„Badanie połączenia adhezyjnego powłoki z podłożem” inż. Dariusza Ulbricha pt.: Opinia o rozprawie doktorskiej mgra

dr hab. inż. Michał LIBERA

P O L I T E C H N I K A P O Z N A Ń S K A Wydział Maszyn Roboczych i Transportu Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych e-mail: michal.libera@put.poznan.pl; tel. 61 665-2223

Poznań, dnia 15 maja 2015

Opinia

o rozprawie doktorskiej mgra inż. Dariusza Ulbricha pt.:

„Badanie połączenia adhezyjnego powłoki z podłożem”

Podstawą opracowania jest pismo Dziekana Wydziału Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej z dnia 16 kwietnia 2015 (DR-63/479/01/2015), do którego dołączono egzemplarz rozprawy doktorskiej.

Praca ta została wykonana pod kierunkiem prof. PP dra hab. inż. Mariana Jósko na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej.

I. OCENA STRUKTURY PRACY

Praca liczy 186 stron tekstu formatu A4, na co składa się dziewięć rozdziałów, wykaz cytowanej literatury oraz spisy rysunków i tabel.

W pracy wyodrębnić można dwie zasadnicze części.

W pierwszej części, stanowiącej 40% pracy (rozdziały 1 do 4), wskazano na istotność podjętego zagadnienia, dokonano analizy stanu wiedzy – ale także przeprowadzono badania rozpoznawcze – co doprowadziło do sformułowania własnej problematyki badawczej.

Druga część, stanowiąca 48% pracy (rozdziały 5 do 9) obejmuje rozdziały opisujące badania własne wraz z analizą ich wyników, prowadząc do podsumowania osiągniętych rezultatów i sformułowania kierunków dalszych badań.

Ponadto w pracy zawarto jednostronicowe streszczenie w języku polskim i angielskim,

wykaz 125 zacytowanych pozycji literaturowych krajowych i zagranicznych (w tym

5 współautorstwa Doktoranta), spis 124 rysunków oraz 10 tabel.

Zatem praca jest dość obszerna, jednak ma to uzasadnienie w jej zakresie. By sformułować problematykę badawczą Doktorant nie poprzestał na analizie literaturowej stanu wiedzy, lecz przeprowadził wstępne badania („rozpoznawcze”). Dopiero na podstawie przesłanek płynących z tych dwóch obszarów (literaturowego i badawczego) Doktorant sformułował tezę pracy, a następnie jej cele i zadania prowadzące do ich osiągnięcia.

Schemat realizacji pracy doktorskiej, który oceniam bardzo pozytywnie, przedstawiono na rys. 4.1 (s. 81).

Równie pozytywnie należy ocenić strukturę kolejnych rozdziałów opisujących cztery obszary badań własnych – w każdym z nich jasno określono cel badań, ich metodykę, przebieg, wyniki wraz z analizą oraz cząstkowe wnioski.

Także pod względem edytorskim praca jest bardzo uporządkowana, Autor konsekwentnie stosuje to samo formatowanie do określonych poziomów struktury tekstu i obiektów w nim osadzanych (rysunki, tabele i wzory są numerowane). Wyjątek stanowi tu niskiej jakości rys. 2.10 (s. 24), a pewne wątpliwości może budzić wykorzystanie cyfr arabskich – które są stosowane do numeracji rozdziałów – także do numerowania celów cząstkowych (s. 79) oraz zadań badawczych (s. 79-80). W tej sytuacji np. „1.” to zarówno oznaczenie rozdziału pierwszego jak i pierwszego celu cząstkowego. Takie rozwiązanie jest dość powszechnie stosowane, ale można tej sytuacji uniknąć np. stosując w drugim przypadku oznaczenie „1)”.

Podsumowując uważam, iż przedmiotowa praca ma właściwą (a nawet wzorową) dla prac doktorskich strukturę redakcyjną i została bardzo starannie opracowana pod względem edytorskim.

II. OCENA TREŚCI PRACY

Tytuł pracy jest zwięzły i odpowiada jej treści.

