GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: HÀN CƠ BẢN (MÃ MÔ ĐUN: HCB19MĐ01)

Trường Cao đẳng Dầu khí – Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hàn cơ bản (mã môn học: HCB19MĐ01) được biên soạn theo Quyết định số 189/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Bà Rịa – Vũng Tàu). Nhóm tác giả biên soạn gồm các giảng viên: Trần Thanh Ngọc, An Đình Quân và Nguyễn Công Khai thuộc Khoa Giáo dục nghề nghiệp (GDNN).

                            KHUNG ĐÀO TẠO MÔ ĐUN HÀN CƠ BẢN (HCB19MĐ01)
   VỊ TRÍ TIỀN ĐỀ / BẮT BUỘC       VỊ TRÍ CHUYỂN TIẾP TIẾP THEO

Về vị trí trong chương trình đào tạo, Hàn cơ bản là mô đun chuyên môn nghề thuộc khối kiến thức chuyên ngành của trình độ Cao đẳng và Trung cấp cho các nghề:

  • Lắp đặt – Vận hành – Bảo dưỡng bơm, quạt, máy nén khí.
  • Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí (SCTBCBDK).
  • Cắt gọt kim loại (CGKL).

Mô đun được bố trí giảng dạy sau các môn học cơ sở kỹ thuật (như Vẽ kỹ thuật, Cơ kỹ thuật, Vật liệu cơ khí, Dung sai, Gia công nguội) và được thực hiện trước mô đun Thực tập sản xuất (BQMN19MĐ03).

Mục tiêu học tập (Learning Outcomes)

  • Về kiến thức (A1 – A5):
    • Nắm vững bản chất vật lý của hồ quang hàn và các thông số điện của quá trình hàn.
    • Hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và kỹ thuật vận hành các loại máy hàn điện xoay chiều (AC), máy hàn điện một chiều (DC).
    • Nắm vững quy chuẩn kỹ thuật an toàn lao động, phòng chống cháy nổ trong hàn điện và cắt kim loại bằng ngọn lửa khí cháy (Oxy – Axêtylen).
    • Hiểu quy trình hàn các liên kết tấm ở vị trí hàn bằng (1G).
    • Tính toán chính xác chế độ hàn hồ quang tay (đường kính que hàn, cường độ dòng điện hàn) tương ứng với chiều dày và dạng liên kết phôi.
  • Về kỹ năng (B1 – B3):
    • Sử dụng thành thạo thiết bị, dụng cụ hàn hồ quang tay; lắp đặt dây cáp, kìm hàn, kẹp mát và điều chỉnh dòng điện.
    • Cắt thành thạo phôi kim loại bằng thiết bị ngọn lửa oxy – khí cháy.
    • Thực hiện thành thạo các mối hàn giáp mối không vát cạnh và vát cạnh chữ V trên thép tấm ở vị trí hàn bằng (1G), kiểm soát khuyết tật mối hàn đúng tiêu chuẩn.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1 – C2):
    • Rèn luyện tác phong công nghiệp, tính kỷ luật, cẩn thận, chính xác trong thao tác thực xưởng.
    • Chấp hành 13 điều nội quy xưởng thực tập và các quy chuẩn bảo hộ lao động chuyên ngành hàn.

Cấu trúc giáo trình gồm 6 bài học được thiết kế theo nguyên tắc tích hợp lý thuyết kỹ thuật với rèn luyện kỹ năng thực hành phân xưởng, bảo đảm yêu cầu sản xuất trong môi trường kỹ thuật dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             TIẾN TRÌNH 6 BÀI HỌC CỐT LÕI

Các bài học và chủ đề chính

Giáo trình gồm 6 bài học chính được phân bổ theo trình tự tích lũy kỹ năng:

  • Bài 1: Nội quy và an toàn thực tập xưởng hàn (Thời lượng: 1 giờ LT, 1 giờ TH): Cung cấp 13 điều nội quy xưởng; kỹ thuật an toàn chống bức xạ hồ quang (tia tử ngoại, tia hồng ngoại); các biện pháp phòng chống điện giật; quy chuẩn an toàn khi vận hành máy sinh khí axêtylen, bình oxy, van giảm áp và bình ngăn lửa tạt lại.
  • Bài 2: Khái niệm thiết bị, dụng cụ hàn và kỹ thuật sử dụng (Thời lượng: 2 giờ LT, 5 giờ TH): Khảo sát cấu tạo và nguyên lý của máy hàn xoay chiều (kiểu bộ tự cảm kết hợp Nikitin, kiểu cuộn dây di động, kiểu lõi từ di động); máy hàn một chiều (máy hàn chỉnh lưu 1 pha 4 điốt, máy hàn chỉnh lưu 3 pha 6 điốt, máy phát điện DC cực từ lắp rời); phụ kiện hàn (dây hàn, kìm hàn kiểu ren/kẹp/cút, kẹp mát); mặt nạ hàn và thang chọn kính lọc sáng từ số 6 đến số 14; dụng cụ làm sạch (búa gõ xỉ, bàn chải sắt); kỹ thuật cắt kim loại bằng khí oxy – khí cháy.
  • Bài 3: Kỹ thuật gây hồ quang và duy trì hồ quang hàn (Thời lượng: 2 giờ LT, 6 giờ TH): Cơ sở vật lý của hồ quang; chuẩn bị phôi liệu; chọn chế độ hàn; kỹ thuật gây hồ quang bằng phương pháp ma sát (quẹt diêm) và phương pháp mổ thẳng (gõ vuông góc); kỹ thuật duy trì chiều dài hồ quang từ $2 \div 4\text{ mm}$; góc nghiêng que hàn $70^\circ \div 80^\circ$; phương pháp lấp đầy rãnh hàn khi ngắt hồ quang; xử lý dính que hàn và hồ quang bị thổi lệch.
  • Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng (Thời lượng: 2 giờ LT, 13 giờ TH, 1 giờ KT): Bản vẽ chi tiết mối hàn đường thẳng; kỹ thuật vạch dấu phôi; các kiểu dao động que hàn (dao động ngang kết hợp tiến theo trục mối hàn); kỹ thuật bắt đầu mối hàn, nối mối hàn và kết thúc mối hàn trên mặt phẳng.
  • Bài 5: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối không vát cạnh (Thời lượng: 4 giờ LT, 12 giờ TH, 1 giờ KT): Chuẩn bị phôi hàn thép tấm; tính toán chế độ hàn; kỹ thuật hàn đính phôi; kỹ thuật thực hiện đường hàn giáp mối bằng; nhận diện nguyên nhân và biện pháp khắc phục các khuyết tật (ngậm xỉ, không ngấu, rỗ khí, cháy chân, chồng mép).
  • Bài 6: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối vát cạnh V (Thời lượng: 3 giờ LT, 20 giờ TH, 1 giờ KT): Bản vẽ mối hàn giáp mối vát cạnh chữ V ở vị trí bằng (1G); gá đính phôi; kỹ thuật hàn nhiều lớp (lớp hàn lót - root pass, lớp hàn đầy - fill pass, lớp hàn phủ - cap pass); kiểm soát lỗ thâm nhập hồ quang; kỹ thuật mài nối mối hàn; phương pháp kiểm tra chất lượng liên kết hàn; xử lý các khuyết tật (cháy thủng, ngậm xỉ, nứt mối hàn).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Nội dung giáo trình xây dựng hệ thống lý thuyết kỹ thuật điện và nhiệt luyện kim hàn thông qua các luận điểm khoa học:

  • Bản chất nhiệt và điện trường của hồ quang: Quá trình phóng điện qua khe hở khí ion hóa được giải thích bằng định luật Joule – Lenz: $$Q = 0{,}24 \cdot R \cdot I^2 \cdot t$$ Nhiệt lượng tỏa ra tại điểm tiếp xúc ngắn mạch nung nóng catốt, giải phóng điện tử tự do bứt phá sang anốt và ion hóa môi trường khí.
  • Phân bố nhiệt độ hồ quang: Tâm cột hồ quang đạt tới $6000^\circ\text{C}$, khu vực catốt đạt khoảng $3400^\circ\text{C}$ và khu vực anốt đạt khoảng $2600^\circ\text{C}$.
  • Đặc tính tĩnh V – A của hồ quang: Đường đặc tính tĩnh gồm 3 vùng rõ rệt: vùng điện áp giảm (I), vùng điện áp không đổi (II), và vùng điện áp tăng (III). Phương trình điện áp cột hồ quang được xác định theo: $$U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$$ (Trong đó: $a$ là tổng điện áp rơi trên 2 cực, $a = 15 \div 20\text{V}$ đối với que hàn nóng chảy; $b = 15{,}7\text{ V/cm}$; $L_{hq}$ là chiều dài cột hồ quang).
  • Đặc tính ngoài của nguồn điện hàn: Đường đặc tính ngoài của máy hàn hồ quang tay phải có dạng dốc đứng (drooping characteristic) để bảo đảm khi điện áp thay đổi theo độ dài hồ quang, cường độ dòng điện hàn biến thiên không đáng kể. Dòng điện ngắn mạch giới hạn trong khoảng: $$I_{đm} = (1{,}3 \div 1{,}4) \cdot I_h$$
  • Nguyên lý máy điện:
    • Cấu tạo máy hàn AC có bộ tự cảm kết hợp (sáng chế của Viện sĩ Nikitin, 1925) điều chỉnh dòng điện vô cấp qua thay đổi khe hở không khí $a$.
    • Máy hàn AC lõi từ di động tạo sự phân nhánh từ thông $\Phi_1 = \Phi_r + \Phi_2$.
    • Máy hàn chỉnh lưu biến đổi dòng điện nhờ cầu điốt (4 điốt cho 1 pha, 6 điốt cho 3 pha).
    • Hiện tượng phản ứng rotor trong máy phát điện hàn một chiều làm suy giảm từ trường khi có tải, tự động hạ điện áp về mức ổn định đốt cháy hồ quang ($16 \div 35\text{V}$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng tính toán chế độ công nghệ:
    • Xác định đường kính que hàn ($d$) theo chiều dày phôi ($S$): $$d = \frac{S}{2} + 1$$
    • Xác định cường độ dòng điện hàn hồ quang tay ($I_h$): $$I_h = (\beta + \alpha \cdot d) \cdot d$$ (Với các hệ số thực nghiệm $\beta = 20$, $\alpha = 6$).
  • Kỹ năng vận hành và thiết lập thiết bị:
    • Chọn cực tính dòng hàn DC: Đấu nghịch (DC+ / DCEP – kìm hàn nối cực dương) tạo độ ngấu sâu để hàn vật liệu dày; Đấu thuận (DC- / DCEN – kìm hàn nối cực âm) tạo độ ngấu nông để hàn vật liệu mỏng.
    • Chọn kính lọc sáng tương ứng với cường độ dòng điện theo bảng quy chuẩn:
Dải dòng điện / Ứng dụng công nghệ Số kính hàn quy định
Cắt/hàn khí nhiệt trung bình, hàn hồ quang $\le 30\text{A}$ $6 \div 7$
Hàn/cắt hồ quang dòng điện $30\text{A} \div 100\text{A}$ $8 \div 9$
Hàn/cắt hồ quang dòng điện $100\text{A} \div 300\text{A}$ $10 \div 12$
Hàn/cắt hồ quang dòng điện $> 300\text{A}$ $13 \div 14$
  • Kỹ năng kiểm soát khuyết tật liên kết hàn: Phát hiện nguyên nhân và xử lý sai hỏng hình học:
    • Khắc phục hiện tượng dính que hàn (do thao tác nhấc không kịp thời khi đoản mạch).
    • Phòng ngừa khuyết tật cháy chân (do dòng điện quá lớn hoặc góc que hàn sai).
    • Xử lý khuyết tật ngậm xỉ (do không làm sạch xỉ giữa các lớp hàn hoặc chuyển động dao động que hàn không hợp lý).
    • Phòng ngừa mối hàn không ngấu, rỗ khí và cháy thủng.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp dạy học tích cực, kết hợp chặt chẽ giữa hướng dẫn lý thuyết ngắn gọn, nêu vấn đề thực tế xưởng và thực hành phân xưởng.

