Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hàn cơ bản (Mã mô đun: HCB19MĐ01) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được ban hành theo Quyết định số 186/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Giáo trình do tập thể giảng viên Khoa Cơ khí - Động lực biên soạn, gồm: Trần Thanh Ngọc, An Đình Quân và Nguyễn Công Khai.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng và Trung cấp cho các ngành nghề Cắt gọt kim loại và Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí, mô đun Hàn cơ bản có khối lượng 3 tín chỉ với tổng thời lượng 75 giờ (bao gồm 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận/bài tập, 1 giờ kiểm tra lý thuyết và 2 giờ kiểm tra thực hành). Mô đun được xếp ở nhóm môn học chuyên môn ngành/nghề (mục II.2), giảng dạy sau các môn học cơ sở (Hình học họa hình, Vẽ kỹ thuật, Vật liệu cơ khí, Dung sai, An toàn vệ sinh lao động, Gia công nguội cơ bản) và bố trí ngay trước mô đun Thực tập sản xuất nhằm cung cấp kỹ năng thực hành hàn phục vụ sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị công nghiệp.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể trên ba phương diện:

  • Kiến thức (A1–A5): Nắm vững bản chất vật lý của hồ quang hàn; nguyên lý hoạt động và kỹ thuật sử dụng các loại máy hàn điện xoay chiều (AC), máy hàn điện một chiều (DC); quy trình công nghệ hàn giáp mối thép tấm ở vị trí hàn bằng (1G); các quy tắc an toàn phòng chống cháy nổ và kỹ thuật tính toán chế độ hàn ($I_h, d$) tương ứng với chiều dày và kiểu liên kết.
  • Kỹ năng (B1–B3): Vận hành thành thạo thiết bị hàn điện hồ quang tay; thực hiện kỹ thuật cắt kim loại bằng ngọn lửa oxy – khí cháy; hàn hoàn thiện các mối hàn giáp mối tấm không vát cạnh và có vát cạnh chữ V ở vị trí bằng đảm bảo tiêu chuẩn kích thước và không khuyết tật.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C2): Rèn luyện tác phong kỷ luật lao động, tuân thủ 13 điều nội quy xưởng thực tập, thực hiện nghiêm ngặt công tác bảo hộ lao động và vệ sinh công nghiệp.

Giáo trình được cấu trúc thành 6 bài học theo chuỗi logic sư phạm tích hợp: bắt đầu từ công tác an toàn xưởng, phân tích thiết bị - dụng cụ, kỹ thuật mồi - duy trì hồ quang, kỹ thuật hàn đường thẳng, đến kỹ thuật hàn giáp mối không vát cạnh và vát cạnh V đa lớp.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 6 bài học chuyên đề với tiến trình phát triển từ nhận thức thiết bị, thao tác nền tảng đến kỹ thuật gia công mối ghép:

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                      TIẾN TRÌNH 6 BÀI HỌC TRONG GIÁO TRÌNH                    |
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  Bài 1: Nội quy và an toàn thực tập xưởng hàn (1h LT)                         |
|  --> An toàn điện, bức xạ quang, phòng nổ khí Acetylen/Oxy, 13 điều nội quy   |
+-------------------------------------------------------------------------------+
                                      |
                                      v
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  Bài 2: Khái niệm thiết bị, dụng cụ hàn và kỹ thuật sử dụng (2h LT + 5h TH)   |
|  --> Cấu tạo máy hàn AC/DC, phân cực DC+/DC-, cáp hàn, kính bảo hộ (số 6-14) |
+-------------------------------------------------------------------------------+
                                      |
                                      v
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  Bài 3: Kỹ thuật gây hồ quang và duy trì hồ quang hàn (2h LT + 6h TH)         |
|  --> Vật lý hồ quang, mồi ma sát / mổ thẳng, công thức d = S/2 + 1, Ih        |
+-------------------------------------------------------------------------------+
                                      |
                                      v
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng (2h LT + 13h TH + 1h KT)                     |
|  --> Góc que 70-80 độ, dao động ngang que hàn, nối mối hàn, kết thúc bể hàn   |
+-------------------------------------------------------------------------------+
                                      |
                                      v
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  Bài 5: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối không vát cạnh (4h LT + 12h TH + 1h KT)    |
|  --> Chuẩn bị phôi, hàn đính, hàn một phía, nhận diện 5 khuyết tật cơ bản     |
+-------------------------------------------------------------------------------+
                                      |
                                      v
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  Bài 6: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối vát cạnh V (3h LT + 20h TH + 1h KT)        |
|  --> Hàn tấm vị trí 1G đa lớp (lót, điền, phủ), xử lý cháy thủng, kiểm tra HQ |
+-------------------------------------------------------------------------------+
  • Bài 1: Nội quy và an toàn thực tập xưởng hàn (1 giờ): Trình bày 13 điều nội quy xưởng; kỹ thuật an toàn phòng ngừa bức xạ quang học (tia tử ngoại, tia hồng ngoại); biện pháp chống điện giật (tiếp đất vỏ máy, kiểm tra găng tay và đồ bạt khô); an toàn hóa khí đối với bình khí oxy (đặt cách nguồn nhiệt tối thiểu 5m), máy sinh khí acetylen và hố xả bã đất đèn (đặt cách vị trí phát sinh lửa tối thiểu 10m), cùng nguyên tắc vận hành bình dập lửa tạt lại.
  • Bài 2: Khái niệm thiết bị, dụng cụ hàn và kỹ thuật sử dụng (7 giờ): Khảo sát cấu tạo các dòng máy hàn AC (máy biến áp có bộ tự cảm kết hợp Nikitin 1925, máy hàn có cuộn dây di động, máy hàn có lõi từ di động); máy hàn DC (chỉnh lưu 1 pha với 4 điôt, chỉnh lưu 3 pha với 6 điôt, máy phát điện DC có cực từ lắp rời và 3 chổi than A, B, C); kỹ thuật đấu cực tính DC+ (đấu nghịch cho vật dày) và DC- (đấu thuận cho vật mỏng); tiêu chuẩn kìm hàn, cáp hàn và kính bảo hộ số 6 đến 14; giới thiệu kỹ thuật cắt kim loại bằng ngọn lửa oxy - khí cháy.
  • Bài 3: Kỹ thuật gây và duy trì hồ quang (8 giờ): Cung cấp lý thuyết vật lý hồ quang hàn; 3 giai đoạn hình thành hồ quang (ngắn mạch, ion hóa, cháy ổn định); phân tích đường đặc tính tĩnh V-A; 2 kỹ thuật gây hồ quang (ma sát/quẹt diêm và mổ thẳng); công thức xác định đường kính que hàn $d = \frac{S}{2} + 1$ và cường độ dòng điện $I_h = (\beta + \alpha d)d$; phương pháp phòng chống dính que và lệch hồ quang.
  • Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng (16 giờ): Hướng dẫn kỹ thuật dao động ngang que hàn, duy trì góc nghiêng trục que $70^\circ - 80^\circ$, phương pháp bắt đầu mối hàn, kỹ thuật nối mối hàn và kết thúc hồ quang nhằm lấp đầy miệng rỗ co ở bể hàn.
  • Bài 5: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối không vát cạnh (17 giờ): Quy trình gá đính phôi tấm phẳng, chọn chế độ hàn, thao tác hàn giáp mối một phía và kỹ thuật phân tích các khuyết tật: ngậm xỉ, rỗ khí, không ngấu, cháy chân, chồng mép.
  • Bài 6: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối vát cạnh V (24 giờ): Kỹ thuật chuẩn bị phôi vát mép chữ V, kỹ thuật hàn đính và hàn giáp mối vị trí 1G theo quy trình hàn nhiều lớp: lớp hàn lót (root pass - kiểm soát lỗ thâm nhập hồ quang), lớp hàn điền (fill pass), lớp hàn phủ (cap pass); kỹ thuật mài nối mối hàn, kiểm tra ngoại dạng mối hàn và xử lý khuyết tật cháy thủng.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình trang bị hệ thống lý thuyết kỹ thuật thông qua các định luật và công thức thực nghiệm:

  • Lý thuyết phát sinh và truyền nhiệt: Ứng dụng định luật Joule – Lenz xác định nhiệt lượng trong giai đoạn ngắn mạch: $$Q = 0{,}24 \cdot R \cdot I^2 \cdot t$$ Phân bố nhiệt độ cột hồ quang: tâm hồ quang đạt xấp xỉ $6000^\circ\text{C}$, cực catốt đạt $3400^\circ\text{C}$ và cực anốt đạt $2600^\circ\text{C}$.
  • Đặc tính tĩnh của cột hồ quang: Điện thế rơi trên cột hồ quang được xác định theo phương trình: $$U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$$ Trong đó: $a$ là tổng điện thế rơi trên hai điện cực ($a = 15 \div 20\text{V}$ đối với que hàn nóng chảy; $a = 30 \div 35\text{V}$ đối với que hàn không nóng chảy), $b$ là điện thế rơi trên một đơn vị chiều dài hồ quang ($b = 15{,}7\text{V/cm}$), $L_{hq}$ là chiều dài cột hồ quang.
  • Nguyên lý máy biến áp và máy phát điện hàn: Phân tích quan hệ từ thông tán và điện kháng trong máy hàn xoay chiều: $$X = \frac{\omega W_2^2}{g} + X_0$$ Khảo sát phản ứng roto trong máy phát điện hàn DC cực từ lắp rời giúp tự động giảm điện áp làm việc xuống mức ổn định khi hàn và đưa điện áp về xấp xỉ 0 khi chập mạch nhằm bảo vệ thiết bị. Yêu cầu dòng ngắn mạch giới hạn trong khoảng $I_{\text{đm}} = (1{,}3 \div 1{,}4)I_h$.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật và thao tác thiết bị: Thiết lập mạch điện hàn AC/DC; kiểm tra dòng rò vỏ máy; lựa chọn tiết diện cáp hàn đồng ($38 \div 150,\text{mm}^2$) theo độ dài dây dẫn ($25 \div 75,\text{m}$) và cường độ dòng ($100 \div 450\text{A}$); thực hiện cắt phôi bằng thiết bị mỏ cắt oxy – khí cháy; thao tác gá kẹp que hàn vào kìm hàn kiểu kẹp, kiểu ren hoặc kiểu cút.
  • Kỹ năng thao tác hồ quang học: Thực hiện thành thạo thao tác mồi hồ quang theo phương pháp ma sát và mổ thẳng với chiều dài hồ quang duy trì $2 \div 4,\text{mm}$; kiểm soát góc nghiêng que hàn $70^\circ \div 80^\circ$ theo hướng hàn; kết hợp hai chuyển động: tịnh tiến que đi xuống bù kim loại nóng chảy và dịch chuyển que dọc theo trục đường hàn.
  • Kỹ năng phân tích và kiểm soát chất lượng mối hàn: Đọc bản vẽ chi tiết gia công cơ khí; tính toán chế độ công nghệ hàn theo công thức thực nghiệm với hệ số $\beta = 20$, $\alpha = 6$; kiểm tra kích thước hình học mối hàn hoàn thiện; nhận diện và đưa ra giải pháp khắc phục đối với 6 dạng khuyết tật mối hàn: ngậm xỉ, rỗ khí, không ngấu, cháy chân, chồng mép và cháy thủng.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Mô đun áp dụng phương pháp dạy học tích hợp giữa lý thuyết chuyên môn và thực hành nghề nghiệp (14 giờ lý thuyết / 58 giờ thực hành xưởng).

+------------------------------------------------------------------------------------+
|                         TIẾN TRÌNH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ ĐUN                         |
+------------------------------------------------------------------------------------+
|  Giai đoạn 1 (Sau 27 giờ) -> Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1 - Trọng số 40%)        |
|  * Đánh giá Chuẩn đầu ra: A1, A2, A3, A4, A5; B1, B2, B3; C1, C2                   |
|  * Hình thức: Viết / Tự luận / Vấn đáp / Thuyết trình / Thực hành                  |
+------------------------------------------------------------------------------------+
                                          |
                                          v
+------------------------------------------------------------------------------------+
|  Giai đoạn 2 (Sau 46 giờ) -> Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2 - Tính trong điểm 40%)     |
|  * Đánh giá Chuẩn đầu ra: A3, A4, A5; B2; C2                                       |
|  * Hình thức: Viết / Thuyết trình / Thực hành thao tác                             |
+------------------------------------------------------------------------------------+
                                          |
                                          v
+------------------------------------------------------------------------------------+
|  Giai đoạn 3 (Sau 75 giờ) -> Thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%)                    |
|  * Đánh giá Chuẩn đầu ra: A3, A4, A5; B1, B2, B3; C1, C2                           |
|  * Hình thức: Thực hành trực tiếp mẫu hàn giáp mối tấm 1G theo bản vẽ kỹ thuật     |
+------------------------------------------------------------------------------------+

Phương pháp tổ chức giảng dạy của giảng viên

  • Giảng dạy lý thuyết: Sử dụng phương pháp thuyết trình ngắn gọn, dạy học nêu vấn đề, hướng dẫn sinh viên khai thác tài liệu kỹ thuật, phân tích các tình huống hư hỏng thiết bị và khuyết tật mối hàn.
  • Hướng dẫn thực hành: Thực hiện thao tác mẫu theo quy trình bảng bước công nghệ; phân chia nhóm sinh viên luyện tập trên các bàn hàn độc lập; hướng dẫn xử lý các tình huống que hàn bị dính, hồ quang bị lệch hoặc mối hàn bị cháy thủng.