W rozdziale pierwszym przedstawiono genezę i aktualność zagadnień związanych z połączeniami adhezyjnych powłoki z podłożem i oceną tych połączeń różnymi metodami.

Połączenia adhezyjne są szeroko stosowane w budowie, naprawie i regeneracji części

nowoczesnych maszyn i pojazdów samochodowych, dlatego słusznie Autor twierdzi, że

istnieje potrzeba opracowania nieniszczącej metody diagnostycznej, umożliwiającej kontrolę

tych połączeń zarówno na etapie ich wytwarzania, jak i eksploatacji. Doktorant trafnie

wskazał metodę ultradźwiękową, jako możliwą do zastosowania w ocenie połączeń

adhezyjnych.

Rozdział drugi zawiera analizę aktualnego stanu wiedzy z zakresu tematyki rozprawy.

Doktorant kompetentnie omówił zastosowanie metody ultradźwiękowej w badaniach połączeń adhezyjnych na etapie ich konstytuowania i degradacji, szczególnie akcentując wyniki badań literaturowych, w których analizowano połączenie powłok szpachlówkowych z podłożem stalowym. Rzeczowe podsumowanie analizy stanu wiedzy stanowiło podstawę do określenia obszaru niewiedzy, który dotyczy badań, kontroli i oceny stanu połączenia szpachlówki samochodowej z blachą karoseryjną, z wykorzystaniem nieniszczących metod ultradźwiękowych – szczególnie w okresie konstytuowania, a więc konsolidacji połączeń adhezyjnych. Tak określony obszar badawczy poza walorami naukowymi ma istotne znaczenie praktyczne.

W rozdziale trzecim wykonano serię badań rozpoznawczych, przed którymi sformułowano cel główny oraz trzy cele cząstkowe, z których największe znaczenie ma ocena możliwości zastosowania metody ultradźwiękowej do monitorowania etapu konstytuowania połączenia powłoki szpachlówkowej z podłożem stalowym za pomocą fali ultradźwiękowej. Badano 10 próbek wykonanych ze stali C45 (dobór materiału był inspiracją do pytania nr 1), pokrytych samochodową szpachlówką uniwersalną wyprodukowaną przez firmę Novol, co jest wyborem trafnym, ze względu na duży udział w rynku tej grupy produktów. Przed nałożeniem powłoki wykonano pomiary parametrów chropowatości próbek (Ra i Rz), co jak napisał Autor: „pozwoliło na sprawdzenie jednorodności przygotowania każdej z powierzchni”. Jednak wyniki tych pomiarów przedstawione na rys. 3.4 i 3.5 (s. 55) wraz z przedziałami ufności (brakuje informacji o sposobie wyznaczenia tych przedziałów) wyraźnie wskazują na istotne (przynajmniej w sensie statystycznym) różnice w wartościach mierzonych parametrów. (Analogiczne stwierdzenie zawarto także na s. 69 w odniesieniu do rys. 3.16 i 3.17 „Dla większości próbek otrzymane przebiegi podczas badania profilu chropowatości powierzchni są podobne”, a także w komentarzu do rys. 7.5 i 7.6) Doktorant twierdzi, że „dla wszystkich próbek wartości modułu ciśnieniowego współczynnika odbicia |r|

w trakcie trwania monitorowania kształtowały się na bardzo zbliżonym poziomie”, wyprowadzając stąd stwierdzenie, iż „dla wszystkich wykorzystanych w eksperymencie rozpoznawczym próbek przygotowana powierzchnia ma podobny profil chropowatości i nie wpływa w istotny sposób na wyniki pomiarów parametrów ultradźwiękowych”, jednak nie przedstawiono w pracy analizy statystycznej, która by to potwierdziła, co rodzi pytanie nr 2.

