Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Gá lắp kết cấu hàn (Mã số mô đun: MECW52163) là tài liệu giảng dạy và học tập chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ Trung cấp và Cao đẳng, được ban hành chính thức theo Quyết định số 214/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Tài liệu do tập thể giảng viên Khoa Giáo dục nghề nghiệp biên soạn, gồm ông Trần Thanh Ngọc (Chủ biên), ông Trần Nam An và ông An Đình Quân.

                       CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ HÀN

Trong cấu trúc chương trình khung, mô đun MECW52163 có khối lượng 2 tín chỉ với tổng thời lượng đào tạo là 60 giờ (gồm 10 giờ lý thuyết, 48 giờ thực hành và 2 giờ kiểm tra). Mô đun này thuộc nhóm các môn học/mô đun chuyên môn ngành nghề (nhóm II.2), được bố trí giảng dạy sau hoặc song song với các môn học cơ sở như Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055), Hóa đại cương (PETR52001), Vật liệu cơ khí (MECM53002), Vẽ kỹ thuật 1 (MECM52003) và mô đun Chế tạo phôi hàn (MECW52162).

Về chuẩn đầu ra, giáo trình hướng đến ba nhóm mục tiêu:

  1. Kiến thức: Nắm vững bản chất vật lý của hồ quang hàn (chuẩn A1), mô tả chi tiết các giai đoạn hình thành, đặc tính tĩnh và phương pháp duy trì hồ quang điện (chuẩn A2).
  2. Kỹ năng: Đấu nối, vận hành thành thạo thiết bị hàn dòng xoay chiều (AC) và một chiều (DC); gá lắp chính xác các kết cấu tấm và ống; thực hiện kỹ thuật hàn đính định vị ngấu đều, đúng kích thước theo bản vẽ kỹ thuật (chuẩn B1).
  3. Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tuân thủ các quy định về an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp và quy trình làm việc tại xưởng hàn (chuẩn C1).

Cấu trúc giáo trình được thiết kế theo trình tự từ vận hành thiết bị cơ bản đến các kỹ thuật gá lắp kết cấu phức tạp trong không gian. Nội dung bám sát điều kiện thi công cơ khí của ngành công nghiệp dầu khí, đặc biệt là các kết cấu ống chịu áp lực và liên kết giàn khoan.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 5 bài học được phân bổ logic theo mức độ nâng cao dần của kỹ năng tay nghề:

  Bài 1: Đấu nối & Vận hành máy hàn (4h)
  Bài 2: Gây hồ quang & Duy trì hồ quang (24h)
  Bài 3: Gá lắp & Định vị chi tiết hàn tấm 1F, 2F, 3F, 4F (8h)
  Bài 4: Gá lắp & Định vị chi tiết hàn tấm 1G, 2G, 3G, 4G (8h)
  Bài 5: Gá lắp & Định vị chi tiết hàn ống 1G, 2G, 5G, 6G, 6GR (16h)
  • Bài 1: Đấu nối và vận hành máy hàn (Thời lượng: 4 giờ - 1 giờ LT, 3 giờ TH): Cung cấp quy trình kiểm tra sơ bộ thiết bị nguồn hàn, sơ đồ đấu nối cáp vào lưới điện 220V/380V (1 pha hoặc 3 pha), kỹ thuật nối dây tiếp đất chống dòng rò vỏ máy. Trình bày phương pháp kết nối kìm hàn, kẹp mát, điều chỉnh vô lăng cường độ dòng điện, cách lắp que hàn vào rãnh kẹp má kìm góc $90^\circ$, nhận diện và sửa chữa các hư hỏng cơ điện thông thường (lắp nhầm pha, lỏng vít hãm gông từ, mòn vít me lõi thép).
  • Bài 2: Gây hồ quang và duy trì hồ quang (Thời lượng: 24 giờ - 6 giờ LT, 17 giờ TH, 1 giờ KT): Giải thích bản chất vật lý của hồ quang; 3 giai đoạn hình thành hồ quang (ngắn mạch, ion hóa, cháy ổn định); các vùng trên đường đặc tính tĩnh V-A; kỹ thuật gây hồ quang bằng phương pháp ma sát (quẹt que) và mổ thẳng; 4 phương pháp dao động đầu que hàn (hình đường thẳng, răng cưa, bán nguyệt, đường tròn); kỹ thuật kết thúc bể hàn và quy trình khắc phục các lỗi dính que, tắt hồ quang, quẹt hồ quang ngoài rãnh hàn trên phôi thép tấm carbon ($250 \times 150 \times 10\text{ mm}$).
  • Bài 3: Gá lắp và hàn đính định vị các chi tiết hàn tấm vị trí 1F, 2F, 3F, 4F (Thời lượng: 8 giờ - 1 giờ LT, 7 giờ TH): Hướng dẫn quy trình gá lắp liên kết hàn góc chữ T và liên kết góc chữ thập; sử dụng dưỡng thép góc, ke vuông và kìm kẹp chết chuyên dụng; xác định thông số hàn đính: que hàn E6013 đường kính 3,2 mm, dòng điện $120\text{ A} \div 130\text{ A}$ (tăng 20% - 30% so với dòng hàn tiêu chuẩn), chiều dài vết đính bằng 3 - 4 lần chiều dày vật hàn ($S$), khoảng cách giữa hai mối đính liên tiếp đạt 40 - 50 lần chiều dày vật hàn; kỹ thuật nung sơ bộ $90^\circ\text{C} \div 150^\circ\text{C}$ đối với tấm dày trên 19 mm.
  • 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 giờ LT, 6 giờ TH, 1 giờ KT): Kỹ thuật chuẩn bị phôi hàn giáp mối vát mép chữ V với góc vát $30^\circ \pm 2^\circ$ (góc mở rãnh $60^\circ$), mép cùn ($root\ face$) từ $1,6\text{ mm} \div 2,0\text{ mm}$; căn chỉnh khe hở đáy ($root\ gap$) bằng đường kính que hàn lót hoặc lớn hơn 0,5 mm; phương pháp hàn đính kèm gông định vị chống co ngót mặt sau ở vị trí hàn ngang 2G, hàn đứng 3G và hàn 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 giờ LT, 15 giờ TH): Kỹ thuật gá đặt ống trên thanh chữ V, khối V, ụ xoay điều khiển bằng động cơ điện và giá hàn cố định; quy trình phân bố mối hàn đính đối xứng trên chu vi ống; thiết lập chi tiết vòng chặn/bích chặn cản trở ở vị trí hàn 6GR phục vụ cho kết cấu cơ khí chuyên dụng.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình củng cố nền tảng lý thuyết và cơ sở tính toán thông số công nghệ hàn:

  • Hệ thống lý thuyết nhiệt và phóng điện: Bản chất nhiệt lượng theo định luật Joule - Lenz: $$Q = 0{,}24 \cdot R \cdot I^2 \cdot t$$ Quá trình phát xạ điện tử ở catốt, chuyển dịch ion và nhiệt độ vùng cháy của hồ quang (tâm cột hồ quang đạt $6000^\circ\text{C}$, khu vực catốt đạt khoảng $3400^\circ\text{C}$, anốt đạt khoảng $2600^\circ\text{C}$).
  • Đặc tính tĩnh của hồ quang: Phương trình xác định điện áp cột hồ quang: $$U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$$ (Trong đó $a$ là tổng sụt áp trên hai điện cực, $a = 15\text{ V} \div 20\text{ V}$ với điện cực nóng chảy; $b$ là hệ số sụt áp trên một đơn vị chiều dài, $b = 15{,}7\text{ V/cm}$; $L_{hq}$ là chiều dài cột hồ quang).
  • Công thức thực nghiệm xác định chế độ hàn:
    • Tính toán đường kính que hàn theo chiều dày vật liệu: $$d = \frac{S}{2} + 1 \quad (\text{với } d \text{ là đường kính que hàn, } S \text{ là chiều dày phôi}).$$
    • Tính toán cường độ dòng điện hàn hồ quang tay: $$I_h = (\beta + \alpha \cdot d) \cdot d \quad (\text{với hệ số thực nghiệm } \beta = 20, \alpha = 6).$$
  • Nguyên lý biến dạng nhiệt: Cơ chế hình thành ứng suất nhiệt và góc tù biến dạng khi nung nóng - nguội lạnh cục bộ trong quá trình hàn đính phôi giáp mối và mối hàn góc.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác đấu nối cáp nguồn, cáp kìm hàn, kẹp mát và dây tiếp địa vỏ máy đúng quy chuẩn; kiểm tra nguồn điện vào bằng thiết bị đo; sấy que hàn trong tủ sấy di động; thao tác mồi hồ quang ma sát và mổ thẳng; điều khiển que hàn theo các quỹ đạo răng cưa, bán nguyệt; căn chỉnh mép cùn và góc vát mép bằng dụng cụ đo kiểm.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc bản vẽ kết cấu hàn; đo đạc và kiểm tra kích thước hình học, độ vuông góc của phôi bằng ke góc và ly vô; nhận diện các khuyết tật mối hàn đính (nứt mối đính, cháy cạnh, đính quá cao, không ngấu) và xác định biện pháp xử lý bằng máy mài hoặc hàn bổ sung.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Sử dụng các loại dưỡng kẹp, kìm chết, đồ gá chuyên dùng, khối V định vị và gá lắp chính xác kết cấu thép tấm, ống ở các vị trí không gian 1F đến 4F, 1G đến 4G, 5G, 6G và 6GR đảm bảo an toàn tuyệt đối.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng phương pháp giảng dạy tích cực kết hợp giữa thuyết trình nêu vấn đề và thực hành trực tiếp tại xưởng:

Hạng mục Quy định triển khai chi tiết
Phương pháp giảng dạy • Giảng viên thuyết trình ngắn gọn về nguyên lý và bản vẽ kỹ thuật.
• Thao tác mẫu từng kỹ năng (mồi hồ quang, gá phôi, đặt khe hở đáy, hàn đính).
• Hướng dẫn thường xuyên, quan sát trực tiếp, uốn nắn tư thế cầm kìm hàn ($70^\circ \div 80^\circ$) và rút kinh nghiệm cho học viên.
Tổ chức thực hành • Phân chia nhóm nhỏ từ 2 đến 4 người học, mỗi nhóm được trang bị 2 máy hàn DC/AC và 1 cụm bàn gá.
• Học viên luân phiên thao tác hàn đính, đo kiểm ke góc, làm sạch xỉ hàn bằng bàn chải sắt và ghi nhận kết quả.
Phương pháp kiểm tra, đánh giá • Áp dụng theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội.
• Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1, chiếm 40% trọng số cùng điểm định kỳ): Đánh giá thực hành kỹ năng đấu nối máy, gây và duy trì hồ quang sau 15 giờ đào tạo (chuẩn A1, A2, B1, C1).
• Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2): Đánh giá kỹ năng gá đính tấm ở vị trí 1G - 4G sau 45 giờ đào tạo.
• Thi kết thúc môn học (Chiếm 60% tổng điểm môn học): Bài thi thực hành tổng hợp gá lắp liên kết tấm/ống sau 60 giờ đào tạo.
• Điểm chấm theo thang điểm 10, làm tròn 1 chữ số thập phân, quy đổi sang thang điểm chữ (A, B, C, D, F) và thang điểm 4.
Yêu cầu tự học & Kỷ luật xưởng • Đọc trước giáo trình, tài liệu hướng dẫn và phiếu quy trình thực hành trước giờ học.
• Tham dự 100% thời lượng xưởng. Quy định bắt buộc: Học viên vắng $>1%$ số tiết thực hành phải học lại toàn bộ mô đun, không được tham gia thi kết thúc.
• Mang đầy đủ trang bị bảo hộ lao động: mặt nạ hàn (loại đội đầu hoặc cầm tay), găng tay da, giày chống cháy cao cổ, quần áo bạt.
• Thực hiện vệ sinh công nghiệp sau ca trực: ngắt nguồn điện, treo biển cảnh báo "Chú ý, vật đang nóng" tại khu vực để phôi nóng, ghi sổ trực ca.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa chương trình đào tạo kỹ thuật: Nội dung giáo trình được biên soạn và chuẩn hóa theo Quyết định số 214/QĐ-CĐDK năm 2022, đáp ứng cấu trúc tín chỉ và quy chế đào tạo nghề nghiệp hiện hành của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội.
  • Tích hợp yêu cầu kỹ thuật ngành Dầu khí: Giáo trình xây dựng riêng một bài học chuyên sâu (Bài 5) về gá lắp và hàn đính chi tiết ống ở các vị trí không gian khó như 5G, 6G và đặc biệt là 6GR (sử dụng bích chặn hạn chế góc thao tác của mỏ hàn). Đây là tiêu chuẩn kiểm tra tay nghề hàn quốc tế chuyên biệt áp dụng trong chế tạo chân đế giàn khoan biển và hệ thống ống công nghệ áp lực cao.
  • Mô tả chi tiết trang thiết bị gá kẹp: Tài liệu đưa vào giảng dạy các trang thiết bị thực tế gồm: tủ sấy que hàn di động, dưỡng gá liên kết góc, gông định vị mặt sau chống biến dạng góc (cho liên kết 2G), khối chữ V và ụ xoay ống tự động gắn động cơ điện.
  • Kế thừa các tài liệu tham khảo chuyên ngành: Nội dung giáo trình được tổng hợp từ các nguồn tài liệu kỹ thuật trong và ngoài nước:
    • 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).
    • Metal 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 - Richard S.).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  1. Học viên & Sinh viên
  