Phương pháp học tập và tự học của sinh viên

  • Sinh viên làm việc theo mô hình học nhóm ($8 \div 10$ người/nhóm), phân công nhiệm vụ nghiên cứu tài liệu, chuẩn bị phiếu học tập trước khi đến xưởng.
  • Thực hiện nghiêm ngặt quy định chuyên cần: người học phải tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết; trường hợp vắng trên 30% số tiết lý thuyết bắt buộc phải học lại mô đun mới đủ điều kiện thi.

Cơ cấu đánh giá kết quả học tập

Quy trình kiểm tra, đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH ngày 13/03/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:

  • Điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1) và định kỳ (hệ số 2): Chiếm trọng số 40% điểm tổng kết môn học. Kiểm tra thường xuyên được tổ chức sau 27 giờ học (đánh giá các chuẩn đầu ra A1-A5, B1-B3, C1-C2); kiểm tra định kỳ tổ chức sau 46 giờ học (đánh giá các chuẩn đầu ra A3-A5, B2, C2).
  • Điểm thi kết thúc mô đun: Chiếm trọng số 60% điểm tổng kết môn học. Tổ chức thi sau khi hoàn thành 75 giờ học dưới hình thức thi thực hành hoàn thiện liên kết hàn theo bản vẽ kỹ thuật.
  • Thang điểm: Điểm thành phần và điểm tổng kết tính theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 phục vụ tích lũy tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Gắn kết trực tiếp với thực tế sản xuất ngành dầu khí: Giáo trình được xây dựng theo chỉ đạo của Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng Dầu khí nhằm đáp ứng tiêu chuẩn kỹ năng cho công nhân vận hành, sửa chữa tại các công trình dầu khí và xưởng gia công cơ khí chế tạo.
  • Tích hợp hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật trong nước và quốc tế: Nội dung giáo trình được đối chiếu và tham chiếu từ các tài liệu chuyên ngành:
    • Chương trình đào tạo "Chuyên gia hàn Quốc tế" (International Welding Specialist - 2010).
    • Tiêu chuẩn Hàn kết cấu thép của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ (AWS D1.1 - Structural Welding Code - Steel).
    • Các giáo trình chuyên khảo trong nước: Kỹ thuật hàn (Trương Công Đạt), Công nghệ hàn điện nóng chảy (Ngô Lê Thông), Thực hành hàn từ căn bản đến nâng cao (Trần Văn Niên).
  • Hệ thống dữ liệu kỹ thuật định lượng và bảng tra cứu chi tiết: Giáo trình xây dựng các bảng tra thông số chính xác:
    • Bảng tra cấp số kính hàn bảo hộ ($6 \div 14$) tương ứng với dải dòng điện làm việc ($<30\text{A}$ đến $>300\text{A}$).
    • Bảng định mức quan hệ giữa chiều dài cáp hàn ($25\text{m}, 50\text{m}, 75\text{m}$) và tiết diện cáp đồng ($38,\text{mm}^2 \div 150,\text{mm}^2$) đối với từng mức dòng điện ($100\text{A} \div 450\text{A}$).
    • Bảng tra tiêu chuẩn kìm hàn theo chu kỳ tải và đường kính que hàn.
  • Hệ thống hình ảnh trực quan hóa sơ đồ điện và công nghệ: Giáo trình cung cấp 22 hình vẽ kỹ thuật mô tả cấu tạo chi tiết các loại biến thế hàn, sơ đồ chỉnh lưu dòng điện 1 pha/3 pha, máy phát DC, cấu tạo rãnh vát chữ V và hình thái học của 6 loại khuyết tật mối hàn.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và học viên:
    • Học viên hệ Trung cấp và sinh viên hệ Cao đẳng thuộc các ngành nghề: Cắt gọt kim loại, Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí.
    • Người học tại các trung tâm đào tạo kỹ thuật nghề cần tích lũy chứng chỉ kỹ năng hàn hồ quang tay căn bản.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối lượng kiến thức của các môn học cơ sở trong khung chương trình:
    • An toàn, vệ sinh lao động (Mã môn: ATMT19MH01 - 2 tín chỉ).
    • Vẽ kỹ thuật 1 (Mã môn: CK19MH01 - 2 tín chỉ).
    • Vật liệu cơ khí (Mã môn: CK19MH04 - 3 tín chỉ).
    • Dung sai (Mã môn: CK19MH05 - 3 tín chỉ).
    • Cơ sở công nghệ gia công kim loại (Mã môn: CG19MH03 - 3 tín chỉ).
    • Gia công nguội cơ bản (Mã mô đun: CG19MĐ01 - 3 tín chỉ).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn để lập giáo án lý thuyết, thiết kế phiếu hướng dẫn thực hành xưởng, xây dựng ngân hàng đề kiểm tra thường xuyên, định kỳ và đề thi kết thúc mô đun theo chuẩn đầu ra A1-A5, B1-B3, C1-C2.
  • Kỹ thuật viên và công nhân xưởng: Sử dụng làm tài liệu tra cứu các công thức tính chế độ hàn ($I_h, d$), quy trình an toàn vận hành trạm hàn và các phương pháp ngăn ngừa khuyết tật trong quá trình bảo dưỡng kết cấu kim loại.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế làm tài liệu đào tạo chính quy cho sinh viên, học viên trình độ Trung cấp và Cao đẳng thuộc các nghề Cắt gọt kim loại và Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí của Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời phù hợp cho công nhân cơ khí cần tài liệu tham khảo về hàn điện hồ quang tay.

