Recenzja II

Komentarze

Transkrypt

Recenzja II
Warszawa, 30.09.2016
Dr hab. inż. Dariusz Golański, prof. PW
Politechnika Warszawska
Wydział Inżynierii Produkcji
Zakład Inżynierii Spajania
02-524 Warszawa, ul. Narbutta 85
RECENZJA
Rozprawy doktorskiej mgr inż. Jacka Leśniewskiego pod tytułem
„Analiza zjawisk cieplno-mechanicznych w procesie zgrzewania tarciowego punktowego
metali lekkich”
Recenzja została opracowana na podstawie pisma Dziekana Wydziału Mechanicznego
Politechniki Wrocławskiej z dnia 11.07.2016 zgodnie z uchwałą Rady Wydziału Mechanicznego
Politechniki Wrocławskiej.
1. Tematyka rozprawy
Stale rozwijający się przemysł wymaga również rozwoju nowych technologii, które będą
mogły sprostać coraz to wyższym wymaganiom od strony wytrzymałości czy jakości i trwałości
wytwarzanych konstrukcji. Bardzo ważną rolę w procesach wytwarzania odgrywają obecnie
czynniki związane z ekonomiką procesów oraz ochroną środowiska. Opracowywane są zatem
procesy wytwarzania stanowiące alternatywę do obecnie stosowanych technologii,
wprowadzające szereg korzyści takich jak wysoka energooszczędność procesu, niższy koszt czy
też znaczące ograniczenie zanieczyszczenia środowiska.
W ten nurt rozwoju bardzo dobrze wpisują się procesy zgrzewania tarciowego.
W szczególności chodzi tu o stosunkowo młodą odmianę procesu zgrzewania tarciowego –
zgrzewanie z przemieszaniem materiału (FSW). Metoda ta opracowana w Wielkiej Brytanii w
roku 1992 znalazła już znaczącą liczbę aplikacji przemysłowych w takich dziedzinach jak
przemysł samochodowy, kolejowy, elektryczny, kosmiczny czy w inżynierii lądowej wypierając
tradycyjne metody wytwarzania. Metoda ta umożliwia utworzenie złącza dwóch lub więcej
materiałów w stanie stałym, bez konieczności stosowania materiałów dodatkowych czy też
gazów ochronnych jak to ma miejsce w klasycznych procesach spawania. Zapewnia przy tym
wysoką wytrzymałość złącza oraz krótki czas i niski koszt procesu. Pozwala także na możliwość
łączenia materiałów różnoimiennych, których nie można połączyć przy pomocy klasycznych
metod spawania. Wraz z rozwojem procesu zgrzewania tarciowego z przemieszaniem materiału
(FSW) powstawały coraz to nowe odmiany tej technologii, do których zaliczyć można
1
zgrzewanie tarciowe punktowe (FSSW) czy zgrzewanie tarciowe punktowe z wypełnieniem
(RFSSW). Ze względu na charakter powstałego złącza odmiany te mogą konkurować np. z
procesami zgrzewania rezystancyjnego, które stosowane jest na dużą skalę m.in. w przemyśle
samochodowym.
Zaproponowana w niniejszej rozprawie tematyka badawcza związana jest właśnie z
procesami zgrzewania tarciowego punktowego (FSSW i RFSSW), które z uwagi na to, że są
stosunkowo młode, nie zostały wystarczająco zbadane i opisane. W szczególności chodzi tu
m.in. o zagadnienia cieplno-mechaniczne, które odgrywają kluczową rolę w procesie zgrzewania
tarciowego i mają decydujący wpływ na właściwości otrzymywanych połączeń.
Autor w swojej rozprawie podjął się próby analizy zjawisk cieplnych i mechanicznych jakie
mają miejsce w procesie zgrzewania tarciowego punktowego stopów metali lekkich (aluminium
oraz magnezu). Biorąc pod uwagę szeroki obszar potencjalnego zastosowania badanych złączy
(np. przemysł samochody, inżynieria lądowa) oraz ograniczenie energochłonności i
zanieczyszczenia środowiska w procesie zgrzewania tarciowego można stwierdzić, że podjęte
przez autora zagadnienie badawcze wydaje się bardzo aktualne, a zaproponowana tematyka
badawcza jest celowa.