Na rys. 3.11 i 3.12 (a także 3.18 i 3.19) przedstawiono przebiegi względnego wzmocnienia

W w impulsu ultradźwiękowego fali podłużnej podczas badania procesu konstytuowania

połączenia, na których pokazano przydatność zastosowanej metody badawczej. Dane

przedstawione na tych wykresach inspirują do analizy np. czasu do ustabilizowania się

wartości parametru oraz jego średniej wartości na tym etapie – taka analiza nie została przeprowadzona prawdopodobnie ze względu na wstępny charakter tych badań.

Na rys. 3.13 i 3.13 (a także 3.20 i 3.21) dla tych samych próbek przedstawiono przebiegi modułu ciśnieniowego współczynnika odbicia |r| fali podłużnej wraz z funkcjami aproksymującymi. Zmiany wartości tego parametru także potwierdzają adekwatność metody badawczej, natomiast dyskusyjny jest wybór rodzaju funkcji aproksymującej. Wydaje się, iż w tym przypadku lepiej przebieg procesu opisałyby dwie funkcje: pierwsza dotyczyłaby etapu konstytuowania się właściwości powłoki, a punkt sklejenia z drugą funkcją (wartością średnią) byłby jednym z charakterystycznych parametrów procesu konsolidacji powłoki.

W ramach badań rozpoznawczych analizowano także wpływ grubości powłoki na parametry ultradźwiękowej fali podłużnej, co pokazuje wnikliwość i dużą świadomość badawczą Doktoranta. Rozdział trzeci kończą poprawnie sformułowane wnioski.

W kolejnym rozdziale przyjęto tezę pracy i jasno sformułowano cel główny oraz cele cząstkowe pracy, a także zadania badawcze.

Ogólnym celem niniejszej rozprawy jest „opracowanie ultradźwiękowej metody nieniszczącej dedykowanej do oceny procesu konstytuowania i degradacji powłoki o adhezyjnym charakterze połączenia z podłożem, występującej w budowie maszyn i pojazdów samochodowych”.

Ta część pracy pokazuje umiejętność uporządkowanego ujęcia problemu badawczego i ma mocne oparcie w analizie literatury (zawartej w rozdziale drugim) oraz badaniach rozpoznawczych (opisanych w rozdziale trzecim).

W rozdziale piątym opracowano poprawną metodykę badania ultradźwiękową falą podłużną etapu konstytuowania połączenia powłoki szpachlówkowej z blachą karoseryjną.

Wykonano badania na elementach karoserii pojazdu samochodowego, co doprowadziło do uzyskania przebiegów wybranych parametrów ultradźwiękowych podczas konstytuowania połączenia adhezyjnego.

Zastanawia fakt, iż na niektórych wykresach przedstawionych na rys. 5.7 i 5.8 nie zaobserwowano tak wyraźnego przejścia do stabilizacji wartości wzmocnienia W _w impulsu ultradźwiękowego fali podłużnej, jakie obserwować można na rys. 3.11 i 3.12. Podobne spostrzeżenie wynika z porównania rys. 5.9 i 5.10 z 3.13 i 3.14. Czy w związku z tym czas monitorowania był wystarczający?

W tym rozdziale wnikliwość Doktoranta ujawniła się m.in. dodatkowymi badaniami przebiegu wartości analizowanych parametrów fali ultradźwiękowej dla powierzchni nieodtłuszczonej oraz powierzchni pokrytej rdzą (rys. 5.12 i 5.13).

Rozdział szósty poświęcono „badaniom korelacyjnym”, które uwzględniały wpływ

temperatury utwardzania powłoki adhezyjnej na proces konstytuowania połączenia.

Przedstawiony cel badań, układ pomiarowy, uzyskane wyniki i ich analiza (łącznie z wygenerowanymi funkcjami aproksymacyjnymi) oraz najważniejsze wnioski wynikające z przeprowadzonego eksperymentu, nie budzą zastrzeżeń.

Natomiast określenie „badania korelacyjne” jest dyskusyjne, ponieważ w klasycznym badaniu tego rodzaju (obserwacyjnym) badacz nie wpływa (albo przynajmniej stara się nie wpływać) na żadną ze zmiennych, rejestrując je jedynie i obserwując relacje (korelacje) między pewnymi podzbiorami zmiennych – w odróżnieniu od drugiej grupy badań – badań eksperymentalnych.

