Dr hab. inż. Dariusz Golański, prof. PW Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Produkcji Zakład Inżynierii Spajania 02-524 Warszawa, ul. Narbutta 85 Warszawa, 30.09.2016 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/m 2 K 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 Mg 17 Al 12, - 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