TÀI LIỆU THƯ MỤC HỌC THUẬT: GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN GÁ LẮP KẾT CẤU HÀN (MÃ MÔ ĐUN: HAN19MĐ02)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Gá lắp kết cấu hàn (Mã mô đun: HAN19MĐ02) là tài liệu đào tạo chuyên môn bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Hàn ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp, do Khoa Cơ khí Động lực – Trường Cao đẳng Dầu khí (PVMTC) biên soạn theo Quyết định ban hành số 196/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020. Ban biên soạn công trình gồm kỹ sư Trần Thanh Ngọc (Chủ biên) cùng các đồng tác giả Trần Nam An và An Đình Quân.

Trong khung chương trình đào tạo nghề Hàn gồm 98 tín chỉ (2500 giờ), mô đun HAN19MĐ02 có thời lượng định mức 2 tín chỉ (tương đương 60 giờ đào tạo: 10 giờ lý thuyết, 48 giờ thực hành/thảo luận và 2 giờ kiểm tra). Về vị trí tiến trình, mô đun này được bố trí giảng dạy sau hoặc song song với nhóm môn học cơ sở kỹ thuật (Dung sai CK19MH05, Vật liệu cơ khí CK19MH04, Vẽ kỹ thuật CK19MH01, An toàn – vệ sinh lao động ATMT19MH01) và mô đun Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01). Đây là học phần thực hành tiên quyết nhằm trang bị năng lực gá đặt và định vị phôi trước khi người học tiếp cận các mô đun hàn công nghệ chuyên sâu như Hàn hồ quang tay cơ bản (HAN19MĐ03), Hàn MIG/MAG (HAN19MĐ05), Hàn TIG (HAN19MĐ07) và Hàn ống (HAN19MĐ13).

Mục tiêu học tập của giáo trình được thiết kế theo ba chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức (A1–A2): Trình bày hệ thống lý thuyết về bản chất hồ quang hàn, cơ chế phát sinh nhiệt, đặc tính tĩnh V-A và quy trình gá lắp, đính định vị liên kết góc, giáp mối và ống.
  • Về kỹ năng (B1): Thực hiện kết nối nguồn điện, vận hành máy hàn AC/DC; gây và duy trì ổn định cột hồ quang; tính toán chế độ gá đính; gá lắp các kết cấu hàn tấm (1F–4F, 1G–4G) và kết cấu ống (1G, 2G, 5G, 6G, 6GR) đúng sai số kích thước và yêu cầu kỹ thuật.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ tiêu chuẩn an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp trong phân xưởng hàn; kiểm soát quy trình thao tác và chịu trách nhiệm về độ chính xác hình học của kết cấu gá lắp.

Cấu trúc giáo trình triển khai qua 5 bài học tích hợp từ thiết lập thiết bị đến thao tác định vị chi tiết theo độ khó tăng dần của không gian hàn.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình chia thành 5 bài học chuyên đề bám sát trình tự công nghệ:

  • Bài 1: Đấu nối và vận hành máy hàn (Thời lượng: Lý thuyết & Thực hành phân xưởng): Hướng dẫn kỹ thuật kiểm tra mạch điện đầu vào/đầu ra, nối tiếp đất bảo vệ thiết bị và phôi; sơ đồ cấp nguồn 220V/380V; kỹ thuật đấu cáp hàn, kìm hàn, kẹp mát; vận hành máy biến áp hàn xoay chiều (AC) và máy hàn chỉnh lưu một chiều (DC); điều chỉnh vô lăng dòng điện; sử dụng trang thiết bị phụ trợ (máy mài cầm tay, tủ sấy que hàn di động, mặt nạ hàn đội đầu/cầm tay, thước cuộn, thước đo góc, ly vô) và quy trình xử lý hỏng hóc cơ điện thông thường (lệch pha, lỏng gông từ, hỏng cách điện cuộn dây).
  • Bài 2: Gây hồ quang và duy trì hồ quang (Thời lượng: 24 giờ - 6 LT, 17 TH, 1 KT): Cơ sở vật lý hồ quang điện hàn; phương pháp gây hồ quang bằng ma sát (quẹt diêm) và mổ thẳng; cơ chế duy trì chiều dài cột hồ quang $2\div 4\text{ mm}$; kỹ thuật di chuyển que hàn theo 4 quỹ đạo (đường thẳng, răng cưa, bán nguyệt, đường tròn); kỹ thuật ngắt hồ quang, kết thúc vũng hàn và nối que hàn; thực hành hàn đắp đường thẳng trên tấm thép carbon kích thước $250 \times 150 \times 10\text{ mm}$ với que hàn E6013 (KR 3000) đường kính $\phi 3{,}2\text{ mm}$.
  • Bài 3: Gá lắp và định vị các chi tiết hàn vị trí 1F, 2F, 3F, 4F (Thời lượng: 8 giờ - 1 LT, 7 TH): Quy chuẩn chuẩn bị phôi góc không vát mép; sử dụng dưỡng thép góc, kìm chết và đồ gá kẹp; tính toán chế độ hàn đính chi tiết góc chữ T, góc chữ thập; quy cách kích thước mối đính (chiều dài mối đính bằng $3\div 4$ lần chiều dày vật hàn, khoảng cách giữa các mối đính bằng $40\div 50$ lần chiều dày vật hàn); kỹ thuật định vị liên kết góc ở các tư thế 1F (hàn bằng), 2F (hàn ngang), 3F (hàn đứng), 4F (hàn trần); phương pháp đo kiểm độ vuông góc bằng ke vuông và xử lý sai lệch.
  • Bài 4: Gá lắp và hàn đính định vị các chi tiết hàn tấm vị trí 1G, 2G, 3G, 4G (Thời lượng: 8 giờ - 1 LT, 6 TH, 1 KT): Đọc bản vẽ kỹ thuật chi tiết giáp mối vát mép chữ V; chuẩn bị phôi vát góc $30^\circ \pm 2^\circ$ (tổng góc mở $60^\circ$), chiều dày mép cùn $1{,}6 \div 2{,}0\text{ mm}$; căn chỉnh khe hở đáy bằng đường kính lõi que hàn lót hoặc cộng thêm $0{,}5\text{ mm}$; kỹ thuật lắp gông định vị chống biến dạng mặt sau; thao tác đính phôi và gá đặt trên giá thử theo các tư thế phẳng (1G), ngang (2G), đứng (3G) và trần (4G).
  • Bài 5: Gá lắp, hàn đính và định vị các chi tiết hàn ống vị trí 1G, 2G, 5G, 6G, 6GR (Thời lượng: 16 giờ - 1 LT, 15 TH): Chuẩn bị phôi ống, căn chỉnh đồng trục; vận hành đồ gá kẹp phôi khối V, ụ xoay cơ khí và đồ gá ống đường kính lớn gắn động cơ quay tự động; kỹ thuật đính định vị đối xứng phôi ống; phương pháp thiết lập phôi ống ở vị trí trục quay nằm ngang (1G), trục đứng cố định (2G), trục ngang cố định (5G), trục nghiêng $45^\circ$ cố định (6G) và vị trí 6GR có vòng/bích cản trở không gian thao tác.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập các luận điểm kỹ thuật dựa trên các công thức nhiệt động và điện học:

  1. Bản chất nhiệt động của hồ quang: Nhiệt lượng sinh ra trong quá trình ngắn mạch tiếp xúc xác định theo định luật Joule – Lenz: $$Q = 0{,}24 \cdot R \cdot I^2 \cdot t$$ Quá trình hình thành cột hồ quang trải qua 3 giai đoạn: ngắn mạch tiếp xúc $\rightarrow$ phát xạ nhiệt electron và ion hóa chất khí $\rightarrow$ hình thành cột hồ quang cháy ổn định. Nhiệt độ phân bố vùng hồ quang đạt $6000^\circ\text{C}$ tại tâm cột, xấp xỉ $3400^\circ\text{C}$ tại cực âm (cathode) và $2600^\circ\text{C}$ tại cực dương (anode).
  2. Đặc tính tĩnh hồ quang hàn (V-A): Mô tả quan hệ điện áp – dòng điện qua 3 vùng đặc trưng (vùng giảm, vùng không đổi, vùng tăng). Điện thế cột hồ quang được tính toán theo công thức: $$U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$$ (Trong đó: $a$ là tổng sụt áp trên hai điện cực, với que hàn nóng chảy $a = 15\div 20\text{V}$; $b$ là hệ số sụt áp trên đơn vị chiều dài cột hồ quang $b = 15{,}7\text{V/cm}$; $L_{hq}$ là chiều dài cột hồ quang).
  3. Công thức công nghệ chế độ hàn:
    • Đường kính que hàn: $d = \frac{S}{2} + 1$ ($S$: chiều dày phôi hàn).
    • Cường độ dòng điện hàn: $I_h = (\beta + \alpha \cdot d) \cdot d$ (với các hệ số thực nghiệm $\beta = 20$, $\alpha = 6$).
    • Cường độ dòng điện hàn đính: hiệu chỉnh tăng $20% \div 30%$ so với dòng hàn tiêu chuẩn cùng đường kính que hàn.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đấu nối an toàn hệ thống nguồn điện hàn và mạch tiếp đất; căn chỉnh góc nghiêng mỏ/que hàn ($70^\circ \div 80^\circ$ theo trục đường hàn); khống chế chiều dài hồ quang ($2\div 4\text{ mm}$); kiểm soát kỹ thuật nung sơ bộ phôi dày trên $19\text{ mm}$ ở nhiệt độ $90^\circ\text{C} \div 150^\circ\text{C}$ trước khi hàn đính.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc bản vẽ kết cấu cơ khí, bóc tách kích thước góc vát ($30^\circ \pm 2^\circ$), khe hở đáy và mép cùn ($1{,}6 \div 2{,}0\text{ mm}$); phân tích nguyên nhân các dạng khuyết tật khi mồi hồ quang (dính que hàn, ngắt hồ quang, bắn tóe, quẹt hồ quang phạm bề mặt).
  • Năng lực thực nghiệm (Practical competencies): Vận hành đồ gá khối V, gá kẹp chữ thập, gá xoay tự động; sử dụng ke vuông, thước đo góc chuyên dụng kiểm tra dung sai hình học; thao tác mài phẳng mối đính quá cao hoặc tẩy bỏ mối đính khuyết tật bằng máy mài cầm tay.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định mô hình tổ chức đào tạo theo phương pháp giáo dục nghề nghiệp tích cực:

  • Về phía giảng viên: Áp dụng phương pháp giảng dạy tích cực kết hợp thuyết trình ngắn lý thuyết, thực hiện làm mẫu trực quan (demonstration) tại xưởng hàn, hướng dẫn thường xuyên trong phiên thực hành và giám sát an toàn lao động.
  • Về phía người học: Thực hiện quy trình chuẩn bị bài trước giờ lên lớp; phân bổ làm việc theo nhóm quy mô nhỏ ($2 \div 4$ người học được bố trí 02 máy hàn thực hành chuyên dụng). Các thành viên trong nhóm luân chuyển vị trí thao tác, ghi chép nhật ký thực hành, đo kiểm chéo sai số sản phẩm và rút kinh nghiệm.
  • Quy định chuyên cần: Người học bắt buộc tham gia $100%$ thời lượng thực hành xưởng. Trường hợp vắng mặt vượt quá $1%$ tổng số tiết thực hành không đủ điều kiện dự thi kết thúc mô đun và phải học lại.
  • Cơ cấu kiểm tra và đánh giá: Tuân thủ Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội đối với đào tạo hệ chính quy theo tích lũy mô đun/tín chỉ:
STT Hình thức đánh giá Chuẩn đầu ra đánh giá Thời điểm thực hiện Trọng số điểm
1 Kiểm tra thường xuyên A1, A2, B1, B2, B3, C1, C2 Sau 15 giờ đào tạo 40% (Tổng hợp cùng định kỳ)
2 Kiểm tra định kỳ A1, B1, C3 Sau 45 giờ đào tạo (Hệ số 2 trong điểm quá trình)
3 Thi kết thúc mô đun Toàn bộ chuẩn đầu ra Sau 60 giờ đào tạo 60% (Bài thi thực hành)

Điểm tổng kết mô đun chấm theo thang điểm 10 (làm tròn một chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy chế đào tạo tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật

Tài liệu được biên soạn phục vụ chuyên biệt cho đào tạo kỹ thuật hàn ứng dụng trong công nghiệp cơ khí và công trình dầu khí biển:

