Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Hàn cơ bản (Mã mô đun: HCB19MĐ01) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được ban hành theo Quyết định số 194/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Tài liệu do tập thể giảng viên Khoa Cơ khí Động lực biên soạn, gồm các tác giả: Trần Thanh Ngọc, An Đình Quân và Nguyễn Công Khai.

                         [KHUNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO]
                                      │
       ┌──────────────────────────────┴──────────────────────────────┐
       ▼                                                             ▼
[MÔN CƠ SỞ / ĐẠI CƯƠNG]                                     [MÔ ĐUN CHUYÊN MÔN NGHỀ]
• Vật liệu cơ khí (CK19MH04)                                • Hàn cơ bản (HCB19MĐ01)
• Dung sai (CK19MH05)                                         [3 tín chỉ / 75 giờ]
• Vẽ kỹ thuật - 1 (CK19MH01)                                         │
• An toàn, VSLĐ (ATMT19MH01)                                         ▼
                                                            [THỰC TẬP & BẢO DƯỠNG]
                                                            • Sửa chữa van, bơm, máy nén
                                                            • Thực tập sản xuất (CK19MĐ09)

Về vị trí trong chương trình đào tạo, mô đun được bố trí giảng dạy ở giai đoạn giữa khóa học trình độ Trung cấp và Cao đẳng thuộc các ngành: Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và Cắt gọt kim loại. Mô đun đóng vai trò trang bị kỹ thuật gia công liên kết kim loại cơ bản trước khi người học tiếp cận các mô đun chuyên sâu về bảo dưỡng thiết bị (van công nghiệp, bơm, máy nén khí, động cơ đốt trong) và mô đun Thực tập sản xuất (CK19MĐ09).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác lập theo ba chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1–A5): Nắm vững bản chất vật lý của hồ quang hàn; nguyên lý làm việc của các dòng máy hàn điện hồ quang tay (AC, DC); quy trình công nghệ hàn giáp mối vị trí hàn bằng; quy tắc an toàn – phòng chống cháy nổ khi hàn và cắt kim loại; phương pháp tính toán, xác lập thông số chế độ hàn theo chiều dày phôi ($S$) và đường kính que hàn ($d$).
  • Kỹ năng (B1–B3): Vận hành thành thạo thiết bị hàn hồ quang tay; thực hiện thao tác cắt vật liệu bằng ngọn lửa oxy – khí cháy; thực hiện hoàn chỉnh liên kết hàn giáp mối dạng tấm phẳng ở vị trí bằng (vị trí 1G) không vát cạnh và có vát cạnh chữ V.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C2): Rèn luyện tác phong công nghiệp, tính cẩn trọng, chính xác, tuân thủ nghiêm ngặt quy định an toàn lao động và bảo vệ trang thiết bị nhà xưởng.

Cấu trúc giáo trình gồm 6 bài học chuyên đề được thiết kế theo tỷ trọng 75 giờ tổng thể (14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận, 3 giờ kiểm tra). Nội dung tiếp cận theo nguyên tắc tích hợp: gắn kết chặt chẽ giữa cơ sở truyền nhiệt, khí động học hồ quang với thao tác vận động tay nghề trên máy móc thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 6 bài học sắp xếp theo logic nâng bậc tay nghề từ cơ sở vận hành thiết bị đến thực hiện các liên kết kỹ thuật cao:

[Bài 1: Nội quy & An toàn xưởng]
               │
               ▼
[Bài 2: Thiết bị, dụng cụ hàn & vận hành AC/DC]
               │
               ▼
[Bài 3: Kỹ thuật gây & duy trì hồ quang]
               │
               ▼
[Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng]
               │
               ▼
[Bài 5: Hàn bằng giáp mối không vát cạnh]
               │
               ▼
[Bài 6: Hàn bằng giáp mối vát cạnh chữ V (1G)]
  • Bài 1: Nội quy và an toàn thực tập xưởng hàn (1 giờ): Phổ biến 13 điều nội quy nhà xưởng; các nguy cơ phát sinh từ bức xạ hồ quang (tia tử ngoại, hồng ngoại), kim loại bắn tóe, điện giật, ngộ độc khí thải và nguy cơ nổ bình sinh khí axêtylen, bình chứa khí oxy.
  • Bài 2: Khái niệm thiết bị, dụng cụ hàn và kỹ thuật sử dụng (7 giờ): Phân tích sơ đồ cấu tạo và nguyên lý của máy hàn xoay chiều (loại có bộ tự cảm kết hợp Nikitin, biến áp có cuộn dây di động, biến áp có lõi từ di động); máy hàn một chiều (chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha, máy phát điện DC cực từ lắp rời); cấu tạo kìm hàn, kẹp mát, cáp hàn, mặt nạ và dụng cụ làm sạch mối hàn.
  • Bài 3: Kỹ thuật gây hồ quang và duy trì hồ quang hàn (8 giờ): Trình bày bản chất vật lý của sự phóng điện trong chất khí; phân tích 3 giai đoạn hình thành hồ quang (ngắn mạch, ion hóa, cháy ổn định); hướng dẫn 2 phương pháp gây hồ quang (ma sát và mổ thẳng); cách hiệu chỉnh thông số chế độ hàn cơ bản.
  • Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng (16 giờ): Quy trình đọc bản vẽ chi tiết; thao tác vạch dấu trên phôi thép cacbon ($10 \times 150 \times 250\text{ mm}$); kỹ thuật dao động que hàn theo đường thẳng hoặc răng cưa; thao tác bắt đầu, nối và kết thúc đường hàn.
  • Bài 5: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối không vát cạnh (17 giờ): Kỹ thuật chuẩn bị mép hàn, gá đính liên kết phôi phẳng; xác lập dòng hàn theo các lớp; kỹ thuật khống chế độ ngấu và nhận diện các khuyết tật: ngậm xỉ, không ngấu, rỗ khí, cháy chân, chồng mép.
  • Bài 6: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối vát cạnh V (24 giờ): Kỹ thuật gia công vát mép góc $60^\circ$, chuẩn bị khe hở đáy; kỹ thuật hàn giáp mối tấm ở vị trí 1G nhiều lớp (hàn lót - root pass, hàn đầy - fill pass, hàn phủ - cap pass); kiểm tra chất lượng liên kết và cách khắc phục cháy thủng, rỗ khí, ngậm xỉ.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp các định luật và công thức tính toán thông số công nghệ:

  • Cơ sở nhiệt học và phóng điện: Vận dụng định luật Joule – Lenz ($Q = 0{,}24 R I^2 t$) để giải thích sự tích tụ nhiệt tại điểm đoản mạch sinh ra phát xạ nhiệt electron.
  • Đặc tính tĩnh của hồ quang: Phương trình đường đặc tính ngoài $U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$ (trong đó hệ số thực nghiệm điện áp rơi $a = 15 \div 20\text{V}$ đối với que hàn nóng chảy, hệ số điện trường cột hồ quang $b = 15{,}7\text{ V/cm}$). Nhiệt độ tâm hồ quang đạt đến $6000^\circ\text{C}$, cực âm (catốt) đạt $3400^\circ\text{C}$, cực dương (anốt) đạt $2600^\circ\text{C}$.
  • Công thức xác lập chế độ hàn:
    • Đường kính que hàn theo chiều dày vật liệu: $$d = \frac{S}{2} + 1\quad (\text{mm})$$
    • Cường độ dòng điện hàn thực nghiệm: $$I_h = (\beta + \alpha d) d$$ (với các hệ số $\beta = 20$, $\alpha = 6$; hiệu chỉnh tăng $15%$ khi $S > 3d$, giảm $15%$ khi $S < 1{,}5d$).
  • Nguyên lý điện áp làm việc: Máy hàn xoay chiều có điện áp không tải $U_0 = 55 \div 80\text{V}$, điện áp khi hàn $U_h = 30 \div 55\text{V}$; máy hàn một chiều có $U_0 = 25 \div 45\text{V}$, $U_h = 16 \div 35\text{V}$. Dòng ngắn mạch của máy hàn hồ quang tay thỏa mãn $I_{đm} = (1{,}3 \div 1{,}4) I_h$.
  • Quy luật cực tính hàn một chiều: Đấu nghịch (DC+) kìm hàn vào cực dương (+) để tập trung nhiệt lên que hàn làm tăng chiều sâu ngấu (hàn vật dày); đấu thuận (DC-) kìm hàn vào cực âm (-) tạo độ ngấu thấp hơn (hàn vật mỏng).
Loại nguồn / Phép đấu Điện áp không tải ($U_0$) Điện áp hàn ($U_h$) Đặc tính công nghệ Ứng dụng chính
Máy hàn AC $55 \div 80\text{ V}$ $30 \div 55\text{ V}$ Đổi chiều liên tục, không phân biệt cực tính Hàn kết cấu thông dụng
Máy hàn DC (Đấu nghịch DC+) $25 \div 45\text{ V}$ $16 \div 35\text{ V}$ Cực dương nối que hàn, nhiệt tập trung que hàn Chiều sâu ngấu lớn, vật dày
Máy hàn DC (Đấu thuận DC-) $25 \div 45\text{ V}$ $16 \div 35\text{ V}$ Cực âm nối que hàn, nhiệt tập trung vật hàn Chiều sâu ngấu nhỏ, vật mỏng

