Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô-đun Chế tạo phôi hàn (Mã số mô-đun: MECW53162 / MECW52162) được biên soạn bởi tập thể tác giả thuộc Khoa Giáo dục nghề nghiệp, Trường Cao đẳng Dầu khí (Chủ biên: Trần Thanh Ngọc; tham gia biên soạn: Trần Nam An, An Đình Quân) và ban hành theo Quyết định số 214/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022. Tài liệu được thiết kế làm giáo trình giảng dạy và học tập chính thức cho học viên trình độ Trung cấp và sinh viên Cao đẳng nghề Hàn.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo nghề Hàn (tổng dung lượng 57 tín chỉ / 1440 giờ), mô-đun Chế tạo phôi hàn có thời lượng 60 giờ (2 tín chỉ, bao gồm 10 giờ lý thuyết, 48 giờ thực hành/thảo luận và 2 giờ kiểm tra). Mô-đun thuộc khối kiến thức chuyên môn nghề bắt buộc (Nhóm II.2), được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học chung (Giáo dục chính trị, Pháp luật, An toàn vệ sinh lao động, Tin học cơ bản, Tiếng Anh) và hoàn thành hoặc học song song với các môn học cơ sở như Vật liệu cơ khí (MECM53002), Vẽ kỹ thuật 1 (MECM52003), Hóa đại cương (PETR52001). Đây là mô-đun cơ sở kỹ thuật có tính chất bản lề, chịu trách nhiệm cung cấp phôi hàn đạt chuẩn kích thước và hình dáng hình học để phục vụ trực tiếp cho các mô-đun gia công liên kết kế tiếp như: Gá lắp kết cấu hàn (MECW52163), Hàn hồ quang tay cơ bản (MECW56164), Hàn MIG/MAG cơ bản (MECW54166), Hàn FCAW cơ bản (MECW53167), Hàn TIG cơ bản (MECW53168), và Hàn tự động dưới lớp thuốc (MECW52169).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình được xác lập đồng bộ trên 3 chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1): Tính toán và khai triển được phôi hàn chính xác theo đúng yêu cầu kích thước bản vẽ kỹ thuật; trình bày rõ nguyên lý nhiệt động của phương pháp cắt kim loại bằng ngọn lửa Oxy – khí cháy.
  • Kỹ năng (B1): Vận hành và sử dụng thành thạo các thiết bị cắt khí cầm tay, máy cắt khí tự động (máy cắt con rùa), máy mài cầm tay và máy mài hai đá cố định; cắt được các loại phôi tấm, phôi thanh, phôi ống đúng kích thước kỹ thuật, đảm bảo độ phẳng mép cắt và tính kinh tế.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ tuyệt đối quy chuẩn an toàn lao động, phòng chống cháy nổ và vệ sinh công nghiệp trong môi trường xưởng hàn cắt; rèn luyện tác phong công nghiệp, tính cẩn thận và tính kỷ luật.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo mô hình đào tạo theo năng lực thực hiện (Competency-Based Training), tích hợp lý thuyết công nghệ chuyên ngành gắn liền với các bài thực hành gia công trực tiếp tại xưởng.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 3 bài học chuyên đề được phân bổ tuần tự từ thao tác thủ công đến bán tự động và hoàn thiện cơ khí:

                            GIÁO TRÌNH MÔ-ĐUN: CHẾ TẠO PHÔI HÀN
                                     (Tổng số: 60 giờ)
  1. Bài 1: Chế tạo phôi hàn bằng mỏ cắt khí cầm tay (32 giờ: 6 giờ lý thuyết, 25 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra):
    • Khảo sát nhóm vật liệu phôi kim loại đen (thép cacbon, thép hợp kim, gang) và kim loại màu.
    • Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cụm thiết bị: bình chứa khí Oxy (áp suất 150 bar, dung tích 40 lít), máy sinh khí hoặc bình chứa Axetylen ($C_2H_2$), van giảm áp kiểu thuận/nghịch, van an toàn chống dòng khí ngược và dập lửa tạt lại, ống dẫn khí cao su 3 lớp.
    • Kỹ thuật điều chỉnh áp suất, kiểm tra độ kín bằng nước xà phòng, kiểm tra độ hút mỏ cắt, lấy ngọn lửa trung tính ($\alpha = 1{,}1 \div 1{,}2$), kỹ thuật cắt thép tấm ($S < 50\text{ mm}$ và $S > 50\text{ mm}$), thép tròn, thép vuông, thép góc L và các giải pháp an toàn cháy nổ.
  2. Bài 2: Chế tạo phôi hàn từ vật liệu thép tấm bằng máy cắt khí con rùa (16 giờ: 2 giờ lý thuyết, 13 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra):
    • Cấu tạo và nguyên lý truyền động của rùa cắt khí tự hành chạy trên ray dẫn hướng.
    • Kỹ thuật lắp bép cắt, cân chỉnh tim mỏ cắt trùng đường vạch dấu, thiết lập chế độ cắt cơ giới hóa (áp lực khí, tốc độ chuyển động của xe) và kỹ thuật vát mép đơn ($V$), mép đôi ($X$) phục vụ hàn ngấu.
  3. Bài 3: Mài phôi hàn bằng máy mài cầm tay và máy mài hai đá (12 giờ: 2 giờ lý thuyết, 10 giờ thực hành):
    • Cấu tạo cơ cấu máy mài góc cầm tay, máy mài hai đá cố định, tiêu chuẩn phân loại và tháo lắp đá mài.
    • Quy trình điều chỉnh khe hở bệ tỳ máy mài cố định, tư thế đứng mài nghiêng $45^\circ$, kỹ thuật mài bavia, làm sạch xỉ cắt và tạo mép phôi hàn đúng góc độ thiết kế.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống lý thuyết kỹ thuật cơ sở thông qua các nguyên lý:

  • Phân loại vật liệu cơ khí theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN):

    • Thép cacbon chất lượng thường nhóm 1, nhóm 2, nhóm 3 (ví dụ: $CT34s$, $CT34s-2$ với $\sigma_b = 340\text{ N/mm}^2$); Thép cacbon kết cấu (ký hiệu chữ C và hàm lượng cacbon tính theo phần vạn, ví dụ: $C45$ chứa $0{,}45%\text{ C}$); Thép cacbon dụng cụ ($CD80A$); Thép hợp kim theo TCVN 1759-75 ($12\text{Cr}18\text{Ni}9\text{Ti}$, $50\text{CrNiMo}$, $38\text{CrMoAlA}$); Thép chuyên dùng làm ổ lăn ($OL100\text{Cr}1{,}5\text{SiMn}$).
    • Gang theo TCVN 1659-75: gang trắng, gang xám ($GX21-40$, $GX28-48$), gang cầu ($GC45-15$, $GC50-2$), gang dẻo ($GZ33-8$, $GZ45-6$).
    • Kim loại màu: Nhôm ($\text{HB} = 25$, $\gamma = 2{,}7\text{ g/cm}^3$, nhiệt độ nóng chảy $T_{nc} = 660^\circ\text{C}$), Đồng ($\gamma = 8{,}94\text{ g/cm}^3$, $T_{nc} = 1083^\circ\text{C}$).

  • Nhiệt động học và điều kiện hóa học của quá trình cắt bằng Oxy – khí cháy:

    • Thực chất là quá trình đốt nóng kim loại đến nhiệt độ cháy bằng ngọn lửa nung, sau đó mở dòng Oxy kỹ thuật áp suất cao (nồng độ $98{,}5 \div 99{,}5%\text{ O}_2$) để oxy hóa sắt thành oxit kim loại và thổi xỉ lỏng ra khỏi rãnh cắt ($70%$ nhiệt lượng sinh ra do phản ứng sắt cháy trong Oxy, $30%$ do ngọn lửa nung cung cấp).
    • Điều kiện cắt: Nhiệt độ cháy của kim loại phải nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại (thép cacbon thấp có nhiệt độ cháy $\approx 1350^\circ\text{C} <$ nhiệt độ chảy $\approx 1500^\circ\text{C}$ nên cắt tốt; nhôm có $T_{nc} = 660^\circ\text{C}$ nhưng oxit $Al_2O_3$ nóng chảy ở $2050^\circ\text{C}$ nên không thể cắt bằng ngọn lửa thông thường mà phải dùng thuốc cắt); xỉ sinh ra phải có tính chảy loãng cao; hệ số dẫn nhiệt của kim loại không được quá cao.