  2. Giảng viên chuyên ngành
  
  3. Thợ cơ khí & Người tự học
  • Học viên, sinh viên: Áp dụng cho học viên trình độ Trung cấp và sinh viên Cao đẳng chuyên ngành Hàn tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đào tạo khối ngành cơ khí chế tạo.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành hoặc học song song các môn học cơ sở: Vẽ kỹ thuật 1 (MECM52003), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055), Hóa đại cương (PETR52001), Vật liệu cơ khí (MECM53002) và mô đun Chế tạo phôi hàn (MECW52162).
  • Giảng viên và cán bộ kỹ thuật: Dùng làm tài liệu chuẩn để xây dựng giáo án tích hợp, phiếu hướng dẫn thực hành xưởng, lập phiếu đánh giá kỹ năng tay nghề và thiết kế đồ gá phục vụ giảng dạy.
  • Thợ hàn tự học và tham khảo kỹ thuật: Làm tài liệu tra cứu các thông số công nghệ (khe hở rãnh hàn, chiều dày mép cùn, quy cách mối đính, sơ đồ gá đặt đồ gá khối V và ụ xoay) phục vụ thi tuyển sát hạch tay nghề thợ hàn theo tiêu chuẩn ASME hoặc AWS.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn; đồng thời cung cấp kiến thức nền tảng cho công nhân kỹ thuật, thợ hàn cần chuẩn hóa quy trình chuẩn bị liên kết và gá đính phôi trước khi hàn.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học cần nắm vững kiến thức đọc hiểu bản vẽ cơ khí từ môn Vẽ kỹ thuật 1, hiểu biết cơ bản về mạch điện một chiều/xoay chiều từ môn Điện kỹ thuật cơ bản, đặc tính thép carbon từ môn Vật liệu cơ khí và thành thạo thao tác gia công cắt, làm sạch mép phôi từ mô đun Chế tạo phôi hàn (MECW52162).

3. Điểm khác biệt về mặt nội dung của giáo trình này là gì?

Tài liệu tập trung chuyên sâu vào công đoạn đấu nối máy, an toàn điện, kỹ thuật gây hồ quang và thao tác gá đính định vị cho toàn bộ các vị trí hàn không gian (từ 1F đến 4F cho liên kết góc; từ 1G đến 4G cho liên kết tấm; từ 1G, 2G, 5G, 6G đến 6GR cho liên kết ống). Giáo trình cung cấp quy chuẩn kích thước vết đính, khoảng cách đính và việc sử dụng đồ gá chuyên dùng thay vì chỉ mô tả chung kỹ thuật hàn đường hàn liền.

4. Phương pháp tự học và luyện tập mô đun này như thế nào để đạt hiệu quả?

Người học cần đối chiếu bản vẽ chi tiết với phôi thực tế, tính toán chế độ dòng điện theo công thức $I_h = (\beta + \alpha d)d$, luyện tập tư thế cầm kìm hàn góc $70^\circ \div 80^\circ$ và duy trì chiều dài hồ quang $2\text{ mm} \div 4\text{ mm}$. Khi thực hành theo nhóm (2 - 4 học viên/2 máy hàn), cần nghiêm túc ghi chép sổ trực ca và kiểm tra kích thước bằng thước đo ke góc trước và sau khi gá đính.

5. Giáo trình có các tài liệu bổ trợ nào đi kèm?

Mô đun được chuẩn bị kèm theo hệ thống bản vẽ chi tiết phôi hàn tấm/ống (Hình 2.10, Hình 4.1, Hình 5.4, Hình 5.18), phiếu học tập, quy trình thực hành xưởng và danh mục tài liệu tham khảo tiêu chuẩn từ The Lincoln Electric Company, Trung tâm Việt – Đức và NXB Khoa học Kỹ thuật.

Kết luận

Giáo trình Gá lắp kết cấu hàn (Mã số: MECW52163) cung cấp quy trình chuẩn hóa về kỹ thuật đấu nối thiết bị, thiết lập chế độ hàn hồ quang và kỹ năng gá lắp định vị liên kết hàn tấm, ống trong không gian. Nội dung tài liệu là tiền đề bắt buộc để người học chuyển tiếp sang các mô đun công nghệ hàn chuyên sâu trong chương trình đào tạo nghề Hàn, bao gồm:

  • Hàn hồ quang tay cơ bản (MECW56164)
  • Hàn hồ quang tay nâng cao (MECW55165)
  • Hàn MIG/MAG cơ bản (MECW54166)
  • Hàn FCAW cơ bản (MECW53167)
  • Hàn TIG cơ bản (MECW53168)
  • Hàn tự động dưới lớp thuốc (MECW52169)
  • Hàn điện trở (MECW52170)
  • Thực tập sản xuất tại doanh nghiệp (MECM54210)

Người học có thể tham khảo thêm các tài liệu mở rộng tại thư viện Trường Cao đẳng Dầu khí như Cẩm nang hàn (1998), Đồ gá hàn (1999) và The Procedure Handbook of Arc Welding để củng cố các thông số công nghệ khi thực hiện các bài thực hành nâng cao.