Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hàn cơ bản (Mã môn học: HCB19MĐ01) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được ban hành chính thức kèm theo Quyết định số 186/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). Tài liệu được biên soạn bởi tập thể giảng viên Khoa Giáo dục nghề nghiệp gồm: Trần Thanh Ngọc, An Đình Quân và Nguyễn Công Khai.

Trong chương trình khung đào tạo trình độ Cao đẳng và Trung cấp thuộc các nhóm nghề Cắt gọt kim loại và Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí, mô đun Hàn cơ bản có khối lượng 03 tín chỉ (tương đương 75 giờ định mức, trong đó có 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận và 03 giờ kiểm tra). Mô đun được bố trí giảng dạy ở giai đoạn giữa khóa học, tiếp sau các môn học kỹ thuật cơ sở và trước mô đun Thực tập sản xuất (CG19MĐ11), đóng vai trò cung cấp kiến thức nền và kỹ năng tạo liên kết kim loại phục vụ trực tiếp cho các học phần gia công, bảo dưỡng và sửa chữa cơ khí.

Về mục tiêu học tập (learning outcomes), giáo trình hướng đến việc trang bị cho người học:

  • Kiến thức: Nắm vững bản chất vật lý của hồ quang hàn; cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các dòng máy hàn điện xoay chiều (AC), máy hàn một chiều (DC); quy trình công nghệ hàn giáp mối ở vị trí hàn bằng (1G); các quy tắc an toàn lao động, phòng chống cháy nổ và phương pháp tính toán chế độ hàn phù hợp với chiều dày và dạng liên kết.
  • Kỹ năng: Vận hành thành thạo thiết bị hàn điện hồ quang tay; cắt phôi kim loại bằng ngọn lửa oxy – khí cháy; thực hiện hoàn chỉnh mối hàn giáp mối tấm không vát cạnh và có vát cạnh chữ V ở vị trí bằng đảm bảo độ ngấu và kích thước hình học.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Xây dựng tác phong làm việc công nghiệp, tuân thủ nghiêm ngặt quy định an toàn điện, an toàn nhiệt và bảo hộ lao động tại xưởng thực tập.

Giáo trình được cấu trúc thành 06 bài học logic, tiếp cận theo phương pháp kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết cơ sở công nghệ và thao tác rèn luyện tay nghề thực tế, lấy tiêu chuẩn an toàn công nghiệp làm nền tảng xuyên suốt.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 06 bài học với logic phát triển từ an toàn, nhận diện thiết bị, làm quen hồ quang đến hình thành kỹ năng liên kết kim loại phức tạp:

  • Bài 1: Nội quy và an toàn thực tập xưởng hàn (Thời lượng: 01 giờ): Quy định 13 điều nội quy xưởng; kỹ thuật an toàn phòng tránh tác hại bức xạ ánh sáng hồ quang (tia tử ngoại, hồng ngoại); các biện pháp chống điện giật; an toàn phòng chống cháy nổ khi vận hành máy sinh khí axêtylen, bình chứa đất đèn ($CaC_2$), chai khí oxy và van giảm áp.
  • Bài 2: Khái niệm thiết bị, dụng cụ hàn và kỹ thuật sử dụng (Thời lượng: 07 giờ): Phân tích cấu tạo, sơ đồ nguyên lý của các dòng máy hàn AC (loại có bộ tự cảm kết hợp Nikitin, loại cuộn dây di động, loại lõi từ di động) và máy hàn DC (chỉnh lưu Đi-ốt 1 pha, 3 pha; máy phát điện hàn DC cực từ lắp rời); quy cách dây hàn, kìm hàn kiểu ren/kẹp/cút, kẹp mát; phương pháp đấu dây cực tính thuận (DC-) và cực tính nghịch (DC+); tiêu chuẩn lựa chọn số kính hàn (từ số 6 đến 14) và kỹ thuật cắt kim loại bằng ngọn lửa oxy – khí cháy.
  • Bài 3: Kỹ thuật gây hồ quang và duy trì hồ quang hàn (Thời lượng: 08 giờ): Bản chất vật lý của hồ quang; 03 giai đoạn hình thành hồ quang (ngắn mạch, ion hóa, cháy ổn định); công thức xác định đường kính que hàn $d = S/2 + 1$ và cường độ dòng điện $I_h = (\beta + \alpha d)d$; thao tác gây hồ quang bằng phương pháp ma sát (quẹt diêm) và mổ thẳng; cách xử lý hiện tượng dính que, tắt hồ quang hoặc hồ quang bị thổi lệch.
  • Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng (Thời lượng: 16 giờ): Kỹ thuật gá đặt phôi; duy trì góc nghiêng que hàn $70^\circ - 80^\circ$ so với trục đường hàn; các phương pháp dao động ngang que hàn; kỹ thuật bắt đầu, nối tiếp và kết thúc mối hàn lấp đầy bể hàn.
  • Bài 5: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối không vát cạnh (Thời lượng: 17 giờ): Quy trình chuẩn bị phôi tấm phẳng; kỹ thuật hàn đính; kỹ thuật thực hiện đường hàn giáp mối phẳng một lớp; nhận diện nguyên nhân và biện pháp khắc phục các khuyết tật: ngậm xỉ, rỗ khí, không ngấu, cháy chân, chồng mép.
  • Bài 6: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối vát cạnh V (Thời lượng: 24 giờ): Kỹ thuật vát mép phôi góc V; quy trình hàn nhiều lớp ở vị trí bằng (1G) gồm lớp lót (root pass) tạo lỗ thâm nhập hồ quang, lớp điền đầy (fill pass) và lớp phủ bề mặt (cap pass); kỹ thuật mài nối mối hàn; phương pháp kiểm tra ngoại dạng và đánh giá khuyết tật cháy thủng, không ngấu.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết nhiệt và vật lý hồ quang: Giải thích hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử ở catot theo định luật Joule-Lenz ($Q = 0{,}24 R I^2 t$), quá trình ion hóa chất khí thành môi trường dẫn điện, phân bố nhiệt độ vùng hồ quang (tâm cột đạt $6000^\circ\text{C}$, cực âm catot đạt $3400^\circ\text{C}$, cực dương anot đạt $2600^\circ\text{C}$) và đồ thị đường đặc tính tĩnh V-A gồm 3 vùng đặc trưng.
  • Nguyên lý điện từ máy hàn: Sự biến thiên từ thông tán để điều chỉnh dòng điện vô cấp trong máy biến áp AC; nguyên lý chỉnh lưu bán dẫn và phản ứng phần ứng rotor làm sụt giảm điện áp làm việc phù hợp với đặc tính ngoài dốc của nguồn hàn.
  • Công thức chế độ công nghệ:
    • Xác định điện áp cột hồ quang: $U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$ (với que hàn nóng chảy $a = 15 \div 20\text{V}$, $b = 15{,}7\text{V/cm}$).
    • Tính toán đường kính que hàn: $d = \frac{S}{2} + 1$ ($S$ là chiều dày vật liệu).
    • Tính cường độ dòng điện hàn: $I_h = (\beta + \alpha d)d$ (với hệ số thực nghiệm $\beta = 20$, $\alpha = 6$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Căn chỉnh thông số dòng điện trên máy hàn AC/DC; đấu nối cực tính DC+ (cho vật liệu dày cần độ ngấu sâu) hoặc DC- (cho vật hàn mỏng); lắp que hàn đúng rãnh kẹp má kìm; điều chỉnh van điều áp khí oxy/axêtylen để cắt phôi cơ bản.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc bản vẽ chi tiết liên kết hàn; phân tích nguyên nhân tạo khuyết tật dựa trên cơ chế kết tinh bể hàn (ví dụ: dòng hàn quá cao gây cháy chân, góc nghiêng que hàn sai dẫn đến ngậm xỉ, bề mặt phôi dính dầu mỡ/rỉ sét gây rỗ khí, khe hở đáy quá lớn gây cháy thủng).
  • Kỹ năng thực hành nghề (Practical competencies): Làm chủ kỹ thuật mồi hồ quang mổ thẳng và ma sát; duy trì chiều dài hồ quang $2 \div 4\text{mm}$; điều khiển tốc độ di chuyển que hàn kết hợp dao động ngang; thực hiện hoàn chỉnh liên kết giáp mối vát cạnh V 3 lớp đạt chuẩn kích thước hình học ở vị trí 1G; thực hiện thuần thục thao tác gõ xỉ bằng búa gõ và làm sạch mối hàn bằng bàn chải sắt.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo theo năng lực thực hiện, kết hợp phương pháp giảng dạy tích cực giữa giảng viên và người học:

Cách tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach)

  • Về phía người dạy: Giảng dạy lý thuyết thông qua phương pháp nêu vấn đề, thuyết trình ngắn kết hợp giải thích hình vẽ/sơ đồ nguyên lý; hướng dẫn quy trình mẫu trực tiếp tại xưởng thực tập; tổ chức chia nhóm nhỏ (8-10 sinh viên) để thảo luận và giao bài tập tình huống kỹ thuật.
  • Về phía người học: Nghiên cứu trước nội dung tài liệu trước khi lên lớp; tham gia thực hiện các bài tập cá nhân và báo cáo nhóm; tuân thủ thời lượng hiện diện tối thiểu 70% số tiết lý thuyết (vắng quá 30% phải học lại theo quy định).

Bài tập, thực hành và xử lý tình huống

Hệ thống bài tập trong giáo trình gắn liền với phôi mẫu thực tế:

  • Xử lý các tình huống lỗi thao tác: khắc phục hiện tượng que hàn dính chặt vào vật hàn khi mồi hồ quang, kiểm soát hồ quang bị tắt do kéo quá dài, khử hiện tượng lệch hướng cột hồ quang do lực từ.
  • Thực hành phân đoạn: từ bài tập hàn đắp các đường thẳng song song trên bề mặt phẳng, hàn đính mép phôi, đến bài tập hoàn thiện mẫu hàn giáp mối vát chữ V yêu cầu khống chế lỗ thâm nhập hồ quang đáy và mài phẳng điểm nối.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:

Thành phần đánh giá Hình thức và thời điểm Trọng số
Kiểm tra thường xuyên Đánh giá lý thuyết/vấn đáp/thực hành (sau 27 giờ) $40%$ (gồm cả điểm định kỳ)
Kiểm tra định kỳ Bài kiểm tra kỹ năng thực hành tại xưởng (sau 46 giờ) Hệ số 2
Thi kết thúc mô đun Bài thi thực hành tổng hợp (sau 75 giờ đào tạo) $60%$

Điểm đánh giá được chấm theo thang điểm 10, làm tròn một chữ số thập phân, sau đó quy đổi sang điểm chữ (A, B, C, D, F) và thang điểm 4 theo học chế tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính quy chuẩn hóa trong an toàn công nghiệp dầu khí: Giáo trình không chỉ dừng lại ở an toàn điện thông thường mà quy định chi tiết kỹ thuật an toàn áp suất khí đối với máy sinh khí axêtylen, bình chứa đất đèn ($CaC_2$), chai khí nén oxy, bình ngăn lửa tạt lại (kiểm tra mức nước 2 lần/ca, rửa bình 1 lần/tháng), khoảng cách an toàn nguồn nhiệt tối thiểu $5\text{m} - 10\text{m}$.
  • Tích hợp các tiêu chuẩn hàn quốc tế và tài liệu chuyên ngành: Nội dung được biên soạn dựa trên sự đối sánh và tham khảo trực tiếp từ:
    • Tiêu chuẩn hàn kết cấu thép quốc tế: AWS D1.1 (Structural Welding Code - Steel).
    • Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (IWE - International Welding Engineer), năm 2010.
    • Các tài liệu công nghệ hàn trong nước: Công nghệ hàn điện nóng chảy (PGS.TS. Ngô Lê Thông), Kỹ thuật hàn (Trương Công Đạt), Thực hành hàn từ căn bản đến nâng cao (Trần Văn Niên).
  • Phân loại thiết bị hàn chuyên sâu: Cung cấp đầy đủ cấu tạo cơ điện của các dạng máy hàn truyền thống và hiện đại: từ cơ chế điều khiển khe hở không khí trong bộ tự cảm Nikitin (1925), cuộn dây di động, lõi từ di động đến sơ đồ chỉnh lưu Đi-ốt 3 pha và phản ứng rotor trong máy phát điện hàn DC.
  • Bảng dữ liệu tra cứu kỹ thuật chuẩn xác: Cung cấp các bảng thông số thực nghiệm phục vụ trực tiếp cho việc chọn dòng hàn theo tiết diện cáp dẫn ($38\text{mm}^2 \div 150\text{mm}^2$ tương ứng với chiều dài $25\text{m} \div 75\text{m}$) và bảng tra cấp độ kính lọc bảo hộ theo dải dòng điện ($30\text{A}$ đến trên $300\text{A}$).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên/Học viên đào tạo nghề: Sinh viên hệ Cao đẳng và học sinh hệ Trung cấp thuộc nghề Cắt gọt kim loại và nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí cũng như các trường đào tạo kỹ thuật công nghiệp.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Để tiếp thu tốt mô đun này, người học cần hoàn thành các môn học, mô đun cơ sở trong chương trình đào tạo:
    • Vẽ kỹ thuật 1 & 2 (CK19MH01, CK19MH02): kỹ năng đọc bản vẽ cơ khí và ký hiệu mối hàn.
    • Cơ kỹ thuật (CK19MH03) & Vật liệu cơ khí (CK19MH04): hiểu biết về cơ tính và tính hàn của kim loại.
    • Dung sai lắp ghép (CK19MH05).
    • An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01).
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Sử dụng làm giáo trình khung để xây dựng đề cương bài giảng, thiết kế phiếu hướng dẫn thực hành, phiếu đánh giá kỹ năng tại xưởng hàn.
  • Kỹ thuật viên và công nhân cơ khí: Tài liệu tham khảo để chuẩn hóa kỹ thuật hàn hồ quang tay vị trí 1G, kỹ thuật cắt kim loại bằng khí cháy và phương pháp phòng ngừa khuyết tật kim loại mối hàn.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại, Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và các ngành kỹ thuật cơ khí có học phần hàn cơ bản.