  • Nhiệt hóa học khí đốt:

    • Phản ứng điều chế Axetylen từ đất đèn: $CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2 + Ca(OH)_2 + Q$ ($1\text{ kg } CaC_2$ tạo ra $230 \div 265\text{ lít } C_2H_2$ thực tế). Khí $C_2H_2$ dễ gây nổ khi áp suất $> 1{,}5\text{ at}$ và nhiệt độ $> 300^\circ\text{C}$ (khi nổ đạt tốc độ $3000\text{ m/s}$, áp suất $350 \div 600\text{ at}$).
    • Cấu tạo và phân loại 3 dạng ngọn lửa theo hệ số hòa trộn $\alpha = \frac{V_{O_2}}{V_{C_2H_2}}$:
      • Ngọn lửa trung tính ($\alpha = 1{,}1 \div 1{,}2$): Gồm nhân ngọn lửa ($1000^\circ\text{C}$), vùng hoàn nguyên ($\text{CO} + \text{H}_2$, nhiệt độ cao nhất $3150^\circ\text{C}$ tại điểm cách đầu nhân $2 \div 5\text{ mm}$), vùng cháy hoàn toàn ($2\text{CO} + \text{H}_2 + 1{,}5\text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$).
      • Ngọn lửa oxy hóa ($\alpha > 1{,}2$): Thừa Oxy, hạt nhân ngắn nhọn, nhiệt độ cao, dùng hàn đồng thau hoặc nung cắt hớt mép.
      • Ngọn lửa cacbon hóa ($\alpha < 1{,}1$): Thừa $C_2H_2$, kéo dài vành màu xanh, dùng hàn gang, hàn đắp thép gió.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng tính toán và cài đặt thông số công nghệ:
    • Lựa chọn số hiệu bép cắt (từ No 1 đến No 5 tương ứng dải chiều dày $3 \div 100\text{ mm}$).
    • Cài đặt áp lực khí Oxy ($3 \div 8\text{ bar}$) và khí cháy ($0{,}2 \div 0{,}8\text{ bar}$) theo chiều dày vật liệu.
    • Xác định tốc độ cắt thực nghiệm ($75 \div 550\text{ mm/phút}$) và tính khoảng cách từ đầu bép cắt đến bề mặt kim loại theo công thức: $$h = L + 3\text{ (mm)}$$ (với $S < 100\text{ mm}$, $L$ là chiều dài nhân ngọn lửa) hoặc $h = L + (5 \div 6)\text{ mm}$ (với thép dày $> 100\text{ mm}$).
  • Kỹ năng thao tác kỹ thuật: Khai triển hình học, vạch dấu bù lượng dư rãnh cắt ($2{,}0 \div 5{,}5\text{ mm}$); mồi lửa, phân biệt trạng thái ngọn lửa bằng mắt; thao tác góc nghiêng mỏ cắt ($20^\circ \div 30^\circ$ về phía ngược hướng cắt khi cắt thẳng thép tấm); điều khiển rùa cắt cơ khí; vận hành máy mài cầm tay bằng hai tay, kiểm tra bệ tỳ máy mài hai đá ($< 3\text{ mm}$).
  • Kỹ năng kiểm tra và kiểm soát khuyết tật: Đánh giá độ phẳng bề mặt mép cắt, độ bám dính xỉ, hiện tượng cháy cạnh trên và chỉnh sửa sai lệch kích thước bằng máy mài hoặc ngọn lửa cắt.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích hợp lấy người học làm trung tâm, kết hợp giữa diễn giảng ngắn, phân tích trực quan qua sơ đồ cấu tạo và phương pháp làm mẫu (demonstration) trực tiếp của giảng viên tại xưởng thực hành:

Hoạt động Đối với người dạy Đối với người học
Lý thuyết công nghệ Thuyết trình ngắn, giải thích sơ đồ nguyên lý van giảm áp, mỏ cắt, sơ đồ phân bố nhiệt ngọn lửa. Đọc trước bài giảng, tra cứu bảng thông số chế độ cắt theo chiều dày vật liệu.
Thao tác mẫu Thực hiện thao tác chuẩn: lắp ghép bình khí, thử rò bằng nước xà phòng, kiểm tra độ hút mỏ cắt, lấy ngọn lửa, dẫn dòng cắt. Quan sát trình tự thao tác mẫu, ghi chép các điểm dừng kỹ thuật và chỉ số an toàn.
Thực hành xưởng Phân chia nhóm, cấp phát phôi và bép cắt, giám sát an toàn áp suất và khoảng cách làm việc. Luyện tập cá nhân và nhóm nhỏ ($2 \div 4$ học viên/2 thiết bị); thay phiên thao tác cắt và mài phôi.
Đánh giá & Rút kinh nghiệm Quan sát quá trình cắt, kiểm tra độ thẳng, độ nhẵn mép cắt, chỉ ra nguyên nhân gây bavia hay vết loét rãnh cắt. Tự kiểm tra kích thước bằng thước cặp/thước lá, so sánh khuyết tật với tiêu chuẩn kỹ thuật.

Quy định đánh giá môn học tuân thủ quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí:

  • Trọng số điểm môn học:
    • Điểm quá trình (Đánh giá thường xuyên hệ số 1 + Đánh giá định kỳ hệ số 2): chiếm 40%.
    • Điểm thi kết thúc mô-đun (Thực hành chế tạo phôi tổng hợp): chiếm 60%.
  • Kế hoạch kiểm tra:
    • Kiểm tra thường xuyên: Thực hiện sau 15 giờ học (đánh giá kỹ năng lắp ráp thiết bị, điều chỉnh ngọn lửa và cắt phôi tấm mỏng).
    • Kiểm tra định kỳ: Thực hiện sau 45 giờ học (đánh giá kỹ năng vận hành máy cắt khí con rùa và cắt thép ống/thép hình).
    • Thi kết thúc môn học: Thực hiện sau 60 giờ học (đánh giá toàn diện chuẩn đầu ra A1, B1, C1).
  • Yêu cầu chuyên cần: Học viên phải tham dự 100% các buổi thực hành xưởng. Trường hợp vắng $> 1%$ số tiết thực hành không có lý do chính đáng, người học không đủ điều kiện dự thi và bắt buộc phải học lại mô-đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

  1. Chuẩn hóa thông số công nghệ cắt hai loại khí đốt (Oxy – LPG và Oxy – Axetylen): Giáo trình cung cấp hệ thống bảng dữ liệu thực nghiệm so sánh chế độ cắt giữa ngọn lửa $Oxy - C_2H_2$ ($T = 3150^\circ\text{C}$) và $Oxy - \text{LPG}$ ($T = 2800^\circ\text{C}$). Việc cập nhật chế độ cắt bằng khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) phản ánh chính xác xu hướng chuyển đổi kinh tế trong gia công cơ khí công nghiệp hiện đại nhằm tối ưu chi phí vật tư nhưng vẫn đảm bảo chất lượng mép cắt.

  2. Quy chuẩn an toàn thiết bị áp lực và phòng chống cháy nổ chi tiết: Tài liệu tích hợp các quy tắc kiểm tra nghiêm ngặt đối với trạm hàn cắt khí:

    • Khoảng cách an toàn giữa bình Oxy và nguồn nhiệt/ngọn lửa trần tối thiểu $5\text{ m}$; khoảng cách giữa bình Oxy và bình khí cháy ($C_2H_2/\text{LPG}$) tối thiểu $6\text{ m}$ hoặc phải có vách ngăn chống cháy cao $1{,}5\text{ m}$ (chịu lửa tối thiểu $1{,}5\text{ giờ}$).
    • Nguyên tắc vận hành máy sinh khí $C_2H_2$: duy trì mức nước bình dập lửa tạt lại (kiểm tra 2 lần/ca, rửa bình 1 lần/tháng), bố trí hố xả bã đất đèn cách xa nguồn lửa tối thiểu $10\text{ m}$.
    • Nhận diện và lắp đặt thiết bị dập lửa tạt lại (chặn dòng ngược và chặn ngọn lửa quặt) hoạt động theo cơ chế áp suất hoặc cảm biến nhiệt độ.