2. Charakterystyka rozprawy
Praca liczy 183 strony i składa się z 8 rozdziałów. Można ją podzielić na część dotyczącą
analizy stanu zagadnienia na podstawie literatury obejmującą 42 strony (stanowiącą jeden duży
rozdział) oraz część opisującą badania własne. W pierwszym rozdziale tej części Autor
przedstawił tezę, cel oraz harmonogram pracy. Ma ona charakter obliczeniowoeksperymentalny, na który składa się modelowanie numeryczne pola temperatury oraz pola
odkształceń przy zgrzewaniu tarciowym oraz badania makro i mikrostruktury, twardości i
wytrzymałości złączy ze stopów aluminium i magnezu zgrzewanych tarciowo metodą punktową
oraz punktową z wypełnieniem. Część własną kończą rozdziały obejmujące analizę otrzymanych
wyników oraz podsumowanie i wnioski końcowe z pracy. Zamykająca pracę część „Literatura”
obejmuje 183 pozycje, w których brak jest publikacji autora.
3. Ocena merytoryczna
Analiza stanu zagadnienia obejmuje charakterystykę metody zgrzewania tarciowego z
przemieszaniem materiału (FSW) obejmującą istotę procesu, jego zalety, wady, parametry,
konstrukcję i rodzaje narzędzia oraz zastosowanie przemysłowe. W kolejnych podpunktach
zostały także omówione odmiany zgrzewania tarciowego: zgrzewanie punktowe (FSSW) oraz
zgrzewanie punktowe z wypełnieniem (RFSSW). Z uwagi na analizowane w pracy zagadnienia
cieplno-mechaniczne w procesie zgrzewania tarciowego w części literaturowej opisano także
modele stosowane przy symulacji numerycznej tego procesu, która najczęściej wykorzystują
modelowanie za pomocą metody elementów skończonych. Wyróżniono tutaj modelowanie
zagadnień termodynamicznych według opisu Eulera oraz według opisu Lagrange’a, które
zostały szczegółowo przedstawione w kolejnych podrozdziałach. Z zamieszczonych na
2
podstawie analizy literaturowej przykładów widać, że występuje wyraźny podział na analizę
zagadnień procesu zgrzewania tarciowego poprzez wykorzystanie mechaniki płynów oraz
mechaniki ciała sztywnego. Do modelowania stosowane jest zazwyczaj oprogramowanie
komercyjne oparte na MES. Ilość dostępnych obecnie pakietów oprogramowania jest bardzo
duża i praktycznie nie można wyróżnić jednego dominującego, który najlepiej sprawdzałaby się
w tego typu analizach.
Z uwagi na charakter procesu zgrzewania tarciowego, w którym rozwijać się mogą duże
odkształcenia plastyczne, do opisu materiału często stosowany jest model Johnsona-Cooka
uwzględniający również prędkość odkształcenia materiału. Modelowanie procesu zgrzewania
tarciowego, w którym materiał doznaje dużych odkształceń plastycznych oraz występuje
równocześnie nagrzewanie poprzez strumień cieplny pochodzący od obracającego się narzędzia
oraz z ciepła powstałego w wyniku pracy odkształcenia plastycznego jest zagadnienie trudnym i
złożonym bowiem wymaga często zastosowania analizy sprzężonej cieplno-mechanicznej, oraz
przyjęcia określonego modelu konstytutywnego materiału, którego właściwości są funkcją
temperatury. Istotnym problemem są także m.in. termiczne warunki brzegowe, które
determinują wymianę ciepła w modelu. Stąd w procesie modelowania numerycznego przyjmuje
się często szereg założeń upraszczających, które umożliwiają przeprowadzenie analizy.
Przykładem jest choćby zdefiniowanie w modelu rodzaju kontaktu jaki ma miejsce między
trzpieniem a materiałem zgrzewanym w postaci modelu Coulombowskiego lub modelu
Nortona-Hoffa z granicą lepkoplastyczną. Kolejnym elementem mającym wpływ na
powstawanie pola temperatury, odkształceń i naprężeń w procesie zgrzewania są parametry
technologiczne procesu takie jak prędkość obrotowa trzpienia i jego posuw, a także kształt
narzędzia roboczego (trzpienia), który może przybierać bardzo różną postać i przez to istotnie
wpływa na przebieg procesu tarcia i mieszania materiału, co z kolei będzie także oddziaływać
na zużycie narzędzia. Autor przytacza w tej części szereg prac badawczych, w których
analizowano przepływ materiału pod wpływem obracającego i przemieszczającego się
narzędzia. Analiza wyników modelowania przepływu metalu zgrzewanego wokół obracającego
się trzpienia umożliwia dobór optymalnego kształtu narzędzia oraz parametrów procesu.