Rozdział siódmy zawiera opis metodyki oraz wyniki badań okresu istnienia połączenia adhezyjnego powłoki szpachlówkowej z podłożem stalowym, ultradźwiękową falą powierzchniową. Szczególną uwagę zwrócono na przebieg wybranych parametrów ultradźwiękowych w dziedzinie czasu i częstotliwości podczas konsolidacji i degradacji tego połączenia. Uzyskane zmiany wzmocnienia impulsu ultradźwiękowej fali powierzchniowej, w okresie konsolidacji tego połączenia, opisano adekwatnymi równaniami matematycznymi.

W rozdziale ósmym przedstawiono poprawną, własną metodę diagnostyczną (opracowaną na podstawie wyników badań własnych), która może znaleźć zastosowanie w zakładach produkcyjnych i naprawczych, wykorzystujących połączenia adhezyjne powłok z podłożem stalowym.

W ostatnim rozdziale pracy dokonano syntetycznego podsumowania rozważanych zagadnień, z którego wynika, że cele określone w rozdziale czwartym zostały osiągnięte.

Wysunięto również uzasadnione propozycje dalszych kierunków badań.

Zalety rozprawy

Mimo wymienionych uwag szczegółowych, pracę oceniam bardzo wysoko ze względu na:

 prawidłowe określenie i zdefiniowanie obszaru badań, wynikające nie tylko z wnikliwie przeprowadzonej analizy literatury przedmiotu, ale także z badań rozpoznawczych,

 umiejętne wykorzystanie współczesnej literatury specjalistycznej oraz sformułowanie oryginalnych wniosków, co dowodzi dojrzałości naukowej i zawodowej Doktoranta,

 bardzo szeroki zakres przeprowadzonych badań i spójny, rzeczowy sposób prezentacji wyników,

 interesujący i wartościowy materiał o charakterze aplikacyjnym (opracowanie metody badań) świadczący o nowatorskim wkładzie Autora w rozważaną dziedzinę,

 opiniowana rozprawa może stanowić cenny materiał źródłowy dla osób zajmujących

się ultradźwiękowymi metodami nieniszczącymi.

Wady rozprawy

Autor nie ustrzegł się błędów (nie obniżających znacząco wartości pracy), do których zaliczam:

 przypadki stosowania słowa „ilość” zamiast „liczba” w połączeniu z rzeczownikami policzalnymi, np.: „ilość warstw” (s. 14), „ilość ech wielokrotnych” (s. 87);

 nadużywanie słowa „realizacja” (zamiast „wykonanie”), np.: "Zrealizowane pomiary"

(s. 54), „Schemat realizacji pomiarów” (s. 86, s. 110), „W trakcie realizacji pomiarów”

(s. 107);

 niewłaściwe użycie czasownika „posiadać” (a więc być właścicielem czegoś, co ma dużą wartość materialną; posiadaczem jest człowiek) zamiast „mieć” – np.: „Metody należące do pierwszej grupy posiadają zasadniczą wadę” (s. 7), „Wymienione modele połączenia powłoki z podłożem posiadają duży stopień uproszczenia” (s. 15), „Takich wad nie posiada metoda ultradźwiękowa” (s. 25), „metoda ultradźwiękowa posiada wiele zalet” (s. 47), „element ten posiada dużą, płaską powierzchnię” (s. 83),

„Defektoskop ultradźwiękowy USM 12 posiada następujące dane techniczne”