Kỹ năng phát triển

  1. Kỹ năng kỹ thuật: Lắp ráp cáp hàn đúng tiết diện theo bảng tải quy định (từ $38\text{ mm}^2$ đến $150\text{ mm}^2$ tương ứng với dòng hàn $100\text{ A} \div 450\text{ A}$ và khoảng cách cáp $25\text{ m} \div 75\text{ m}$); căn chỉnh kẹp que đúng rãnh ngàm má kẹp; duy trì khoảng cách chiều dài cột hồ quang $L_{hq} = 2 \div 4\text{ mm}$ (hoặc xấp xỉ bằng đường kính que hàn $d$).
  2. Kỹ năng vận hành thao tác: Nghiêng que hàn một góc $70^\circ \div 80^\circ$ so với trục đường hàn; phối hợp chuyển động đẩy dọc trục que hàn để bù trừ chiều dài cháy của điện cực cùng chuyển động tịnh tiến dọc mối hàn với tốc độ ổn định $120 \div 150\text{ mm/phút}$.
  3. Kỹ năng phân tích và kiểm soát chất lượng: Kỹ thuật điền đầy hố xỉ kết thúc đường hàn bằng phương pháp giữ hồ quang ngắn $4 \div 6$ giây hoặc dao động xoắn ốc; nhận diện các khuyết tật hình học và khuyết tật tế vi bằng phương pháp trực quan; hiệu chỉnh góc nghiêng que và tốc độ hàn để xử lý khuyết tật cháy chân, ngậm xỉ, cháy thủng.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Tiếp cận sư phạm và phân bổ thời lượng

Mô đun triển khai theo mô hình sư phạm kết hợp: giảng dạy lý thuyết ngắn gọn (chiếm $18{,}7%$ thời lượng), dành phần lớn thời gian cho bài tập tình huống, thảo luận nhóm và luyện tập thực hành thao tác tại xưởng (chiếm $77{,}3%$).

                                [PHÂN BỔ 75 GIỜ ĐÀO TẠO]
┌──────────────────────────────┬─────────────────────────────────────────────────┬──────────┐
│ Lý thuyết (14h / 18.7%)      │ Thực hành xưởng, thảo luận (58h / 77.3%)         │ KT (3h)  │
└──────────────────────────────┴─────────────────────────────────────────────────┴──────────┘

Giảng viên đóng vai trò nêu vấn đề kỹ thuật, hướng dẫn đọc bản vẽ, phân tích sai hỏng và giám sát quy trình an toàn. Người học được tổ chức thành các nhóm thảo luận gồm 8 đến 10 thành viên trước mỗi buổi thực hành để phân công trách nhiệm phân tích tài liệu và lập kế hoạch gia công.