Większość przedstawionych tutaj przykładów modelowania procesu zgrzewania
tarciowego odnosi się głównie do metody zgrzewania tarciowego z przemieszczającym się
liniowo trzpieniem (klasyczna metoda FSW). Natomiast modele zgrzewania tarciowego
punktowego FSSW jak zauważa Autor są bardzo nielicznie opisywane w publikacjach
naukowych, choć zarówno modele konstytutywne jak i założenia do obliczeń są bardzo
podobne do tych stosowanych w procesie klasycznego zgrzewania FSW.
Opisane przez Autora przykłady modelowania procesu zgrzewania tarciowego świadczą o
dość dużej rozbieżności w stosowanych modelach a także w założeniach (uproszczeniach) do
obliczeń. Widać na ich podstawie, że nie ma obecnie zdefiniowanego jednego wiodącego
schematu, który należałoby stosować przy modelowaniu tego typu procesu. W szczególności,
modelowanie procesu zgrzewania punktowego (FSSW), którego przebieg jest podobny do
zgrzewania FSW, występuje w niewielkiej liczbie publikacji. W przypadku procesu zgrzewania
punktowego z wypełnieniem (RFSSW) brak jest w obecnej literaturze naukowej przykładów
3
modelowania tego procesu. Zatem podjęta przez Autora próba modelowania pól temperatury i
odkształceń w procesach zgrzewania tarciowego punktowego jest cenna i powinna przyczynić
się do lepszego poznania zjawisk jakie towarzyszą temu procesowi.
Drobne uwagi jakie nasunęły mi się do tej części pracy dotyczą głównie użytych niektórych
sformułowań oraz błędów redakcyjnych jak np.:
 Str. 9 „zastosowanie metody zgrzewania z wmieszaniem” (raczej z przemieszaniem)
 Str. 18, rys.12 – brak osi i ich opisu na wykresie zmian parametrów
 Str.19 „znikomy wpływ lub nawet jego brak na materiał..” – wpływ czego?
 Str.17, Przy opisie metody RFSSW – Jakie są wady tej metody, jaki jest koszt głowicy,
jakie materiały stosuje się na trzpień i tuleję. Czy w tej metodzie stosuje się różne
rozwiązania konstrukcyjne głowicy jak to ma miejsce np. w klasycznej metodzie FSW.
 Str.20, „.. oraz zależność od szybkości odkształcenia” (raczej prędkości odkształcenia)
 Str.21, „lepko plastyczna” (styl: piszemy razem)
 Str.22, „Ciepło opisane równaniem zostało przyłożone” (jakim równaniem?)
 Str.24, u dołu „zmodyfikowane prawo konstytutywne” (raczej równanie
konstytutywne)
 Str.27, Ciepło generowane wskutek tarcia pomiędzy narzędziem...” (raczej strumień
cieplny)
 Str.30, Czy są wyniki opisujące czy był zbadany i jaki jest wpływ kształtu trzpienia (i
wieńca oporowego) na ilość powstającego ciepła. Jaki kształt trzpienia zapewnia
największą a jaki kształt trzpienia najmniejszą ilość wprowadzonego ciepła?
 Str.42, u dołu, „model materiału jest elasto-plastyczny” (powinno być sprężystoplastyczny)
 Str. 43, „materiał elastyczny” (materiał sprężysty)
 Str. 45, „trzpień o przekroju cylindrycznym” (raczej kołowym bo cylinder jest bryłą)
Przeprowadzona analiza stanu zagadnienia jest ściśle związana z rodzajem i zakresem
badań, jakie zostały postawione w rozprawie, choć Autor skupił się niemal wyłącznie na
zagadnieniach modelowania zjawisk cieplnych i mechanicznych, pomijając kwestie badań
eksperymentalnych w tego typu złączach. W podsumowaniu Autor wskazał na kluczowe
obszary zagadnień oraz parametry procesu, które odgrywać będą największą rolę z punktu
widzenia właściwości zgrzewanych tarciowo złączy, co stanowi dobrą bazę pod zaplanowane
badania własne.
