Giáo trình Mô đun: Hàn cơ bản (Nghề Cắt gọt kim loại & Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hàn cơ bản (Mã mô đun: HCB19MĐ01) được biên soạn bởi tập thể giảng viên Khoa Giáo dục nghề nghiệp – Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam), gồm các tác giả: Trần Thanh Ngọc, An Đình Quân và Nguyễn Công Khai. Tài liệu được ban hành chính thức theo Quyết định số 186/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí, dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập lưu hành nội bộ cho trình độ Cao đẳng và Trung cấp.

Trong chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại (tổng khối lượng toàn khóa 108 tín chỉ, 2565 giờ), mô đun Hàn cơ bản được định vị trong nhóm môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề (mục II.2). Khóa học có tổng thời lượng 75 giờ, tương đương 3 tín chỉ, phân bổ thành 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thí nghiệm/thảo luận và 3 giờ kiểm tra. Về mặt tiến trình đào tạo, mô đun được giảng dạy từ giai đoạn giữa khóa học, sau khi người học đã tích lũy các kiến thức cơ sở (Vẽ kỹ thuật, Cơ kỹ thuật, Vật liệu cơ khí, An toàn lao động) và trước khi bước vào mô đun Thực tập sản xuất (CG19MĐ11) cùng Khóa luận tốt nghiệp (CG19MĐ12).

Mục tiêu đào tạo (Learning Outcomes) của giáo trình được xác định cụ thể theo 3 nhóm chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức (A1 – A5): Trình bày được bản chất vật lý của hồ quang hàn; nắm vững cấu tạo và nguyên lý vận hành của các loại máy hàn điện hồ quang tay xoay chiều (AC) và một chiều (DC); hiểu rõ quy trình an toàn, phòng chống cháy nổ trong hàn – cắt kim loại; tính toán chính xác chế độ hàn điện hồ quang tay (đường kính que hàn, cường độ dòng điện, vận tốc hàn) theo chiều dày, đặc tính vật liệu và dạng liên kết.
  • Về kỹ năng (B1 – B3): Vận hành thành thạo thiết bị hàn hồ quang tay; thực hiện kỹ thuật cắt kim loại bằng ngọn lửa oxy – khí cháy đúng quy trình; hàn hoàn thiện các liên kết giáp mối tấm ở vị trí hàn bằng (1G) không vát cạnh và có vát cạnh chữ V đạt chuẩn kích thước, hạn chế khuyết tật.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1 – C2): Hình thành tác phong công nghiệp, kỷ luật xưởng, ý thức bảo quản thiết bị, tuân thủ an toàn vệ sinh công nghiệp và rèn luyện tính tỉ mỉ, chính xác trong gia công.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo mô hình tích hợp lý thuyết - thực hành chuyên ngành cơ khí chế tạo, chuyển tiếp từ nguyên lý thiết bị, an toàn vận hành, kỹ thuật gây duy trì hồ quang đến các bài luyện tập hàn kết cấu giáp mối trên mặt phẳng.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình được tổ chức thành 6 bài học lớn với tiến trình logic từ cơ bản đến chuyên sâu:

  1. Bài 1: Nội quy và an toàn thực tập xưởng hàn (Thời lượng: 1 giờ lý thuyết)
    • Nội dung trọng tâm: Phổ biến 13 điều nội quy xưởng thực tập; phân tích các yếu tố nguy hiểm quang học (bức xạ tia tử ngoại, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy); an toàn chống điện giật (tiếp đất vỏ máy, cách điện kìm hàn, bảo hộ khô ráo); các biện pháp phòng nổ và trúng độc khi hàn trong không gian kín hoặc bồn chứa; quy chuẩn an toàn đối với thiết bị cắt khí (máy sinh khí axêtylen, bình nước dập lửa tạt lại, chai chứa khí oxy, van giảm áp).
  2. Bài 2: Khái niệm thiết bị, dụng cụ hàn và kỹ thuật sử dụng (Thời lượng: 7 giờ - 2 LT, 5 TH)
    • Nội dung trọng tâm: Phân loại nguồn điện hàn hồ quang tay. Nguyên lý và cấu tạo máy biến áp hàn xoay chiều (AC) có bộ tự cảm kết hợp (sáng kiến Viện sĩ Nikitin - 1925), máy hàn có cuộn dây di động, máy hàn có lõi từ di động. Phân tích máy hàn điện một chiều (DC) gồm máy biến áp chỉnh lưu 1 pha (cầu 4 đi-ốt), chỉnh lưu 3 pha (6 đi-ốt) và máy phát điện hàn DC cực từ lắp rời dựa trên hiện tượng phản ứng rôto. Giới thiệu bảng chọn kính hàn bảo vệ (số 6 đến 14 tương ứng với dải dòng điện từ dưới 30A đến trên 300A); phương pháp đấu dây cực tính thuận (DC-) và cực tính nghịch (DC+); cấu tạo kìm hàn, kẹp mát và dụng cụ làm sạch (búa gõ xỉ, bàn chải sắt).
  3. Bài 3: Kỹ thuật gây và duy trì hồ quang hàn (Thời lượng: 8 giờ - 2 LT, 6 TH)
    • Nội dung trọng tâm: Cơ chế vật lý phát sinh hồ quang (giai đoạn ngắn mạch, ion hóa môi trường khí, giai đoạn hồ quang cháy ổn định); đường đặc tính tĩnh V-A của hồ quang; công thức tính điện áp cột hồ quang ($U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$); phương pháp gây hồ quang ma sát (quẹt diêm) và gây hồ quang mổ thẳng (gõ vuông góc); kỹ thuật xác định vị trí mồi hồ quang trong rãnh hàn (cách mép 10mm); phương pháp kết thúc hồ quang xoay tròn/giữ ngắn 4–6 giây để điền đầy lõm hàn; biện pháp xử lý hiện tượng dính que và lệch hồ quang.
  4. Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng (Thời lượng: 16 giờ - 2 LT, 13 TH, 1 Kiểm tra)
    • Nội dung trọng tâm: Kỹ thuật vạch dấu trên phôi phẳng; góc nghiêng que hàn (70°–80° so với trục đường hàn); các kiểu chuyển động dao động ngang của que hàn; kỹ thuật duy trì chiều dài hồ quang ($2\div 4\text{ mm}$); phương pháp nối tiếp mối hàn và ngắt hồ quang kết thúc đường hàn; nhận diện khuyết tật ban đầu trên đường hàn một lớp.
  5. Bài 5: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối không vát cạnh (Thời lượng: 17 giờ - 4 LT, 12 TH, 1 Kiểm tra)
    • Nội dung trọng tâm: Chuẩn bị phôi tấm phẳng; kỹ thuật hàn đính khống chế khe hở; quy trình dao động que hàn tạo mối liên kết giáp mối; tiêu chuẩn kích thước mặt trước và độ ngấu hoàn thiện của mối hàn; phân tích nguyên nhân và cách khắc phục các khuyết tật: ngậm xỉ, hàn không ngấu, rỗ khí, cháy chân mép, chồng mép kim loại.
  6. Bài 6: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối vát cạnh chữ V (Thời lượng: 24 giờ - 3 LT, 20 TH, 1 Kiểm tra)
    • Nội dung trọng tâm: Kỹ thuật vát mép phôi tấm; quy trình gá lắp, hàn đính liên kết giáp mối chữ V vị trí 1G; kỹ thuật kiểm soát lỗ thâm nhập hồ quang (keyhole); phân lớp mối hàn nhiều lượt: lớp hàn lót (root pass), lớp hàn đầy (fill pass) và lớp hàn phủ (cap pass); kỹ thuật mài nối mối hàn; kiểm soát khuyết tật cháy thủng và phương pháp kiểm tra chất lượng liên kết hàn.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình hệ thống hóa các định luật và nguyên lý vật lý kỹ thuật cơ bản:

  • Định luật Jun - Lenx ($Q = 0.24 R I^2 t$): Giải thích sự phát sinh nhiệt lượng tức thời tại điểm tiếp xúc ngắn mạch giữa que hàn và kim loại cơ bản, cung cấp năng lượng kích hoạt các điện tử bứt phá tạo dòng hồ quang.
  • Lý thuyết plasma nhiệt độ cao và ion hóa: Giải thích sự hình thành cột hồ quang ở nhiệt độ tâm đạt xấp xỉ 6000°C, catốt đạt 3400°C và anốt đạt 2600°C.
  • Đặc tính nguồn điện hàn hồ quang: Thiết lập đường đặc tính ngoài dốc với hệ số dòng ngắn mạch $I_{đm} = (1.3 \div 1.4) I_h$; điện áp không tải an toàn $U_0 \le 80\text{V}$ (AC: $55\div 80\text{V}$, DC: $25\div 45\text{V}$) và điện áp làm việc $U_h$ (AC: $30\div 55\text{V}$, DC: $16\div 35\text{V}$).
  • Công thức thực nghiệm xác định chế độ hàn:
    • Đường kính que hàn: $d = \frac{S}{2} + 1$ ($S$: chiều dày vật hàn tính bằng mm).
    • Cường độ dòng điện hàn: $I_h = (\beta + \alpha d)d$ (với các hệ số thực nghiệm $\beta = 20$, $\alpha = 6$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Vận hành thành thạo thiết bị hàn biến áp xoay chiều, máy hàn một chiều chỉnh lưu đi-ốt và máy hàn DC phát điện; thao tác sử dụng ampe kìm kiểm tra dòng hàn; lắp ráp hệ thống dây cắt khí oxy - axêtylen, điều chỉnh van giảm áp.
  • Kỹ năng phân tích: Đọc hiểu bản vẽ chi tiết gia công hàn cơ khí; tính toán các thông số công nghệ; đối chiếu hình thái khuyết tật hàn (ngậm xỉ, rỗ khí, không ngấu, cháy chân, cháy thủng) với nguyên nhân sai lệch góc độ que hàn, cường độ dòng điện hoặc tốc độ dịch chuyển.
  • Năng lực thao tác nghề nghiệp: Kiểm soát chuyển động que hàn (kết hợp chuyển động tiến, chuyển động duy trì độ dài hồ quang $2\div 4\text{ mm}$ và dao động ngang); kỹ thuật đính phôi, kiểm soát vũng hàn chảy lỏng và thực hiện liên kết hàn giáp mối nhiều lớp vị trí bằng theo đúng quy trình công nghệ.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Tiếp cận sư phạm tích cực

Giáo trình thiết lập phương pháp giảng dạy tích cực đa chiều:

  • Đối với giảng viên: Kết hợp thuyết trình ngắn, giảng dạy nêu vấn đề, hướng dẫn học viên nghiên cứu tài liệu kỹ thuật, phân tích tình huống sai hỏng thao tác và trực tiếp thị phạm thao tác mẫu tại xưởng thực hành.
  • Đối với người học: Chuyển đổi từ thụ động tiếp thu sang tự nghiên cứu trước nội dung bài học, tham gia thảo luận nhóm và thực hành cá nhân trực tiếp trên phôi thép tiêu chuẩn.

Tổ chức bài tập và thực hành

  • Hệ thống hóa bài tập từ đơn giản đến phức tạp: Bắt đầu từ thao tác mồi hồ quang trên mặt phẳng, hàn đường thẳng liên tục có nối mối hàn, hàn đính liên kết tấm phẳng, đến hàn giáp mối không vát và vát mép chữ V (1G).
  • Thực hành theo phiếu hướng dẫn công nghệ: Quy định chuẩn bị bề mặt phôi (tẩy gỉ sét, dầu mỡ), kích thước khe hở lắp ghép, góc vát mép và chế độ dòng hàn tương ứng với từng bước công nghệ.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Quy trình đánh giá tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng chính quy theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, với cơ cấu điểm số như sau:

  • Đánh giá quá trình (Trọng số 40%):
    • Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1): Thực hiện sau 27 giờ học (hình thức tự luận/vấn đáp/thực hành, đánh giá chuẩn đầu ra A1–A5, B1–B3, C1–C2).
    • Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2): Thực hiện sau 46 giờ học (hình thức viết hoặc thực hành, đánh giá chuẩn đầu ra A3–A5, B2, C2).
  • Đánh giá kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Bài thi thực hành kỹ thuật hàn tấm sau khi hoàn thành 75 giờ đào tạo, đánh giá toàn diện các kỹ năng A3–A5, B1–B3, C1–C2.
  • Quy đổi điểm: Điểm thành phần và tổng kết tính theo thang điểm 10 (làm tròn 1 chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo hệ thống tín chỉ.

Hướng dẫn tự học và kỷ luật chuyên cần

  • Người học phải tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% số tiết lý thuyết buộc phải học lại mô đun mới đủ điều kiện dự thi).
  • Tổ chức tự học theo nhóm 8–10 sinh viên: Nhóm trưởng phân công nhiệm vụ nghiên cứu chủ đề thảo luận chuyên môn, viết báo cáo trước khi vào xưởng thực tập.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp tiêu chuẩn an toàn công nghiệp dầu khí: Giáo trình đưa ra các quy tắc kỹ thuật an toàn nghiêm ngặt gắn liền với môi trường sản xuất dầu khí: quy chuẩn kiểm tra bình dập lửa tạt lại (kiểm tra mức nước 2 lần/ca, bảo dưỡng tẩy rửa định kỳ mỗi tháng 1 lần); khoảng cách bố trí thiết bị khí nén và hố thải đất đèn cách nguồn lửa tối thiểu 10 mét; chai chứa oxy cách ngọn lửa trần tối thiểu 5 mét; quy định xả sạch khí trong két chứa kín trước khi hàn.
  • Kế thừa và tham chiếu các nguồn học liệu chuẩn mực: Nội dung chuyên môn được đối sánh và xây dựng dựa trên các tài liệu giáo khoa kỹ thuật hàn trong nước và quốc tế:
    • Tài liệu 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).
    • Tài liệu quốc tế: Tiêu chuẩn kết cấu hàn thép AWS D1.1 (American Welding Society) và Chương trình đào tạo "Chuyên gia hàn Quốc tế" (International Welding Specialist - 2010).
  • Mô đun hóa cấu trúc thiết bị hàn hiện đại: Cập nhật đồng bộ các dòng máy hàn hồ quang tay thông dụng trong công nghiệp sản xuất: từ máy hàn xoay chiều điều khiển lõi từ di động đến máy hàn chỉnh lưu bán dẫn 3 pha (đồ thị xung dòng 6 pha mịn) và máy phát điện hàn DC.
  • Liên kết chặt chẽ với thực tế gia công: Bản vẽ chi tiết phôi hàn, thông số khe hở đáy, mép cùn, góc vát mép và thứ tự phân lớp hàn lót - phủ được chuẩn hóa sát với quy trình gia công liên kết ống và kết cấu tấm trong sửa chữa thiết bị cơ khí.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên mục tiêu: Sinh viên đang theo học trình độ Cao đẳng và Trung cấp các nghề: Cắt gọt kim loại, Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và các nghề liên quan đến cơ khí chế tạo máy, cơ khí xây dựng công trình.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học, mô đun cơ sở trong khung chương trình:
    • Vẽ kỹ thuật 1 và 2 (CK19MH01, CK19MH02): Khả năng đọc bản vẽ cơ khí, ký hiệu mối hàn.
    • Vật liệu cơ khí (CK19MH04): Nắm vững tính chất cơ - lý - hóa của kim loại và hợp kim thép carbon.
    • Cơ kỹ thuật (CK19MH03) & Dung sai lắp ghép (CK19MH05): Nắm vững nguyên lý ứng suất, biến dạng nhiệt và sai số kích thước.
    • An toàn – Vệ sinh lao động (ATMT19MH01): Kiến thức an toàn điện, an toàn cơ khí tổng quan.
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ chuẩn hóa giáo án bài giảng lý thuyết, biên soạn phiếu thực hành, phân bổ vật tư (que hàn, phôi thép, khí nén) và thiết kế biểu mẫu tiêu chí chấm điểm kỹ năng thực hành.
  • Kỹ thuật viên và công nhân cơ khí: Dùng làm tài liệu tra cứu kỹ thuật về chế độ hàn, phương pháp đấu dây máy hàn DC và quy trình xử lý khuyết tật mối hàn hồ quang tay tại các xưởng sản xuất, bảo dưỡng công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này phù hợp với những ai?

Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại, Nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí, cùng các kỹ thuật viên cơ khí cần hệ thống hóa lý thuyết và thực hành kỹ thuật hàn điện hồ quang tay (SMAW/MMAW) cơ bản.

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

Người học cần hoàn thành các học phần nền tảng gồm: Vẽ kỹ thuật cơ khí, Vật liệu học cơ khí, An toàn - Vệ sinh lao động, cùng các kiến thức cơ bản về mạch điện và hiện tượng ngắn mạch, cảm ứng điện từ trong vật lý kỹ thuật.

3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các tài liệu hàn thông thường?

Tài liệu được xây dựng theo định hướng mô đun tích hợp GDNN, chú trọng thời lượng thực hành chiếm tới 77,3% (58/75 giờ). Quy trình kỹ thuật được thiết kế gắn liền với tiêu chuẩn an toàn PCCC nghiêm ngặt của ngành công nghiệp dầu khí và tham chiếu trực tiếp các tiêu chuẩn hàn quốc tế AWS D1.1.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học cần nghiên cứu lý thuyết và bản vẽ chi tiết trước mỗi bài học, nắm chắc công thức tính toán chế độ hàn ($d = S/2 + 1$; $I_h = (\beta + \alpha d)d$), chuẩn bị báo cáo thảo luận nhóm 8–10 người, tuân thủ nghiêm ngặt 13 điều nội quy xưởng và tập trung rèn luyện các thao tác giữ chiều dài hồ quang, góc nghiêng que hàn 70°–80° trong giờ thực hành.

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

Mô đun đi kèm hệ thống bản vẽ chi tiết mối hàn đường thẳng và mối hàn giáp mối (không vát/vát mép V), danh mục 22 hình ảnh sơ đồ thiết bị, phiếu học tập, quy trình thực hành xưởng và danh mục tài liệu tham khảo chuyên ngành từ các tác giả uy tín (Trương Công Đạt, Ngô Lê Thông, Trần Văn Niên, AWS D1.1).

Kết luận

Giáo trình mô đun Hàn cơ bản (HCB19MĐ01) của Trường Cao đẳng Dầu khí đóng vai trò cung cấp kiến thức nền tảng kỹ thuật và kỹ năng thực hành hàn hồ quang tay cơ bản cho sinh viên cơ khí. Tài liệu kết hợp mạch lạc giữa nguyên lý điện từ, kỹ thuật nhiệt, an toàn thiết bị áp lực - khí cháy với kỹ năng gia công liên kết hàn giáp mối vị trí 1G.

Theo lộ trình đào tạo, việc hoàn thành mô đun này là điều kiện tiên quyết để người học tiếp tục tham gia các mô đun chuyên sâu về gia công máy công cụ (Gia công Tiện, Phay CNC), các mô đun Sửa chữa - Bảo dưỡng thiết bị chế biến dầu khí, trước khi bước vào giai đoạn Thực tập sản xuất tại doanh nghiệp và thực hiện Khóa luận tốt nghiệp. Học viên được khuyến khích tham khảo thêm các bộ tiêu chuẩn chuyên ngành AWS D1.1 và tài liệu Công nghệ hàn điện nóng chảy để mở rộng năng lực phân tích kiểm định chất lượng cơ khí.