Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Gá lắp kết cấu hàn (Mã số mô đun: HAN19MĐ02) 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 kèm theo Quyết định số 196/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Giáo trình do Khoa Cơ khí Động lực tổ chức biên soạn với nhóm tác giả gồm: Trần Thanh Ngọc (Chủ biên), Trần Nam An và An Đình Quân.

Trong cấu trúc chương trình khung ngành Hàn (tổng khối lượng 55 tín chỉ / 1410 giờ), mô đun HAN19MĐ02 có thời lượng 2 tín chỉ, tương đương 60 giờ đào tạo (bao gồm 10 giờ lý thuyết, 48 giờ thực hành/thảo luận và 2 giờ kiểm tra). Mô đun này giữ vị trí chuyên ngành bắt buộc, được bố trí giảng dạy song song hoặc ngay sau các môn học cơ sở như Điện kỹ thuật cơ bản (ĐKT19MH01), An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01) và mô đun Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01). Đây là điều kiện tiên quyết để người học tiếp tục theo học các mô đun chuyên sâu: Hàn hồ quang tay cơ bản (HAN19MĐ03), Hàn hồ quang tay nâng cao (HAN19MĐ04), Hàn MIG/MAG (HAN19MĐ05), Hàn FCAW (HAN19MĐ06), Hàn TIG (HAN19MĐ07) và Hàn tự động dưới lớp thuốc (HAN19MĐ08).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác lập cụ thể qua 3 chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1, A2): Trình bày được bản chất vật lý của hồ quang hàn; phân tích tính chất, đặc điểm của quá trình gây và duy trì hồ quang; nắm vững quy trình công nghệ gá lắp, hàn đính và định vị các liên kết hàn tấm, hàn ống.
  • Kỹ năng (B1): Đấu nối và vận hành thành thạo máy hàn xoay chiều (AC) và một chiều (DC); gây và duy trì hồ quang cháy ổn định; thực hiện thao tác gá lắp, hàn đính kết cấu tấm và ống đúng thông số kỹ thuật, vết đính ngấu đều, đúng kích thước.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy chuẩn an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp trong phân xưởng; rèn luyện tính cẩn thận, chính xác và kỷ luật làm việc nhóm.

Giáo trình tiếp cận theo mô hình đào tạo định hướng năng lực thực hành với tỷ lệ thời gian thực hành chiếm 80% tổng thời lượng. Nội dung được tổ chức thành 5 bài học logic, kết hợp giữa cơ sở lý thuyết hàn nóng chảy với quy trình chuẩn bị phôi, căn chỉnh sai lệch hình học và cố định vị trí liên kết phục vụ công nghệ hàn dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 5 bài học chuyên đề được cấu trúc từ kỹ năng vận hành thiết bị cơ bản đến kỹ thuật gá đặt kết cấu không gian phức tạp:

  1. Bài 1: Đấu nối và vận hành máy hàn (Thời lượng: Theo phân bổ mô đun)

    • Khảo sát mạch điện nguồn 220V/380V (1 pha và 3 pha), kiểm tra công tắc nguồn, cáp điện đầu vào/đầu ra và hệ thống tiếp đất an toàn cho vỏ máy, vật hàn, đồ gá.
    • Kỹ thuật đấu nối dây kìm hàn và dây kẹp mát; cơ chế điều chỉnh cường độ dòng điện hàn bằng vô lăng biến áp.
    • Thao tác kẹp que hàn ở phần chuôi không bọc thuốc, quy tắc thay que hàn khi cháy còn cách chuôi $30 \div 40\text{ mm}$.
    • Nhận diện các sự cố thông thường (đấu nhầm pha, hỏng cách điện cuộn sơ cấp/thứ cấp, lỏng gông từ gây tiếng kêu) và phương pháp xử lý.