Część druga pracy dotyczy badań własnych – obejmujących modelowanie numeryczne
procesu zgrzewania tarciowego oraz część eksperymentalną związaną z wybranymi badaniami
otrzymanych złączy. Na samym początku Autor, opierając się na analizie stanu zagadnienia,
stawia tezę, według której zastosowanie metod numerycznych umożliwia wyjaśnienie
mechanizmów generowania i przepływu ciepła przy założonych parametrach procesu, a także
określenie wpływu tych parametrów na powstawanie połączenia w procesach zgrzewania
tarciowego punktowego w odmianach FSSW i RFSSW (z wypełnieniem). Z tezą tą związane
4
zostały dwa cele pracy: naukowy obejmujący analizę zjawisk cieplno-mechanicznych w procesie
zgrzewania tarciowego punktowego stopów metali lekkich (Al, Mg) oraz cel utylitarny jakim jest
określenie parametrów procesu zapewniających uzyskanie połączenia, a następnie zbadanie
jego właściwości. Jako kryterium pozwalające stwierdzić, że powstanie złącze zgrzewane Autor
przyjął na podstawie literatury warunek zakładający osiągnięcie w złączu temperatury równej
co najmniej 0,53 bezwzględnej temperatury topnienia materiału. Dla warunków modelowania
numerycznego, z którego otrzymujemy rozkład temperatury w dowolnym punkcie złącza, być
może należałoby sprecyzować w jakim miejscu czy obszarze złącza ten warunek powinien być
spełniony aby jednoznacznie stwierdzić, że złącze zostanie utworzone. Istotne jest także to, aby
powstałe połączenie charakteryzowało się odpowiednimi parametrami wytrzymałościowymi,
które mogą być sprawdzone poprzez np. badania wytrzymałościowe. W tym celu Autor
przedstawił harmonogram badań, gdzie poza gałęzią modelowania numerycznego procesów
FSSW i RFSSW, zaplanowane zostały badania eksperymentalne wytworzonych metodami FSSW i
RFSSW złączy punktowych z dwóch rodzajów materiałów: stopu aluminium AW-1050A oraz
stopu magnezu AZ 31B-O. Z harmonogramu badań wynika, że do zgrzewania punktowego FSSW
wykorzystano tylko stop aluminium, a do zgrzewania punktowego RFSSW zarówno stop
aluminium oraz magnezu, co od razu nasuwa pytanie dlaczego nie podjęto prób zgrzewania
stopu magnezu metodą FSSW. Ponadto Autor nie wytłumaczył dlaczego w części
eksperymentalnej zastosowano pomiary temperatury, momentu tarcia i siły docisku jedynie do
złączy wykonywanych metodą FSSW, a statyczną próbę ścinania tylko do złączy wykonywanych
metodą RFSSW (z wypełnieniem).
W kolejnym rozdziale pracy opisana została metodyka badań oraz stanowisko pomiarowe
do prób zgrzewania metodami FSSW i RFSSW, po których Autor przechodzi już do modelowania
numerycznego. Myślę, że korzystniejsze dla pracy byłoby przesunięcie opisu stanowisk do
badań i zgrzewania tarciowego do tej części pracy, w której są opisywane wyniki prób
zgrzewania oraz badania złączy (rozdz. 5 i 6) a więc po rozdziale dotyczącym modelowania
numerycznego.
Modelowanie procesu zgrzewania tarciowego punktowego obejmowało obie odmiany
zgrzewania FSSW i RFSSW. Autor wykorzystał do tego celu komercyjne oprogramowanie
inżynierskie (MSC.Marc) oparte o metodę elementów skończonych, które często jest
wykorzystywane w analizach, gdzie występują duże odkształcenia plastyczne. Dodatkową zaletą
programu była możliwość tworzenia nowej siatki elementów skończonych w sytuacji gdy duże
odkształcenia plastyczne prowadziłyby do degradacji tej siatki i przerwania obliczeń. Autor
zastosował w obliczeniach analizę sprzężoną obejmującą modelowania pola temperatury oraz
pola naprężeń i wykorzystał symetrię osiową modelu, która pozwoliła na skrócenie czasu
obliczeń. W modelowaniu przyjęto model materiału Johnsona-Cooka, który uwzględnia wpływ
temperatury oraz prędkości odkształcenia na wielkość naprężeń. Jak wykazała analiza stanu
zagadnienia model ten był bardzo często stosowany przy opisie materiału podczas zgrzewaniu
metodą FSW. Autor przyjął do obliczeń właściwości materiałowe (cieplno-fizyczne) jako
niezależne od temperatury uzasadniając to brakiem danych o ich zmienności. Jest to dosyć
istotne uproszczenie, bowiem zmiana właściwości cieplnych i fizycznych materiałów wraz ze
5
zmianą temperatury może prowadzić do istotnej zmiany chwilowych właściwości materiału w
trakcie procesu zgrzewania, jeśli temperatura nagrzewania zmienia się np. o kilkaset stopni.