  3. Tính kế thừa học thuật từ các tài liệu chuyên khảo: Hệ thống kiến thức được biên soạn có sự đối sánh, tổng hợp từ các tài liệu giáo khoa kinh điển và chương trình quốc tế:

    • Công nghệ chế tạo phôi (Nguyễn Tiến Đào, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006).
    • Khai triển hình gò (Trần Văn Giản, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1978).
    • Hàn cắt kim loại (Ixô-Cô-Lốp, NXB Công nhân Kỹ thuật, 1984).
    • Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn quốc tế (Trung tâm Đào tạo và Chuyển giao Công nghệ Việt – Đức, 2006).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Người học:
    • Sinh viên theo học hệ Cao đẳng nghề Hàn và học viên hệ Trung cấp nghề Hàn tại Trường Cao đẳng Dầu khí cũng như các trường cao đẳng, trung cấp kỹ thuật trên toàn quốc.
    • Công nhân kỹ thuật cơ khí, thợ hàn cần ôn tập, nâng cao tay nghề và chuẩn hóa kiến thức về an toàn thiết bị áp lực khí đốt.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites):
    • Người học cần hoàn thành các môn học chung bắt buộc và có kiến thức nền tảng từ môn Vẽ kỹ thuật 1 (đọc bản vẽ hình chiếu, quy ước kích thước), môn Vật liệu cơ khí (tổ chức gang, thép, tạp chất $S, P, Si, Mn$) và môn An toàn vệ sinh lao động.
  • Giảng viên và chuyên gia đào tạo:
    • Sử dụng làm khung tài liệu giảng dạy chuẩn để biên soạn giáo án tích hợp, phiếu hướng dẫn thực hành và xây dựng bộ tiêu chí chấm điểm kỹ năng gia công phôi.
  • Tự học và tra cứu kỹ thuật:
    • Phục vụ tra cứu bảng số hiệu bép cắt, tốc độ cắt, áp lực điều chỉnh van giảm áp và xử lý sự cố thiết bị (hở van, rò rỉ khí, hiện tượng tạt lửa).

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho người học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn, đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho kỹ thuật viên gia công kết cấu cơ khí, đóng tàu, chế tạo bồn bể dầu khí.

2. Cần kiến thức nền nào trước khi học mô-đun này?

Học viên cần nắm vững kiến thức đọc bản vẽ kỹ thuật cơ khí (để khai triển kích thước phôi), kiến thức cơ tính kim loại trong môn Vật liệu cơ khí và quy định chung về an toàn lao động trong phân xưởng gia công nhiệt.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu hàn cắt thông thường?

Giáo trình tập trung chuyên biệt vào giai đoạn chuẩn bị phôi hàn – khâu quyết định trực tiếp đến chất lượng liên kết hàn; phân bổ tới $80%$ thời lượng cho thực hành; cung cấp đầy đủ bảng tra thông số kỹ thuật thực nghiệm cho cả khí $C_2H_2$ và LPG, tích hợp hướng dẫn vận hành máy cắt con rùa tự động.

4. Làm sao để tự học và thực hành mô-đun này hiệu quả?

Người học cần học thuộc nguyên lý điều chỉnh ngọn lửa trung tính ($\alpha = 1{,}1 \div 1{,}2$), ghi nhớ công thức tính khoảng cách đầu mỏ $h = L + 3\text{ mm}$, thuần thục quy trình kiểm tra rò rỉ khí bằng nước xà phòng và tuân thủ nghiêm ngặt bảng chế độ cắt theo chiều dày vật liệu.

5. Những tài liệu bổ trợ nào được khuyến nghị tham khảo cùng giáo trình?

Học viên nên tra cứu thêm cuốn Công nghệ chế tạo phôi (Nguyễn Tiến Đào, 2006), Khai triển hình gò (Trần Văn Giản, 1978), Hàn cắt kim loại (Ixô-Cô-Lốp, 1984) và tài liệu Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn quốc tế (Việt – Đức, 2006).

Kết luận

Giáo trình Chế tạo phôi hàn của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo chuyên môn cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và quy chuẩn kỹ năng về gia công phôi kim loại bằng ngọn lửa Oxy – khí cháy và gia công mài cơ khí. Lộ trình đào tạo được thiết kế chặt chẽ: bắt đầu từ kỹ thuật cắt khí thủ công (Bài 1), nâng cao năng suất với máy cắt khí tự động con rùa (Bài 2) và hoàn thiện chất lượng mép ghép bằng máy mài (Bài 3). Việc nắm vững toàn bộ nội dung giáo trình đảm bảo cho người học đáp ứng đầy đủ chuẩn đầu ra kỹ thuật để bước vào các mô-đun hàn kết cấu phức tạp trong chương trình đào tạo nghề Hàn.