  2. Bài 2: Gây hồ quang và duy trì hồ quang (Thời lượng: 24 giờ - 6 LT, 17 TH, 1 KT)

    • Bản chất vật lý của hồ quang hàn nóng chảy và đường đặc tính tĩnh (V-A).
    • Hai phương pháp gây hồ quang: phương pháp ma sát (quẹt diêm) và phương pháp mổ thẳng (chuyển động vuông góc); duy trì chiều dài hồ quang trong khoảng $2 \div 4\text{ mm}$.
    • Kỹ thuật dịch chuyển que hàn khi hàn đường thẳng trên mặt phẳng với góc nghiêng que hàn $70^\circ \div 80^\circ$ theo trục đường hàn.
    • Bốn phương pháp dao động que hàn: chuyển động đường thẳng (hàn lót/tấm dày $3 \div 5\text{ mm}$), hình răng cưa (hàn bằng, hàn đứng), hình bán nguyệt (tăng lượng kim loại đắp, giữ nhiệt bể hàn), và hình vòng tròn (hàn tấm dày ở vị trí bằng).
    • Biện pháp khắc phục khuyết tật: que hàn bị dính do ngắn mạch kéo dài, hồ quang bị ngắt do khoảng cách quá dài, quẹt hồ quang ra ngoài rãnh hàn.

  3. 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)

    • Chuẩn bị phôi hàn góc (2 tấm thép carbon không vát mép, vuông cạnh, làm sạch rỉ sét và dầu mỡ).
    • Sử dụng dưỡng thép góc, đồ gá chuyên dùng và kìm chết để kẹp giữ độ vuông góc giữa hai tấm phôi.
    • Kỹ thuật hàn đính bằng que E6013 đường kính $\phi 3,2\text{ mm}$, dòng điện $120 \div 130\text{ A}$: chiều dài vết đính bằng $3 \div 4$ lần chiều dày tấm ($S$), khoảng cách giữa các vết đính bằng $40 \div 50\text{ lần } S$; yêu cầu nung sơ bộ $90^\circ\text{C} \div 150^\circ\text{C}$ khi $S > 19\text{ mm}$.
    • Phương pháp định vị phôi trên bàn gá/giá hàn ở các tư thế: 1F (hàn góc bằng), 2F (hàn góc ngang), 3F (hàn góc đứng), 4F (hàn góc trần).
    • Kỹ thuật kiểm tra độ vuông góc bằng ke vuông và chỉnh sửa sai lệch bằng búa cơ khí hoặc mài sửa khuyết tật vết đính.

  4. 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)

    • Chuẩn bị phôi hàn giáp mối vát mép chữ V: góc vát mép $30^\circ \pm 2^\circ$, góc mở rãnh $60^\circ$, bề dày mép cùn $1,6 \div 2\text{ mm}$.
    • Căn chỉnh khe hở đáy giữa hai mép hàn bằng đường kính que hàn lót hoặc lớn hơn $0,5\text{ mm}$.
    • Kỹ thuật sử dụng gông định vị mặt sau để chống biến dạng góc khi hàn đính ở tư thế ngang 2G.
    • Quy trình định vị chắc chắn tấm hàn giáp mối trên giá hàn ở các vị trí: 1G (hàn sấp/bằng), 2G (hàn ngang), 3G (hàn đứng), 4G (hàn ngửa/trần).

  5. 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 công nghệ và thiết bị gá kẹp: khối V định tâm, đồ gá xoay tay, đồ gá ống lớn có động cơ điện tự động quay.
    • Gá lắp và đính phôi ống ở vị trí 1G trên thanh chữ V và Ụ xoay phôi; định vị ống ở vị trí trục đứng 2G trên kệ hàn.
    • Gá lắp và định vị ống trục ngang cố định ở vị trí 5G; gá lắp ống nghiêng $45^\circ$ cố định ở vị trí 6G.
    • Kỹ thuật chuẩn bị và gá lắp ống ở vị trí 6GR có bích chặn/vòng chặn hạn chế không gian thao tác của mỏ hàn.
Progression Logic của Mô đun HAN19MĐ02:
[Đấu nối máy & Thiết lập an toàn] -> [Gây & Duy trì hồ quang đường thẳng] -> [Gá đính liên kết góc 1F-4F] -> [Gá đính giáp mối tấm 1G-4G] -> [Gá đính liên kết ống 1G-6GR]