Myślę, że można było tutaj z powodzeniem znaleźć w literaturze zmienne z temperaturą dane
materiałowe dla stopów Al i Mg o podobnych składzie.
W dalszym opisie modelu numerycznego Autor definiuje warunki brzegowe w
zagadnieniu termicznym (wymiana ciepła przez konwekcję, przewodzenie ciepła w kontakcie na
granicy trzpień-blacha) oraz określa kluczowy dla analizy termicznej warunek opisujący
obciążenie cieplne modelu. Wielkość tego obciążenia w postaci strumieni ciepła (różnych)
przyłożonych do czołowej i bocznej powierzchni trzpienia została określona w sposób
analityczny z uwzględnieniem tarcia wewnętrznego na powierzchniach kontaktu trzpień-blacha.
Zastosowanie szeregu założeń upraszczających dla tak trudnego w opisie modelu zgrzewania
tarciowego obejmującego sprzężoną analizę cieplno-mechaniczną z dużymi odkształceniami
plastycznymi oraz tarciem na powierzchniach kontaktu trzpień-blacha jest często stosowane i
uzasadnione w procesach modelowania. Istotna jest w takim przypadku weryfikacja
doświadczalna modelu, oraz jakościowy obraz otrzymanych wyników, które Autor w dalszej
części pracy przedstawił.
Modelowanie procesu zgrzewania przeprowadzono dla trzech różnych prędkości
obrotowych narzędzia w przypadku metody FSSW natomiast w metodzie RFSSW skupiono się
na porównaniu wyników dla różnych materiałów (stop Al, Mg) zgrzewanych przy jednakowej
prędkości obrotowej. Na podstawie wyznaczonego z obliczeń rozkładu pola temperatury w
złączu oraz przyjętego przez Autora kryterium temperaturowego okazało się, że we wszystkich
zbudowanych modelach i parametrach procesu przekroczona została minimalna temperatura w
złączu zapewniająca otrzymanie prawidłowego połączenia. Parametry te zostały wykorzystane
następnie do wykonania rzeczywistych złączy, które poddano badaniom.
Dla złączy wykonanych metodą FSSW przeprowadzono badania makro i mikroskopowe
oraz pomiary twardości. Ponadto, przeprowadzono pomiary temperatury za pomocą termopary
umieszczonej w niewielkiej odległości od złącza, oraz pomiary momentu i siły tarcia poprzez
specjalną głowicę przymocowaną do trzpienia. Wyniki te porównano z przebiegiem
temperatury, momentu i siły tarcia uzyskanymi z modelowania numerycznego uzyskując dużą
zgodność zarówno co do charakteru ich przebiegu jak i uzyskanych wartości. Strefa odkształceń
plastycznych w złączu wyznaczona poprzez analizę numeryczną ma bardzo podobny kształt
widoczny na zdjęciach mikrostruktury złącza jako strefa wpływów termomechanicznych.
W przypadku złączy ze stopu aluminium (AW-1050A) oraz magnezu (AZ 31B-O)
zgrzewanych metodą RFSSW (z wypełnieniem) badania metalograficzne wykazały, że złącza
mają jednorodną strukturę, pozbawioną wad spawalniczych z widocznym obszarem
występowania strefy odkształceń plastycznych. Badania twardości wykazały nieduże wahania
na szerokości złącza, jedynie dla stopu Mg widoczny jest skokowy wzrost twardości na krawędzi
złącza. Badania wytrzymałościowe na ścinanie otrzymanych złączy zakładkowych ze stopu Al
pokazały, że zniszczenie wystąpiło w materiale rodzimym lub w samej zgrzeinie w zależności od
parametrów procesu. Natomiast dla złączy zakładkowych ze stopu Mg próby ścinania złączy ze
zgrzeinami pojedynczymi oraz podwójnymi w dwóch różnych konfiguracjach wykazały
6
zróżnicowaną wytrzymałość oraz różny charakter zniszczenia złącza występujący w materiale
rodzimym i w zgrzeinie. Przełom tego zniszczenia wskazuje, że występowała tutaj tzw. zgrzeina
pierścieniowa.
