sujeción para unir dicha pieza de sandwich metálica expandida por medio de dicho punto fuerte a dicha estructura adyacente.

22. Un conjunto estructural como el definido en la reivindicación 21, que comprende además:

superficies de aplicación en dicho punto fuerte aplicadas con ferretería de unión que se extiende entre dicha estructura adyacente y dicha pieza de sandwich metálica, existiendo dicha ferretería de unión en un estado de tensión para sujetar con seguridad dicha estructura adyacente y dicha pieza juntas.

23. Un conjunto estructural como el definido en la reivindicación 22, en el que:

dicho punto fuerte adopta la forma de un bastidor periférico que circunda a dicha pieza como una estructura periférica del mismo.

24. Un conjunto estructural como el definido en la reivindicación 23, en el que:

dicho bastidor periférico tiene una superficie de borde periféricos continuo que se extiende alrededor de dicha pieza y que conecta directamente y está unido integralmente a los bordes periféricos exteriores de dichas hojas superior e inferior, constituyendo dicho borde periféricos de dicho bastidor un cerramiento de dicha pieza enrasado con dichos dos bordes periféricos exteriores de dichas hojas superior e inferior.

25. Un conjunto estructural como el definido en la reivindicación 24, en el que:

dichas superficies de aplicación incluyen un agujero que se abre en dicho borde periféricos continuo de dicho bastidor periférico para recibir un elemento de sujeción mediante el cual se une dicha pieza a dicha estructura adyacente.

26. Un conjunto estructural como el definido en la reivindicación 23, en el que:

dichas almas están conectadas integralmente a dicho bastidor periférico y acoplan las fuerzas desde dicha estructura adyacente, a través de dicho bastidor, a dichas hojas superior e inferior y a través de dicha pieza, evitándose con ello concentraciones de esfuerzos en los puntos de unión sobre dicha pieza.

27. Un conjunto estructural como el definido en la reivindicación 22, que comprende además:

rebajos mecanizados en dicho punto fuerte para recibir dicha ferretería de unión en una posición rebajada dentro de las superficies exteriores de dichas hojas superior e inferior.

28. Un método para unir una estructura sandwich unida por difusión conformada por superplasticidad a una estructura adyacente, que comprende:

seleccionar una estructura sandwich unida por difusión, conformada por superplasticidad, que tiene una hoja superior, una hoja inferior espaciada de dicha hoja superior, y que definen entre ellas un espacio interno, almas integrales que abarcan dicho espacio interno y unidas integralmente a dichas hojas superior e inferior, y un punto fuerte metálico integral con dichas hojas superior e inferior y con partes de dichas almas;

mecanizar una abertura a través de al menos una de dichas hojas y al menos parcialmente dentro de dicho punto fuerte metálico integral, para recibir ferretería de unión para unir dicha estructura sandwich a una estructura adyacente;

insertar dicha ferretería de unión dentro de dicha abertura, y aplicar las superficies en dicha abertura con dicha ferretería de unión; y

unir dicha ferretería de unión a dicha estructura adyacente para unir dicha estructura sandwich a dicha estructura adyacente y para establecer un camino para la transferencia de la carga entre dicha estructura sandwich y dicha estructura adyacente que distribuya las cargas en dicha estructura sandwich uniformemente entre ellas.

29. Un método como el definido en la reivindicación 28, en el que:

dicha abertura es un agujero perforado a través de dicho punto fuerte;

dicha ferretería de unión es un perno que se extiende a través de dicho agujero y a través de otro agujero en dicha estructura adyacente, y sujeto con una tuerca apretada para ejercer una fuerza de tracción que sujete dicha estructura adyacente a dicha estructura sandwich, teniendo dicho punto fuerte una resistencia a la compresión suficiente como para reaccionar a dicha fuerza de tracción ejercida por dicha tuerca y perno.

30. Un método como el definido en la reivindicación 28, en el que:

dicha abertura es un agujero perforado en dicho punto fuerte y roscado con roscas helicoidales;

dicha ferretería de unión es un tornillo para máquina que se extiende dentro de dicho agujero y a través de otro agujero en dicha estructura adyacente, teniendo dicho tornillo para máquina roscas helicoidales engranadas con dichas roscas helicoidales en el agujero, y apretado con un par de torsión para ejercer una fuerza de tracción que sujete dicha estructura adyacente a dicha estructura sandwich, teniendo dicho punto fuerte una resistencia suficiente como para reaccionar a la fuerza de tracción ejercida por dicho tornillo para máquina.

31. Un método como el definido en la reivindicación 28, en el que:

dicho punto fuerte incluye un bastidor periférico que rodea a dicha esa y que constituye un borde periférico de la misma.

32. Un método como el definido en la reivindicación 31, en el que:

dicho bastidor periférico es una estructura continua y constituye un cerramiento periférico que se levanta verticalmente alrededor de dicha estructura sandwich.

33. Un método como el definido en la reivindicación 31, en el que:

dicho punto fuerte está situado a lo largo de un borde de dicha estructura sandwich, y dicha abertura es un agujero perforado en un borde que mira hacia el lado de dicho bastidor periférico para recibir dicha ferretería de unión.