                  CƠ CẤU PHƯƠNG PHÁP ĐÀO TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ MÔ ĐUN
  • Về phía giảng viên:
    • Giảng dạy lý thuyết thông qua diễn giảng ngắn gọn, trực quan bằng bảng biểu, sơ đồ mạch điện, bản vẽ kỹ thuật chi tiết mối hàn.
    • Hướng dẫn thực hành thị phạm từng bước: chuẩn bị phôi liệu, nắn phẳng, làm sạch dầu mỡ/rỉ sét, vạch dấu, thao tác mồi hồ quang ma sát/mổ thẳng, kỹ thuật dao động que hàn và lấp rãnh ngắt hồ quang.
    • Đặt câu hỏi tình huống kỹ thuật (ví dụ: nguyên nhân hồ quang bị thổi lệch; cách xử lý que hàn bị dính; quy trình kiểm tra mức nước bình ngăn lửa tạt lại trên máy sinh khí axêtylen).
  • Về phía sinh viên:
    • Đọc trước tài liệu giáo trình và nghiên cứu bản vẽ bài học trước khi vào xưởng.
    • Tổ chức học tập theo nhóm từ 8 đến 10 sinh viên để thảo luận các chủ đề kỹ thuật được phân công và viết báo cáo nhóm.
    • Tuân thủ quy định chuyên cần: Tham gia tối thiểu 70% tổng thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% số tiết lý thuyết bắt buộc phải học lại mô đun mới được dự thi).
  • Hình thức và cơ cấu đánh giá kết quả học tập:
    • Áp dụng quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội.
    • Điểm đánh giá gồm 2 phần: Điểm kiểm tra thường xuyên và định kỳ (trọng số 40%), Điểm thi kết thúc môn học (trọng số 60%).
    • Tiến trình kiểm tra:
      1. Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1): Hình thức viết/hỏi miệng hoặc thực hành sau 27 giờ học (đánh giá chuẩn đầu ra A1-A5, B1-B3, C1-C2).
      2. Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2): Hình thức thực hành sau 46 giờ học (đánh giá chuẩn đầu ra A3-A5, B2, C2).
      3. Thi kết thúc mô đun: Hình thức thực hành/thuyết trình sau 75 giờ học (đánh giá toàn diện chuẩn đầu ra A3-A5, B1-B3, C1-C2).
    • Điểm số chấm theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân và quy đổi sang điểm chữ, thang điểm 4 theo quy chế tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa chương trình đào tạo nghề dầu khí: Giáo trình được hoàn thiện và ban hành năm 2020 nhằm đáp ứng trực tiếp chương trình đào tạo nghề kỹ thuật của Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam, phục vụ công tác lắp đặt, sửa chữa các hệ thống thiết bị quay (bơm, quạt, máy nén khí) và thiết bị lọc hóa dầu.
  • Tích hợp các tiêu chuẩn hàn chuyên nghiệp: Nội dung tham chiếu trực tiếp từ:
    • Tiêu chuẩn kết cấu hàn quốc tế AWS D1.1 (Structural Welding Code – Steel của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ).
    • Chương trình đào tạo chuẩn quốc tế "Chuyên gia hàn Quốc tế" (International Welding Specialist - IWS, 2010).
    • Các tài liệu chuyên ngành hàn 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).
  • Chi tiết hóa hệ thống an toàn công nghiệp đặc thù: Giáo trình quy chuẩn rõ ràng các thông số an toàn kỹ thuật:
    • Khoảng cách đặt bình khí oxy và ngọn lửa trần tối thiểu là $5\text{ m}$.
    • Khoảng cách bố trí máy sinh khí axêtylen, hố thải bã đất đèn cách vị trí phát sinh nguồn nhiệt tối thiểu là $10\text{ m}$.
    • Quy định kiểm tra an toàn bình ngăn lửa tạt lại (kiểm tra mức nước 2 lần/ca, tháo rửa vệ sinh 1 lần/tháng, thay màng bảo hiểm ngay khi có hiện tượng cháy ngược).
    • Tiêu chuẩn tiết diện cáp hàn theo chiều dài ($25\text{ m} \div 75\text{ m}$) và cường độ dòng điện ($100\text{A} \div 450\text{A}$) nhằm chống sụt áp và quá nhiệt dây dẫn.