Dokonano także porównania odkształceń złącza zgrzewanego metodą RFSSW z
rzeczywistą próbką, której proces zgrzewania został przerwany w momencie wycofania się tulei.
Wykonane zdjęcia makrostruktury obszaru złącza ujawniły kształt bardzo zbliżony do obrazu
deformacji złącza oraz rozkładu odkształceń plastycznych otrzymanych w wyniku modelowania
numerycznego procesu zgrzewania RFSSW.
Autor pokusił się także o porównanie wytrzymałości teoretycznej otrzymanych złączy
zgrzewnych tarciowo z analogicznymi złączami, które należałoby wykonać metodą zgrzewania
rezystancyjnego, wykazując że zgrzeiny punktowe tarciowe mogą uzyskiwać teoretycznie
podobną wytrzymałość jak zgrzeiny punktowe zgrzewane rezystancyjnie.
Ostatnim rozdziałem pracy są wnioski, które Autor wyciągnął z przeprowadzonych badań
dzieląc je na grupy wniosków poznawczych oraz utylitarnych. W ramach tych pierwszych Autor
odniósł się do roli modelowania komputerowego zagadnień cieplnych i mechanicznych w
procesach zgrzewania tarciowego punktowego. Zbudowane modele umożliwiają określenie
wpływu parametrów procesu na rozkładu pola temperatury i odkształceń w złączu, czy też
wielkość sił działających na narzędzie trące. Modele numeryczne pozwoliły określić maksymalną
temperaturę w strefie połączenia, która zgodnie z przyjętym kryterium warunkuje otrzymanie
poprawnego połączenia. Wyznaczona strefa deformacji plastycznych w złączu pokrywa się z
wynikami badań makroskopowych. Określono także wpływ wielkości momentu tarcia oraz
nacisku głowicy w zależności od prędkości obrotowej narzędzia.
W ramach wniosków utylitarnych stwierdzono m.in., że model numeryczny został
zweryfikowany poprzez badania eksperymentalne uzyskując dobrą zgodność mierzonych
wielkości (temperatura, moment tarcia, strefa odkształceń plastycznych). Dzięki temu
parametry procesu stosowane przy modelowaniu wykorzystane zostały do wykonania
rzeczywistych złączy zgrzewanych, które wykazały się dobrymi własnościami mechanicznymi,
bez występowania niezgodności spawalniczych. Wykazano także, że niska prędkość zagłębiania
narzędzia ma wpływ zwiększoną temperaturę wywołaną silniejszym uplastycznieniem
materiału.
Autor wskazał także dalsze przewidywane i potencjalne kierunki badań związane z
procesami zgrzewania tarciowego punktowego (chodzi tu m.in. o inne materiały zgrzewane,
większy zakres badań w metodzie RFSSW).
Przeprowadzone w pracy badania są bardzo interesujące i zasługują na dużą uwagę.
Zawierają one szereg cennych wyników zwłaszcza w obszarze metodologii modelowania
numerycznego procesu zgrzewania tarciowego punktowego, który jest procesem złożonym i
wymagającym określenia pól temperatury i naprężeń w postaci sprzężonej z uwzględnieniem
dużych odkształceń plastycznych. Istotne jest to, że zbudowany model numeryczny został
pozytywnie zweryfikowany poprzez badania eksperymentalne, nie wykazując znaczących
odchyleń. Dzięki temu można było dobierać parametry procesu zgrzewania, na podstawie
7
których otrzymywano złącza zgrzewane z blach ze stopów Al i Mg pozbawionych wad o dobrych
właściwościach mechanicznych.
Wszystkie przeprowadzone badania zostały w pracy szczegółowo opisane, a uzyskane
wyniki poddane analizie oraz dyskusji, na podstawie których sformułowano szereg wniosków
zarówno o charakterze naukowym jak i utylitarnym.
Do najważniejszych osiągnięć w pracy zaliczyć należy:
 Zbudowanie modelu numerycznego (MES) do analizy pól temperatury i odkształceń w
zgrzewanych tarciowo metodami FSSW i RFSSW złączach ze stopów Al i Mg,
 Opisanie i dobór właściwych warunków definiujących strumienie cieplne powstające
na powierzchniach trących, a także warunków tarcia i wymiany ciepła na tych
powierzchniach,
 Weryfikacja eksperymentalna modelu numerycznego na podstawie pomiarów
wybranych parametrów (temperatura, moment tarcia, strefa odkształceń
plastycznych), które rejestrowano podczas prób technologicznych na zbudowanym
stanowisku pomiarowym.