Bài tập thực hành và tình huống

Chương trình bài tập được chuẩn hóa trên các bộ phôi thép cacbon kết cấu:

  • Bài tập gây hồ quang mổ thẳng và ma sát, ổn định vết hàn trên tấm phẳng.
  • Bài tập đắp đường hàn thẳng, xử lý điểm ngắt - nối tim que hàn, kỹ thuật điền đầy rãnh hồ quang cuối mối hàn.
  • Bài tập hàn đính (tack weld) và thực hiện liên kết hàn giáp mối không vát cạnh và vát cạnh V ở vị trí bằng (1G) theo tiêu chuẩn kích thước bản vẽ kỹ thuật chi tiết.
  • Bài tập xử lý tình huống: que hàn bị ngắn mạch dính chặt vào vật hàn; khắc phục hồ quang bị thổi lệch; xả sạch tạp chất trong bã đất đèn và xử lý sự cố bình ngăn lửa tạt lại trong thiết bị sinh khí axêtylen.
                           [TIẾN TRÌNH LUYỆN TẬP THỰC HÀNH]
┌──────────────────┐     ┌──────────────────┐     ┌──────────────────┐     ┌──────────────────┐
│ Gây hồ quang     │ ──► │ Hàn đường thẳng  │ ──► │ Hàn giáp mối     │ ──► │ Hàn giáp mối     │
│ (Ma sát / Mổ)    │     │ (Răng cưa/Thẳng) │     │ không vát cạnh   │     │ vát cạnh V (1G)  │
└──────────────────┘     └──────────────────┘     └──────────────────┘     └──────────────────┘

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Quy trình đánh giá tuân thủ theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, áp dụng hệ thống trọng số điểm tại Trường Cao đẳng Dầu khí:

  • Điểm quá trình (Trọng số 40%): Gồm điểm kiểm tra thường xuyên (hỏi miệng/thuyết trình/thực hành) thực hiện sau 27 giờ giảng dạy (đánh giá chuẩn A1–A5, B1–B3, C1–C2) và điểm kiểm tra định kỳ (bài thi thực hành xưởng) thực hiện sau 46 giờ học (đánh giá chuẩn A3–A5, B2, C2).
  • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Bài kiểm tra kết hợp lý thuyết và thực hành tổng hợp 2 giờ sau 75 giờ đào tạo.
  • Thang điểm: Đánh giá theo thang điểm 10 (làm tròn 1 chữ số thập phân), tổng hợp thành điểm học phần và quy đổi sang thang điểm 4/điểm chữ theo quy chế đào tạo tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính chuẩn hóa theo quy chuẩn nghề dầu khí: Giáo trình được xây dựng theo văn bản pháp quy (Quyết định 194/QĐ-CĐDK), cấu trúc hóa chặt chẽ phục vụ trực tiếp cho nhóm ngành bảo dưỡng, sửa chữa cơ khí trong các nhà máy lọc hóa dầu, xí nghiệp chế biến khí.
  • Khai thác hệ thống tài liệu tham khảo chuyên ngành: Nội dung tiếp thu dữ liệu kỹ thuật từ các giáo trình chuyên sâu 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) kết hợp với các khung chương trình quốc tế (Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế - IWS 2010 và tiêu chuẩn kỹ thuật hàn kết cấu thép AWS D1.1).
  • Bảng số liệu thông số kỹ thuật định lượng: Cung cấp đầy đủ các chỉ số an toàn và kỹ thuật:
    • Phân loại kính hàn bảo vệ: số 6–7 (hàn/cắt khí, hàn hồ quang $\le 30\text{A}$); số 8–9 ($30 \div 100\text{A}$); số 10–12 ($100 \div 300\text{A}$); số 13–14 ($> 300\text{A}$).
    • Quy định an toàn mặt bằng: bình chứa oxy cách ngọn lửa trần tối thiểu 5 mét; máy sinh khí axêtylen và hố thải bã đất đèn cách nguồn lửa ít nhất 10 mét hoặc phải có vách ngăn cách ly.
    • Bảng tra cứu mối quan hệ giữa chiều dài cáp dẫn ($25\text{m}$, $50\text{m}$, $75\text{m}$), tiết diện lõi đồng cáp hàn và mức cường độ dòng điện tải.
       [KHOẢNG CÁCH AN TOÀN TRONG NHÀ XƯỞNG]
┌────────────────────────────┐      ≥ 5m      ┌──────────────────────┐
│  Bình Oxy                  │ ─────────────► │  Ngọn lửa trần       │
└────────────────────────────┘                └──────────────────────┘
┌────────────────────────────┐      ≥ 10m     ┌──────────────────────┐
│  Máy sinh khí Axêtylen /   │ ─────────────► │  Khu vực hàn / Nguồn │
│  Hố thải bã đất đèn        │                │  phát sinh tia lửa   │
└────────────────────────────┘                └──────────────────────┘