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Cơ sở vật lý hồ quang hàn: Giải thích quá trình phát nhiệt theo định luật Jun – Lenx: $$Q = 0,24 R I^2 t$$ Phân tích 3 giai đoạn hình thành hồ quang: ngắn mạch phát nhiệt tiếp xúc $\rightarrow$ phát xạ điện tử và ion hóa chất khí $\rightarrow$ hình thành cột hồ quang cháy ổn định.
  • Đặc tính năng lượng hồ quang: Phân bố nhiệt độ cột hồ quang đạt $6000^\circ\text{C}$, tại catốt đạt xấp xỉ $3400^\circ\text{C}$ và tại anốt đạt xấp xỉ $2600^\circ\text{C}$.
  • Mối quan hệ V-A của cột hồ quang: Đường đặc tính tĩnh gồm 3 vùng (vùng điện áp giảm, vùng điện áp không đổi, vùng điện áp tăng). Điện áp cột hồ quang được xác định theo công thức: $$U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$$ (Trong đó: $a$ là tổng sụt áp trên 2 cực, $a = 15 \div 20\text{ V}$ với que hàn nóng chảy; $b = 15,7\text{ V/cm}$; $L_{hq}$ là chiều dài cột hồ quang).
  • Công thức tính toán chế độ hàn thực nghiệm:
    • Chọn đường kính que hàn ($d$) theo chiều dày vật hàn ($S$): $$d = \frac{S}{2} + 1\quad (\text{mm})$$
    • Chọn cường độ dòng điện hàn ($I_h$) theo đường kính que hàn ($d$): $$I_h = (\beta + \alpha d) \cdot d$$ (Với hệ số thực nghiệm $\beta = 20$, $\alpha = 6$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác đấu nối nguồn điện 1 pha/3 pha cho máy hàn AC/DC; điều chỉnh dòng điện chính xác theo thang đo; kiểm soát độ dài hồ quang từ $2 \div 4\text{ mm}$; vận hành máy mài cầm tay để làm sạch rãnh hàn và vát mép; thao tác hàn que KR 3000 (E6013) đạt độ ngấu.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc và bóc tách yêu cầu kích thước trên bản vẽ kỹ thuật cơ khí; tính toán các thông số công nghệ (đường kính que, dòng điện, khe hở đáy, góc vát mép); nhận diện nguyên nhân và đưa ra biện pháp xử lý sự cố dính que hàn, ngắn mạch hoặc biến dạng nhiệt.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Sử dụng thành thạo các dụng cụ đo kiểm cơ khí (thước cuộn, thước lá, thước đo góc, ke vuông, ống ly vô); gá lắp chuẩn xác các liên kết hàn tấm và hàn ống ở tất cả các vị trí trong không gian theo tiêu chuẩn kỹ thuật (1F–4F, 1G–4G, 1G–6GR).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp dạy học tích cực trong môi trường đào tạo kỹ thuật thực hành tích hợp:

Quy trình Giảng dạy & Đánh giá mô đun HAN19MĐ02:
[Giảng viên: Thuyết trình ngắn & Nêu vấn đề]
[Thị phạm: Làm mẫu quy trình gá đặt & hàn đính]
[Thực hành: Phân nhóm 2-4 học viên / 2 máy hàn DC-AC]
[Đánh giá quá trình 40%: Kiểm tra 15h (TX) & 45h (ĐK)]
[Đánh giá kết thúc 60%: Bài thi thực hành tổng hợp 60h]
  • Tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach): Giảng viên áp dụng kỹ thuật thuyết trình ngắn kết hợp nêu vấn đề kỹ thuật; thực hiện thao tác mẫu chuẩn xác trước xưởng thực hành; hướng dẫn thường xuyên (uốn nắn thao tác cầm kìm hàn, góc nghiêng que hàn, tốc độ di chuyển mỏ hàn); phân tích lỗi và rút kinh nghiệm trực tiếp trên sản phẩm sau từng bài tập.
  • Tổ chức bài tập và thực hành xưởng: Học viên được tổ chức làm việc theo nhóm từ 2 đến 4 người, mỗi nhóm được cấp phát 02 máy hàn thực hành cùng hệ thống dụng cụ gá kẹp chuyên dụng. Các bài tập thực hành được tiến hành tuần tự trên mẫu phôi thép carbon kích thước $250 \times 150 \times 10\text{ mm}$ và phôi ống công nghiệp.
  • Phương pháp đánh giá kết quả (Assessment methods): Thực hiện theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội và quy chế đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí:
    • Đánh giá quá trình (Trọng số 40%): Gồm 01 bài kiểm tra thường xuyên tại thời điểm sau 15 giờ học (đánh giá CĐR A1, A2, B1, B2, B3, C1, C2) và 01 bài kiểm tra định kỳ tại thời điểm sau 45 giờ học (đánh giá CĐR A1, B1, C3).
    • Đánh giá kết thúc mô đun (Trọng số 60%): 01 bài thi thực hành tổng hợp tại thời điểm sau 60 giờ học (đánh giá toàn diện các CĐR từ A1 đến C3).
    • Cách tính điểm: Đánh giá theo thang điểm 10 (làm tròn đến 1 chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy chế đào tạo tín chỉ.
  • Hướng dẫn tự học và an toàn phân xưởng: Học viên bắt buộc phải nghiên cứu bản vẽ và giáo trình trước khi đến lớp; tuân thủ 100% thời lượng các buổi thực hành (học viên vắng $>1%$ số tiết thực hành không đủ điều kiện dự thi, phải học lại mô đun). Thực hiện nghiêm ngặt quy chuẩn bảo hộ lao động cá nhân: mang mặt nạ hàn da/kính hàn số phù hợp, găng tay da khô, yếm da, giày bảo hộ chống cháy; mang kính trắng khi gõ xỉ hàn; thực hiện vệ sinh phân xưởng, treo biển cảnh báo "Chú ý, vật đang nóng" và ghi sổ trực ca sau mỗi buổi học.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính cập nhật theo chuẩn sản xuất công nghiệp Dầu khí: Giáo trình được hoàn thiện vào tháng 03/2020, tích hợp trực tiếp các yêu cầu kỹ thuật gá lắp và hàn định vị từ thực tế thi công kết cấu giàn khoan, đường ống áp lực thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam.
  • Kế thừa hệ thống tài liệu chuyên ngành tiêu chuẩn: Nội dung kỹ thuật và thông số chế độ hàn được tổng hợp, đối chiếu từ các nguồn tài liệu kỹ thuật chuyên môn:
    • 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.).
  • Tích hợp giải pháp chống biến dạng và đồ gá chuyên dụng: Giáo trình mô tả chi tiết phương pháp gá đính có gông chịu lực mặt sau cho mối hàn tấm ngang (2G) nhằm hạn chế ứng suất và biến dạng nhiệt; bổ sung hệ thống đồ gá xoay tự động gắn động cơ cho ống đường kính lớn và kỹ thuật định vị liên kết ống phức tạp có vòng chặn hạn chế (vị trí 6GR).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và học viên đào tạo chính quy: Học sinh – sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn tham gia học tập mô đun bắt buộc HAN19MĐ02 tại các cơ sở giáo dục nghề nghiệp.
  • Điều kiện tiên quyết đối với người học: Cần hoàn thành các môn học cơ sở gồm Điện kỹ thuật cơ bản (ĐKT19MH01), An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Hóa đại cương (CNH19MH09), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01) và mô đun Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01).
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Dùng làm tài liệu quy chuẩn để thiết kế đề cương bài giảng, biên soạn giáo án tích hợp, xây dựng phiếu hướng dẫn thực hành xưởng và phiếu tiêu chuẩn đánh giá kỹ năng tay nghề học viên.
  • Kỹ thuật viên và công nhân kỹ thuật hàn: Dùng làm tài liệu tham khảo kỹ thuật để chuẩn hóa quy trình chuẩn bị mép hàn, tính toán chế độ hàn đính, thiết kế đồ gá định vị và thực hiện các biện pháp an toàn điện – nhiệt trong sản xuất cơ khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho người học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn. Nội dung tập trung trang bị kỹ năng vận hành máy hàn điện và kỹ thuật gá lắp, đính định vị kết cấu tấm và ống.