 Wyznaczenie wpływu wybranych parametrów procesu zgrzewania tarciowego
punktowego (prędkość obrotowa i prędkość zagłębiania się trzpienia) na rozkład
temperatury w obszarze połączenia
 Określenie i zweryfikowanie kryterium temperaturowego jakie powinno być spełnione
aby zapewnić warunki dla powstania złącza w procesie zgrzewanie tarciowego w
odmianach FSSW i RFSSW
 Wykazanie, iż teoretyczna wytrzymałość złączy zgrzewanych tarciowo punktowo może
być bliska wytrzymałości analogicznych złączy zgrzewanych rezystancyjnie
Należy podkreślić bardzo dużą liczbę wykonanych próbek oraz przeprowadzonych badań i
pomiarów. Autor przeprowadził dyskusję otrzymanych wyników, z których wyciągnął wnioski
umożliwiające uzyskanie założonych celów pracy oraz udowodnienie postawionej w pracy tezy.
Pomimo dobrego odbioru prezentowanego materiału, lektura tej części pracy nasunęła mi
także kilka pytań i uwag związanych z pracą:
 Dlaczego w metodzie zgrzewania tarciowego FSSW nie zastosowano próbek ze stopu
magnezu jak to miało miejsce w metodzie RFSSW? Z czego wynikała różnica
zastosowanym programie badań, w którym np. badania wytrzymałościowe
zastosowano do tylko próbek z metody RFSSW, a np. pomiar temperatury próbki tylko
dla metody FSSW?
 Str. 56 niepoprawne wymiarowanie na rys. 29 np. wymiar 12 mm dociskacza, który
ma przekrój kołowy.
 Str.57, Tabela 1, różny układ jednostek (°C, K)
 Str.59, Czy dla materiału narzędzia (SW7M) przyjęto zależne od temperatury
właściwości cieplno-fizyczne (powinny być one dość łatwo dostępne)
 Str.60, Z czego wynikało przyjęcie temperatury początkowej równej 26°C
8














Str. 61, rys. 31, Jeśli dociskacz nie bierze udziału w procesie wymiany ciepła (ciało
sztywne) to dlaczego na rys.31 oznaczona jest wymiana ciepła h=15 W/m2K na granicy
dociskacz-blacha?
Str. 75, rys. 47-49, wykresy pokazują rozkład temperatury w osi oraz w odległości 3 i
5mm od osi, ale nie podano na jakiej wysokości (x). Można się tylko domyślać, że
chodzi o granicę połączenia dwóch blach.
Str.80, W modelu RFSSW przyjęto temperaturę początkową równą 22°C, a w modelu
FSSW 26°C. Z czego wynikają takie różnice?
Str.80 Dlaczego w modelu zgrzewania RFSSW dociskacz nie jest modelowany jako
ciało sztywne, jak to ma miejsce w modelu zgrzewania FSSW?
Str.84, w badaniach stosowano blachy ze stopu magnezu o grubościach 2+2 mm oraz
1,5+1,5 mm, natomiast w obliczeniach numerycznych tylko 2+2 mm, dlaczego nie
wykonana analizy dla grubości 1,5mm?
Str.91, Tabela 10 – czy obliczona dla zgrzewania RFSSW wysoka nadwyżka
temperatury ponad wartość wymaganą (464 vs. 205°C) oznacza, że np. proces
zgrzewania RFSSW mógłby być z powodzeniem realizowany dla prędkości obrotowej
np. 1400 obr/min zamiast 1800 obr/min?
Str.93, tabela 11, - czy czas trwania posuwu oznacza całkowity czas procesu, ponieważ
według rysunku np. 66 czas dochodzi tam do 35 s?
Str. 93-96, Jak można wytłumaczyć, że przy wzroście obrotów z 710 na 1400 obr/min.
temperatura maksymalna dla próbki 1.1 i 2.1 była podobna, ale moment i siła tarcia w
próbce 2.1 były znacznie niższe. Z czego mogą wynikać dość spore rozpiętości
temperatury maksymalnej pomiędzy próbkami z tej samej serii (szczególnie widoczne
dla prędkości 710 obr/min. gdzie dla próbek 1.1 i 1.2 był podobny moment i siła
docisku).