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên/Học viên: Học sinh, sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và nghề Gia công cắt gọt kim loại.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở thuộc khối kỹ thuật cơ khí trong khung chương trình, bao gồm: Hình học họa hình (CK19MH10), Vẽ kỹ thuật - 1 (CK19MH01), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Dung sai (CK19MH05), Hóa đại cương (CNH19MH09) và An toàn, vệ sinh lao động (ATMT19MH01).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm đề cương chi tiết để biên soạn giáo án lý thuyết, phiếu hướng dẫn thực hành xưởng, lập phiếu kiểm tra tiêu chí mối hàn (kích thước bề rộng mặt trước, chiều cao nhô, độ ngấu chân liên kết) và xây dựng ngân hàng đề kiểm tra định kỳ.
  • Công nhân kỹ thuật và tài liệu tham khảo: Dành cho kỹ thuật viên bảo trì, công nhân cơ khí muốn ôn tập các nguyên lý hồ quang, cách đấu dây máy hàn DC, hoặc tra cứu quy trình an toàn vận hành trạm cấp khí axêtylen – oxy trong nhà máy.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng đào tạo nào?

Tài liệu biên soạn phục vụ giảng dạy cho sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp khối kỹ thuật cơ khí, trọng tâm là các nghề: Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và Cắt gọt kim loại thuộc hệ thống đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí.

2. Người học cần đáp ứng các môn học tiên quyết nào trước khi học mô đun này?

Người học cần tích lũy các kiến thức nền tảng từ các môn: Vật liệu cơ khí (để nắm rõ thành phần kim loại, tính hàn), Dung sai và Vẽ kỹ thuật (để đọc bản vẽ chi tiết gia công phôi), Hóa đại cương (để hiểu phản ứng khí cháy axêtylen, oxy) và môn An toàn, vệ sinh lao động.

3. Giáo trình tập trung vào các tư thế và dạng liên kết hàn nào?

Giáo trình tập trung vào phương pháp hàn điện hồ quang tay (SMAW) thực hiện trên thép cacbon dạng tấm phẳng ở vị trí hàn bằng (1G), bao gồm hai dạng liên kết chính: liên kết giáp mối không vát cạnh (Bài 5) và liên kết giáp mối có vát cạnh chữ V (Bài 6).

4. Quy định về điều kiện dự thi và chuẩn chuyên cần của mô đun là gì?

Học viên phải tham dự tối thiểu $70%$ tổng số buổi học lý thuyết trên lớp. Trường hợp vắng quá $30%$ số tiết lý thuyết, học viên bắt buộc phải học lại mô đun mới đủ điều kiện đăng ký tham gia kỳ thi đánh giá kết thúc môn học.

5. Những tài liệu kỹ thuật nào được trích dẫn làm cơ sở tham khảo cho giáo trình?

Các tài liệu tham chiếu gồm: 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), Chương trình Chuyên gia hàn Quốc tế (IWS 2010) và tiêu chuẩn hàn kết cấu kết hợp AWS D1.1.

Kết luận

Giáo trình Hàn cơ bản (HCB19MĐ01) của Trường Cao đẳng Dầu khí xác lập hệ thống kiến thức toàn diện về nguyên lý thiết bị và kỹ năng thực hành hàn hồ quang tay căn bản. Cấu trúc mô đun dẫn dắt người học đi từ các quy định an toàn xưởng, nguyên lý máy hàn xoay chiều/một chiều, kỹ thuật khống chế hồ quang đến việc hoàn thiện các liên kết giáp mối phẳng 1G đạt chuẩn kích thước. Đây là cơ sở thực hành bắt buộc, tạo tiền đề để học viên tiếp cận các kỹ năng bảo dưỡng thiết bị công nghiệp dầu khí và tham khảo tiêu chuẩn quốc tế AWS D1.1 trong quá trình làm việc sau này.