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

Học viên cần hoàn thành các môn học tiên quyết bao gồm: An toàn vệ sinh lao động, Vẽ kỹ thuật, Vật liệu cơ khí, Dung sai lắp ghép, Cơ sở công nghệ gia công kim loại và mô đun Gia công nguội cơ bản để có nền tảng đọc bản vẽ, nhận biết vật liệu thép và kỹ năng đo kiểm kích thước phôi.

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

Tài liệu tập trung tỷ trọng lớn vào thời lượng thực hành xưởng (58/75 giờ), chi tiết hóa nguyên lý điều chỉnh các dòng máy hàn AC/DC (bộ tự cảm Nikitin, máy hàn chỉnh lưu, phản ứng roto trong máy phát điện), tích hợp tài liệu đào tạo "Chuyên gia hàn Quốc tế" (2010) và quy chuẩn kiểm soát an toàn bình khí nén theo tiêu chuẩn công nghiệp dầu khí.

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

Người học cần nghiên cứu trước tài liệu theo nhóm $8 \div 10$ người, trả lời các câu hỏi tình huống cuối mỗi bài học, nắm chắc các công thức tính toán chế độ hàn ($I_h, d$), tuân thủ 13 điều nội quy xưởng và đảm bảo dự lớp tối thiểu 70% số tiết lý thuyết theo quy chế đào tạo.

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

Học viên được khuyến nghị tham khảo các giáo trình chuyên môn: Công nghệ hàn điện nóng chảy (Ngô Lê Thông), Kỹ thuật hàn (Trương Công Đạt), Thực hành hàn từ căn bản đến nâng cao (Trần Văn Niên), cùng Tiêu chuẩn hàn kết cấu thép AWS D1.1 và các phiếu hướng dẫn thực hành xưởng do Khoa Cơ khí - Động lực ban hành.

Kết luận

Giáo trình mô đun Hàn cơ bản (HCB19MĐ01) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo chuyên môn cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về vật lý hồ quang hàn, nguyên lý thiết bị hàn AC/DC, quy chuẩn an toàn lao động và kỹ thuật hàn giáp mối thép tấm ở vị trí hàn bằng.

Lộ trình học tập được thiết kế mạch lạc từ nhận thức an toàn (Bài 1), sử dụng thiết bị (Bài 2), gây duy trì hồ quang (Bài 3), hàn đường thẳng (Bài 4) đến hoàn thiện mối hàn giáp mối không vát cạnh (Bài 5) và vát cạnh chữ V (Bài 6).

Nội dung giáo trình tạo tiền đề kỹ thuật vững chắc để học viên tiếp tục học tập mô đun Thực tập sản xuất (CG19MĐ11) và tiếp cận các quy trình gia công, bảo dưỡng kết cấu phức tạp trong thực tế sản xuất công nghiệp.