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

Người học cần tích lũy kiến thức từ các môn học tiên quyết bao gồm: Vẽ kỹ thuật cơ khí (đọc ký hiệu bản vẽ liên kết), Vật liệu cơ khí (tính chất thép cacbon và kim loại), An toàn – Vệ sinh lao động cơ bản.

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

Tài liệu tích hợp sâu các quy chuẩn an toàn đặc thù ngành Dầu khí (an toàn áp suất máy sinh khí $C_2H_2$, bình đất đèn, chai $O_2$), đồng thời đối chiếu trực tiếp với các tiêu chuẩn quốc tế như AWS D1.1 và chương trình Chuyên gia hàn Quốc tế (IWE 2010), với tỷ lệ thời lượng thực hành chiếm tới $77{,}3%$ (58/75 giờ).

4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả theo giáo trình?

Người học cần nắm chắc các công thức tính toán chế độ hàn ($d = S/2 + 1$, $I_h = (\beta + \alpha d)d$), xem trước quy trình các bước thao tác trên sơ đồ hình ảnh, nghiên cứu kỹ các dạng khuyết tật (ngậm xỉ, cháy chân, rỗ khí, không ngấu) và nghiêm túc thực hiện bảo hộ lao động khi vào xưởng.

5. Những tài liệu bổ trợ nào được khuyến nghị tham khảo cùng giáo trình?

Các tài liệu tham khảo chính được nêu trong giáo trình bao gồm:

  • Công nghệ hàn điện nóng chảy – PGS.TS. Ngô Lê Thông.
  • Kỹ thuật hàn – Trương Công Đạt.
  • Thực hành hàn từ căn bản đến nâng cao – Trần Văn Niên.
  • Tiêu chuẩn AWS D1.1 của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ.

Kết luận

Giáo trình Hàn cơ bản (HCB19MĐ01) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo kỹ thuật có cấu trúc hoàn chỉnh, chuyển giao logic từ lý thuyết vật lý hồ quang, cấu tạo thiết bị điện hàn xoay chiều/một chiều đến chuỗi kỹ năng thực hành phân đoạn tại xưởng. Việc phân bổ thời lượng trọng tâm cho thực hành (58/75 giờ) giúp người học từng bước hình thành kỹ năng nghề chuẩn xác từ các thao tác mồi hồ quang, kiểm soát bể hàn đến kỹ thuật liên kết tấm giáp mối vát mép chữ V nhiều lớp theo vị trí 1G.

Lộ trình học tập đề xuất: nắm vững 13 điều nội quy và an toàn thiết bị áp lực $\rightarrow$ nhận diện và vận hành máy hàn AC/DC $\rightarrow$ rèn luyện gây hồ quang ổn định $\rightarrow$ hàn đường thẳng trên mặt phẳng $\rightarrow$ hàn giáp mối không vát cạnh $\rightarrow$ hoàn thiện mối hàn giáp mối vát cạnh chữ V 3 lớp và kiểm tra khuyết tật.