(s. 127);

 nieuzasadnione przedstawienie planów badań w postaci 7-kolumnowych tabel, w których 6 kolumn ma wszystkie wiersze identyczne (tylko wiersze pierwszej kolumny zatytułowanej „Oznaczenie próbki” różnią się od siebie), – tab. 3.3, 5.1, 7.1;

 dyskusyjne postacie funkcji aproksymujących na rys. 3.13, 3.13, 3.20 i 3.21;

 niefortunne wyskalowanie osi rzędnych:

o porównanie przebiegu wykresów zawartych na jednym rysunku (rys. 3.12, 3.14, 3.18, 3.19, 3.20, 3.21, 5.7, 5.8, 5.9, 5.12, 5.13) oraz między rysunkami (rys. 7.11 - 7.20) byłoby łatwiejsze, gdyby skale osi rzędnych były takie same, o wartości opisujące znaczniki osi powinny mieć stałą liczbę miejsc po

przecinku – rys. 7.11-7.14,

o nietypowy skok znaczników osi (co 3) – rys. 6.11, 7.21 i 7.22;

 niewłaściwy skład tekstu – s. 119/120;

 zamienne stosowanie myślnika i półpauzy (np. jest: „blacharsko – lakiernicze” (s. 79) i „analogowo – cyfrowe” (s. 127), a powinno być „blacharsko-lakiernicze”

i „analogowo-cyfrowe”; natomiast jest „adhaesio-sczepianie” (s. 11), a powinno być

„adhaesio – sczepianie”.

Pytania:

1. W badaniach rozpoznawczych przedstawionych w rozdziale trzecim monitorowano etap konsolidacji połączenia adhezyjnego próbki ze stali C45 (stosowanej m.in. na wały korbowe, osie, wrzeciona, wirniki pomp, koła zębate) z samochodową szpachlówką uniwersalną przeznaczoną do napraw blacharsko-lakierniczych nadwozi samochodowych.

Jaki wpływ na proces konsolidacji połączenia adhezyjnego ma materiał i jego obróbka, która konstytuuje właściwości warstwy wierzchniej (np. wynikające z walcowania blach karoseryjnych)?

2. W rozdziale piątym z kolei przedmiotem badań było połączenie szpachlówki z błotnikiem pojazdu samochodowego, natomiast pominięto pomiary profilu chropowatości powierzchni.

Jaki wpływ na proces konsolidacji połączenia adhezyjnego ma struktura geometryczna powierzchni?

3. Czy wnioski z pracy można uogólnić na niebadane materiały, a opracowaną metodę diagnostyczną kontroli połączeń powłoki z podłożem można stosować w odniesieniu do różnych blach karoseryjnych? Jakie są ograniczenia stosowania zaproponowanej metody?

4. Z czego wynika fakt, iż wartości początkowe wzmocnienia sygnału ultradźwiękowego (wyrażonego w decybelach, dB) dla różnych próbek osiągały odmienne wartości (s. 60)?

5. Jak Autor ocenia szanse stosowania zaproponowanej metody badania połączenia adhezyjnego powłok renowacyjnych z blachą karoseryjną, w rzeczywistej eksploatacji? Jakich ewentualnie trudności związanych z warsztatowym zastosowaniem proponowanej metody, należałoby się spodziewać?

Podsumowując ocenę merytoryczną treści pracy: Kandydat założył, a następnie udowodnił, że możliwe jest wykorzystanie fali ultradźwiękowej do nieniszczącej oceny stanu połączenia adhezyjnego powłoki szpachlówkowej z podłożem stalowym i opracował metodę takiej oceny.

Treść pracy w sposób zrozumiały i merytorycznie poprawny opisuje niezwykle

szeroki zakres przeprowadzonych przez Doktoranta badań i analiz, a drobne

niedoskonałości nie umniejszają wartości naukowej pracy.

III. KONKLUZJA

Lektura rozprawy pozwala na stwierdzenie, że zawarty w niej materiał jest oryginalnym dorobkiem Autora i stanowi wartościowy wkład do teorii i praktyki inżynierskiej w obszarze budowy i eksploatacji maszyn.

Praca mgra inż. Dariusza Ulbricha pt.: „Badanie połączenia adhezyjnego powłoki z podłożem” spełnia wymagania stawiane rozprawom doktorskim przez ustawę o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki z dnia 14 marca 2003 r (Dz.U.2003.65.595 z późn. zm.).

Stawiam wniosek o dopuszczenie pracy do publicznej obrony.