34. Un método como el definido en la reivindicación 33, en el que:

dicho agujero en dicho borde que mira hacia el lado de dicho bastidor periférico está roscado para producir roscas helicoidales que constituyen dichas superficies en dicha abertura para engrane con un elemento de sujeción roscado que comprende dicha ferretería de unión.

35. Un método como el definido en la reivindicación 28, en el que:

dicho punto fuerte incluye dos medios bloques situados dentro de dicho espacio interno, estando dichos dos medios bloques unidor por difusión a dichas hojas de las caras y a una hoja de núcleo que forman dichas almas, para formar una estructura unitaria integral.

36. Un método como el definido en la reivindicación 28, en el que:

se inserta dicha ferretería de unión en un rebajo mecanizado en dicho punto fuerte para recibir dicha ferretería de unión dentro de líneas de molde interior y exterior, definidas por superficies exteriores de dichas hojas superior e inferior.

37. Un método como el definido en la reivindicación 38, en el que:

dicha ferretería de unión incluye elementos de sujeción que sujetan una hoja de una articulación a dicho punto fuerte, teniendo dicha articulación otra hoja unida a dicha estructura adyacente, uniendo dicha articulación dicha estructura sandwich a dicha estructura adyacente para girar con relación a ella.

38. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la estructura sandwich metálica tiene dos hojas de caras espaciadas que definen en las superficies exteriores una línea de molde exterior, y en las superficies interiores entre ellas un espacio abierto, y una pluralidad de almas que abarcan dicho espacio abierto y que acoplan dichas dos hojas de caras, que comprende:

preconformar dos hojas de núcleo de un núcleo en áreas seleccionadas en el área central de celdas de dicho núcleo en una burbuja, para preadelgazar dichas hojas de núcleo en dichas áreas seleccionadas;

montar dichas hojas de cara y dicho núcleo en un paquete con dichas hojas de cara abarcando dicho núcleo;

insertar un primer racor para gas que comunique desde el exterior de dicho paquete con el espacio interior del núcleo dentro de dicho núcleo entre dichas hojas de núcleo, e insertar un segundo racor para gas que comunique desde dicho paquete exterior con el espacio interior del paquete dentro de dicho paquete, entre dicho núcleo y dichas hojas de las caras;

sellar dichas hojas de las caras y dicho núcleo juntos alrededor de un borde periféricos exterior de dicho paquete en dos envueltas estancas al aire encajadas que incluyen una envuelta interior y una envuelta exterior, comprendiendo dicha envuelta interior dicho núcleo, y comprendiendo dicha envuelta exterior dichas hojas de las caras;

calentar dicho paquete a temperaturas de superplasticidad dentro de una estampa que tiene una cavidad de estampa con superficies interiores configuradas como dicha línea de molde exterior de dicha estructura sandwich metálica;

mientras está a temperaturas de superplasticidad, inflar dicha envuelta exterior contra dichas superficies interiores de la cavidad de la estampa, inyectando para ello gas de conformación en dicha envuelta exterior a través de dicho segundo racor para gas, e inflar dicha envuelta interior contra dicha envuelta exterior inyectando para ello gas de conformación en dicha envuelta interior a través de dicho primer racor para gas;

unir por difusión dichas hojas de núcleo alrededor de dichas líneas de unión a partes de dichas hojas de núcleo en lados opuestos de dichas líneas de unión, y a dichas hojas de las caras para producir dichas almas alrededor de dichas celdas;

con lo que se minimiza el adelgazamiento de dichas almas en las regiones de unión de dichas almas y dichas hojas de las caras.

39. Un método como el definido en la reivindicación 38, que comprende además:

insertar un punto fuerte en forma de un bastidor periférico entre dichas hojas de las caras y rodeando a dicho núcleo, constituyendo dicho bastidor periférico un borde periféricos de dicha estructura sandwich;

teniendo dicho bastidor periférico una dimensión del grosor en una dirección perpendicular al plano de dichas hojas de las caras superior e inferior al menos igual a la altura combinada de dichas burbujas del núcleo;

con lo que dicho borde periféricos mantiene una separación entre dichas burbujas del núcleo y dichas hojas de las caras durante el calentamiento a temperaturas de superplasticidad, para evitar la distorsión de dichas burbujas por dichas hojas de las caras y la unión por difusión prematura a elevadas temperaturas.

40. Un método como el definido en la reivindicación 38, que comprende además:

montar dicho bastidor periférico como dos medios bastidores superior e inferior separados, estando dicho medio bastidor superior entre dicho núcleo y dicha hoja superior y estando dicho medio bastidor inferior entre dicho núcleo y dicha hoja de la cara inferior.

41. Un método como el definido en la reivindicación 40, en el que:

dicho paso de sellado incluye soldar dicha hoja de núcleo, dichos medios bastidores superior e inferior, y dichas hojas de las caras superior e inferior, juntos, alrededor de los bordes periféricos exteriores de los mismos.