Str. 102, rys.78, - z czego wynikał wzrost twardości do 65 HV w strefie THAZ dla próbki
1.3, a nie było to widoczne dla próbek 2.3 i 3.3 (wyższe prędkości).
Str. 114, czy nieciągłość z rys.91 była obserwowana także w innych badanych
próbkach?
Str. 115, Dlaczego przy metodzie RFSSW twardość stopu AW-1050A mierzono przy
obciążeniu 50g (HV0,5), a wcześniej przy metodzie FSSW przy obciążeniu 20g (HV0,2)?
Str.119, „...ma wpływ miejsce wykonania złącza nr 2.7. Znajduje się on bliżej krawędzi
blachy niż to ma miejsce w próbie 2.5 oraz 2.6” Według rysunku 97 bliżej krawędzi
złącza jest zgrzeina w próbce nr 2.5 na rys.(a), a nie w próbce 2.7.
Str.120, „wszystkie próbki zostały zniszczone w zgrzeinach”, czy to oznacza, że złącza
nie spełniają warunków wytrzymałości ze względu na miejsce wystąpienia
zniszczenia?
„Można również zauważyć skupiska kruchych wydzieleń Mg17Al12”, - na jakiej
podstawie dokonano takiej identyfikacji fazowej materiału?
9


Str.136 i 145, „Próbki wykazywały powtarzalne wartości wytrzymałości na ścinanie
........2,0 [kN] ....”, - wytrzymałość materiałów nie jest wyrażana w [kN]
Str. 158, „Wnioski utylitarne”, A jakie wnioski można wyciągnąć z porównania
wyników badań pomiędzy metodami samymi zgrzewania FSSW i RFSSW stopu
aluminium?
Pozostałe błędy napotkane w pracy (głównie o charakterze, edycyjnym, stylistycznym):
 Str. 49, rys.22 – tylko sam diagram, bez żadnego opisu programu badań w tekście
 Str.53, „Narzędzie, którym wykonano próbki...”, - raczej wykonano złącza (styl)
 Str. 57, rys.30 – brak opisu rysunku w tekście
 Str.75, rys. 47,48,49 – brak opisu rysunków w tekście (powinien być jakiś komentarz),
 Str.82, błąd w numerach cytowanych równań (21) oraz (24), (25), (powinno być 25 i 26)
 Str.83 i na kilku innych (np. rys.56,57), kropka dziesiętna zamiast przecinka w liczbie
(=0.1)
 Str.89, rys. 59,60 – brak opisu (odniesienia się) do rysunków w tekście
 Str. 92, rys. 65, - czy zaznaczona na rysunku linia jest rzeczywiście w osi złącza?
 Str. 94, rys. 66-68 „wykres temperatury....” – powinno być wykres zmiany temperatury
(styl)
 Str. 105, rys.81, brak odniesienia w tekście do rysunku
 Str. 136, „Własności wytrzymałościowe złączy z pojedynczą zgrzeiną zobrazowano na
rys.121” – zobrazowano przebieg siły w trakcie rozciągania, a nie własności (styl)
 Str. 144, „Pomiary twardości przedstawiono na rys.52 ..”, - wyniki pomiarów twardości
(styl)
 Str.148, „Oznacza to, że siła niszcząca złącze ... ma wytrzymałość zbliżoną do
teoretycznej wytrzymałości ...” – nie można porównywać siły z wytrzymałością (styl)
 Str.149, „Własności wytrzymałościowe obydwu próbek ... przewyższają wytrzymałość
pojedynczych zgrzein”, jakie własności wytrzymałościowe (styl)
 Str.149, „Podobne wyniki w swoich badaniach uzyskał [114], (styl)
Zamieszczone powyżej uwagi mają w dużej mierze charakter dyskusyjny lub wyjaśniający i
nie zmieniają pozytywnego odbioru całej pracy, którą oceniam bardzo wysoko.
4. Wniosek końcowy
Recenzowana rozprawa spełnia wymagania stawiane pracom doktorskim zawarte w
ustawie o stopniach i tytułach naukowych. Jej tematyka mieści się w obszarze dyscypliny
budowa i eksploatacja maszyn. Stanowi rozwiązanie nowego zagadnienia o charakterze
naukowym. Postawione w pracy cele zostały osiągnięte, a sformułowana teza udowodniona.
Autor pracy wykazał się umiejętnością prowadzenia samodzielnej pracy badawczej. W związku z
powyższym wnioskuję o dopuszczenie pracy do obrony publicznej.
10

Podobne dokumenty