Đối tượng sử dụng giáo trình

                      ĐỐI TƯỢNG VÀ ĐIỀU KIỆN TIÊN QUYẾT
  • Sinh viên chuyên ngành: Học sinh, sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng thuộc các nghề kỹ thuật cơ khí, sửa chữa thiết bị dầu khí và gia công cơ khí chế tạo.
  • Điều kiện tiên quyết: Người học bắt buộc phải hoàn thành các học phần nền tảng: An toàn vệ sinh lao động, Vật liệu cơ khí (hiểu về thành phần gang thép, tính hàn của kim loại), Vẽ kỹ thuật (đọc hiểu bản vẽ kết cấu mối hàn, ký hiệu đường hàn), Cơ kỹ thuật và Gia công nguội cơ bản (kỹ năng cưa, đục, giũa, vạch dấu kim loại).
  • Giảng viên chuyên ngành: Tài liệu phục vụ giảng viên xây dựng đề cương chi tiết, giáo án bài giảng lý thuyết, biên soạn phiếu hướng dẫn thực hành và thang tiêu chí kiểm tra định kỳ, kết thúc môn học.
  • Học viên tự học và kỹ thuật viên: Cán bộ kỹ thuật, công nhân bảo trì tại các nhà máy cơ khí, công trình dầu khí có thể dùng giáo trình làm tài liệu tra cứu các công thức tính dòng điện hàn, sơ đồ chỉnh lưu máy hàn và biện pháp xử lý sự cố thiết bị khí nén, khí cháy.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

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

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ Cao đẳng và Trung cấp cho sinh viên các nghề: Lắp đặt – Vận hành – Bảo dưỡng bơm, quạt, máy nén khí; Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí; Cắt gọt kim loại tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đào tạo khối ngành cơ khí chế tạo.

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

Sinh viên cần tích lũy các khối kiến thức cơ sở gồm: An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Vẽ kỹ thuật 1 và 2 (CK19MH01/02), Dung sai (CK19MH05), Cơ kỹ thuật (CK19MH03) và Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01).

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

Tài liệu tích hợp sâu hệ thống an toàn kỹ thuật công nghiệp dầu khí (quy chuẩn nghiêm ngặt về máy sinh khí axêtylen, bình oxy, van giảm áp, bình dập lửa tạt lại), phân tích bản chất máy điện nguồn hàn (cả xoay chiều AC và một chiều DC đa dạng kết cấu) kết hợp trực tiếp với quy trình công nghệ hàn giáp mối tấm 1G theo lớp (lớp lót, lớp đầy, lớp phủ).

4. Phương pháp tự học mô đun này như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học cần nghiên cứu bài đọc trước khi đến lớp, làm việc nhóm từ 8 đến 10 người để giải quyết bài tập tình huống kỹ thuật, rèn luyện kỹ năng tính toán chế độ hàn ($I_h, d$) trước khi thực hành trên phôi thật, tham gia tối thiểu 70% số tiết lý thuyết và chấp hành nghiêm 13 điều nội quy xưởng.

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

Học liệu đi kèm gồm: Chương trình khung chi tiết mô đun, danh mục bản vẽ kỹ thuật chi tiết mối hàn đường thẳng và vát mép chữ V, phiếu học tập, phiếu quy trình thực hành phân xưởng và các tài liệu tham khảo chuẩn như AWS D1.1, tài liệu đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (2010), cùng sách chuyên khảo của Ngô Lê Thông, Trương Công Đạt.

Kết luận

Giáo trình Hàn cơ bản (HCB19MĐ01) của Trường Cao đẳng Dầu khí cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện từ cơ sở lý thuyết nhiệt điện hồ quang, cấu tạo và nguyên lý các nguồn hàn xoay chiều/một chiều, đến quy trình kỹ thuật hàn hồ quang tay trên kết cấu thép tấm giáp mối ở vị trí bằng (1G). Tài liệu gắn kết chặt chẽ yêu cầu kỹ thuật với văn hóa an toàn lao động trong môi trường kỹ thuật dầu khí.

                         LỘ TRÌNH ĐÀO TẠO THỰC HÀNH MÔ ĐUN

Lộ trình học tập được thiết kế tuyến tính: tiếp cận nội quy an toàn xưởng $\rightarrow$ nhận biết và làm chủ thiết bị hàn/cắt $\rightarrow$ luyện kỹ năng gây và duy trì hồ quang $\rightarrow$ hàn đường thẳng trên mặt phẳng $\rightarrow$ hoàn thiện mối hàn giáp mối không vát cạnh $\rightarrow$ thực hiện mối hàn giáp mối vát cạnh chữ V đa lớp $\rightarrow$ kiểm tra chất lượng mối hàn và chuyển tiếp sang mô đun Thực tập sản xuất.

Để mở rộng kiến thức chuyên sâu, sinh viên có thể tham khảo thêm các tài liệu:

  • AWS D1.1: Structural Welding Code – Steel.
  • 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.