  1. Chuẩn hóa hệ thống vị trí gá lắp quốc tế: Tích hợp đầy đủ danh mục mã vị trí không gian theo chuẩn kỹ thuật hàn:
    • Liên kết góc tấm: 1F, 2F, 3F, 4F.
    • Liên kết giáp mối tấm: 1G, 2G, 3G, 4G.
    • Liên kết ống công nghệ: 1G (ống xoay), 2G (ống đứng), 5G (ống ngang cố định), 6G (ống nghiêng $45^\circ$) và đặc biệt là vị trí 6GR (có bích/vòng cản trở - cấu hình kiểm tra tay nghề hàn kết cấu giàn khoan ngoài khơi).
  2. Khai thác thiết bị cơ khí chuyên dùng: Hướng dẫn chi tiết việc vận hành các loại đồ gá thực tế trong nhà xưởng chế tạo: bàn gá góc chữ thập, khối dưỡng chữ V, kẹp kìm cơ khí, ụ xoay phôi ống và đồ gá ống lớn có động cơ điều khiển tốc độ quay tự động.
  3. Kế thừa các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành: Giáo trình tổng hợp các quy chuẩn công nghệ từ các công trình nghiên cứu hàn trong nước và tài liệu kỹ thuật hàn quốc tế:
    • Cẩm nang hàn (Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Ngô Lê Thông – NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1998).
    • Đồ gá hàn (Lê Văn Tiến – NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1999).
    • Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn quốc tế (Trung tâm Đào tạo và Chuyển giao Công nghệ Việt – Đức, 2006).
    • Metals and How to Weld Them (The James F. Lincoln Arc Welding Foundation, USA, 1990).
    • The Procedure Handbook of Arc Welding (The Lincoln Electric Company, USA, tác giả Richard S.).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Người học trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Hàn: Sử dụng làm tài liệu học tập, chuẩn bị bài và thực hành xưởng đối với mô đun HAN19MĐ02.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành hoặc tích lũy song song các kiến thức cơ sở về Vẽ kỹ thuật (CK19MH01 - kỹ năng đọc bản vẽ mối hàn, ký hiệu vát mép), Vật liệu cơ khí (CK19MH04 - cơ lý tính thép carbon), Dung sai lắp ghép (CK19MH05 - kiểm tra kích thước hình học), An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01) và mô đun Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01 - kỹ năng cắt, nắn phẳng và mài chuẩn bị mép hàn).
  • Giảng viên chuyên ngành Cơ khí – Hàn: Dùng làm căn cứ xây dựng giáo án, lập phiếu hướng dẫn thực hành xưởng, chuẩn bị phôi liệu (tấm thép carbon, que hàn E6013) và thiết lập barem chấm điểm kiểm tra kỹ năng gá lắp.
  • Cán bộ kỹ thuật và thợ hàn tại các xưởng sản xuất: Dùng làm tài liệu tham khảo để chuẩn hóa thao tác gá đính liên kết phôi tấm và ống theo đúng thông số hình học trước các công đoạn hàn áp lực, hàn giàn khoan.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu phục vụ trực tiếp cho sinh viên hệ Cao đẳng, học sinh Trung cấp nghề Hàn thuộc các trường đào tạo kỹ thuật, đồng thời là tài liệu tham khảo cho giảng viên dạy thực hành cơ khí và thợ hàn kết cấu cần nắm vững kỹ thuật gá đặt, đính phôi tiêu chuẩn.

2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?

Người học cần có kiến thức cơ sở về Đọc bản vẽ cơ khí (ký hiệu mối hàn), tính chất vật liệu kim loại, kiến thức an toàn điện – phân xưởng cơ khí và kỹ năng cắt phôi từ mô đun Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này là gì?

Giáo trình tập trung chuyên biệt vào giai đoạn định vị, gá lắp hình học và kỹ thuật hàn đính ban đầu thay vì đi sâu vào kỹ thuật điền đầy mối hàn. Cấu trúc bài học bao quát toàn diện từ gá tấm phẳng đến kết cấu ống phức tạp ở các vị trí khó như 6G và 6GR.

4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả theo tài liệu?

Người học cần nghiên cứu trước bản vẽ và thông số tính toán ($I_h, d$, kích thước mối đính) trước khi vào xưởng; tuân thủ nghiêm ngặt bảng hướng dẫn an toàn bảo hộ (mặt nạ, kính hàn, găng tay da); tích cực tham gia thảo luận nhóm nhỏ ($2\div 4$ người) và sử dụng ke vuông, thước lá để kiểm tra, chỉnh sửa sai lệch hình học ngay sau khi hàn đính.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?

Kèm theo giáo trình là hệ thống danh mục 48 bản vẽ và hình ảnh chỉ dẫn thao tác chi tiết (sơ đồ đấu nối, đồ gá khối V, dưỡng góc, kết cấu bích cản trở 6GR), phiếu bài tập thực hành phân xưởng cùng danh mục tài liệu tham khảo chuyên ngành của NXB Khoa học và Kỹ thuật và Lincoln Electric Company.

Kết luận

Giáo trình Gá lắp kết cấu hàn (HAN19MĐ02) do Trường Cao đẳng Dầu khí biên soạn cung cấp nền tảng kiến thức thực nghiệm về công nghệ chuẩn bị và định vị liên kết hàn trong không gian. Nội dung tài liệu là mắt xích chuyển tiếp kỹ thuật bắt buộc, kết nối giữa khâu chuẩn bị phôi liệu với các kỹ thuật hàn tay và hàn tự động chuyên sâu.

Để hoàn thiện toàn diện năng lực tay nghề, người học cần đối chiếu kiến thức mô đun này với các tài liệu bổ trợ chuyên ngành như Cẩm nang hàn (Hoàng Tùng et al., 1998), Đồ gá hàn (Lê Văn Tiến, 1999) và các sổ tay quy trình công nghệ hàn chuẩn quốc tế (The Procedure Handbook of Arc Welding).