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

Người học cần nắm vững kiến thức cơ sở về bản vẽ cơ khí (Vẽ kỹ thuật 1), an toàn điện và an toàn công nghiệp (An toàn – vệ sinh lao động, Điện kỹ thuật cơ bản), cơ tính kim loại (Vật liệu cơ khí) và kỹ thuật chuẩn bị phôi (Chế tạo phôi hàn).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu kỹ thuật hàn chung là gì?

Tài liệu tập trung chuyên sâu vào công đoạn gá lắp và hàn đính định vị – khâu kỹ thuật kiểm soát kích thước hình học và sai số trước khi hàn hoàn thiện. Giáo trình cung cấp quy trình chi tiết cho toàn bộ các vị trí không gian từ 1F đến 4F (liên kết góc), 1G đến 4G (giáp mối tấm) và 1G đến 6GR (liên kết ống công nghệ dầu khí).

4. Phương pháp tự học và luyện tập kỹ năng đạt hiệu quả cao nhất?

Người học cần đọc trước bản vẽ kỹ thuật, tính toán chế độ dòng điện theo công thức thực nghiệm ($I_h = (\beta + \alpha d)d$) trước khi thao tác, tuân thủ tuyệt đối quy định an toàn phân xưởng, và chủ động sử dụng dưỡng đo, ke vuông kiểm tra độ sai lệch của kết cấu sau mỗi lần gá đính.

5. Giáo trình có tài liệu và trang thiết bị bổ trợ nào đi kèm?

Mô đun đi kèm hệ thống giáo án tích hợp, phiếu học tập xưởng, bản vẽ chi tiết phôi hàn, hệ thống máy hàn AC/DC, máy mài, tủ sấy que hàn di động, bộ dưỡng ke góc, đồ gá khối V, đồ gá xoay phôi ống và danh mục tài liệu tham khảo chuẩn quốc tế từ Lincoln Electric.

Kết luận

Giáo trình Gá lắp kết cấu hàn (HAN19MĐ02) do Trường Cao đẳng Dầu khí ban hành cung cấp hệ thống kiến thức vật lý hồ quang hàn và chuẩn hóa toàn bộ quy trình gá lắp, hàn đính liên kết kết cấu kim loại. Việc làm chủ các kỹ năng định vị từ cơ bản (1F, 1G) đến nâng cao (6G, 6GR) trong mô đun này là điều kiện kỹ thuật bắt buộc để người học chuyển tiếp sang các mô đun công nghệ hàn chuyên sâu: Hàn hồ quang tay nâng cao (HAN19MĐ04), Hàn MIG/MAG (HAN19MĐ05), Hàn FCAW (HAN19MĐ06), Hàn TIG (HAN19MĐ07), Hàn tự động dưới lớp thuốc (HAN19MĐ08) và Thực tập sản xuất (HAN19MĐ16). Người học có thể mở rộng nghiên cứu thông qua hệ thống tài liệu tham khảo chuyên ngành của NXB Khoa học và Kỹ thuật và tổ chức Lincoln Electric Company để hoàn thiện năng lực nghề nghiệp.