Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hàn cơ bản (Mã mô đun: HCB19MĐ01) là tài liệu giảng dạy chuyên môn nghề thuộc chương trình đào tạo trình độ Trung cấp và Cao đẳng cho các nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và Cắt gọt kim loại. Giáo trình do tập thể giảng viên Khoa Cơ khí Động lực – Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam) gồm Trần Thanh Ngọc, An Đình Quân và Nguyễn Công Khai biên soạn, ban hành kèm theo Quyết định số 194/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020.

Trong chương trình đào tạo tổng thể gồm 58 tín chỉ (1.350 giờ), mô đun Hàn cơ bản có thời lượng 3 tín chỉ (75 giờ), được bố trí giảng dạy ở giai đoạn giữa khóa học, sau các môn học cơ sở khối ngành (như Vẽ kỹ thuật 1, Vật liệu cơ khí, Dung sai, Hóa đại cương) và trước mô đun Thực tập sản xuất (CK19MĐ09). Vị trí này nhằm trang bị kỹ năng thao tác liên kết kim loại phục vụ trực tiếp cho các mô đun chuyên ngành tiếp theo như Sửa chữa bảo dưỡng van công nghiệp (CK19MĐ03), Sửa chữa bảo dưỡng bơm (CK19MĐ05), máy nén khí (CK19MĐ07) và động cơ đốt trong (CK19MĐ08).

Mục tiêu học tập của giáo trình được cấu trúc theo 3 chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1–A5): Phân tích bản chất vật lý của hồ quang hàn; nắm vững nguyên lý hoạt động của máy hàn xoay chiều (AC) và một chiều (DC); hiểu quy trình hàn giáp mối tấm ở vị trí hàn bằng; tuân thủ quy chuẩn an toàn và phòng chống cháy nổ trong hàn - cắt kim loại; tính toán chính xác chế độ hàn phù hợp với chiều dày, tính chất vật liệu và kiểu liên kết.
  • Kỹ năng (B1–B3): Vận hành thành thạo thiết bị hàn điện hồ quang tay (SMAW); thực hiện kỹ thuật cắt kim loại bằng ngọn lửa oxy – khí cháy; hàn hoàn thiện các liên kết giáp mối vị trí bằng (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 thận, độ chính xác cơ khí, bảo quản trang thiết bị và chấp hành nghiêm ngặt an toàn xưởng.

Cấu trúc giáo trình gồm 6 bài học được thiết kế tích hợp giữa lý thuyết và thực hành (14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận, 3 giờ kiểm tra). Điểm đặc thù của tài liệu là nội dung giảng dạy bám sát yêu cầu kỹ thuật gia công và bảo trì cơ khí trong ngành công nghiệp Dầu khí, tham chiếu trực tiếp Tiêu chuẩn Hàn Kết cấu Hoa Kỳ (AWS D1.1) và chương trình Chuyên gia hàn Quốc tế (2010).

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình Hàn cơ bản gồm 6 bài học chính:

  1. Bài 1: Nội quy và an toàn thực tập xưởng hàn (Thời lượng: 1 giờ)

    • Nội dung chính: Cung cấp 13 điều nội quy xưởng thực tập; kỹ thuật an toàn điện (nối đất vỏ máy hàn, sử dụng thảm cách điện, đóng ngắt cầu dao bằng găng tay khô); an toàn quang sai hồ quang (bảo vệ mắt và da khỏi tia tử ngoại, hồng ngoại); kỹ thuật an toàn phòng nổ bình khí sinh Acetylen, bình oxy (khoảng cách tối thiểu 5m đối với bình oxy, 10m đối với máy sinh khí), kiểm tra van giảm áp và bình ngăn lửa tạt lại (kiểm tra nước 2 lần/ca, rửa bình 1 lần/tháng).

  2. Bài 2: Khái niệm thiết bị, dụng cụ hàn và kỹ thuật sử dụng (Thời lượng: 7 giờ)

    • Nội dung chính: Cấu tạo và nguyên lý của máy hàn điện xoay chiều (AC) có bộ tự cảm kết hợp (sáng chế của Nikitin năm 1925), máy hàn AC có cuộn dây di động và lõi từ di động. Cấu tạo, nguyên lý máy hàn một chiều (DC) chỉnh lưu 1 pha (4 đi-ốt), chỉnh lưu 3 pha (6 đi-ốt) và máy phát điện DC cực từ lắp rời dựa trên hiện tượng phản ứng rô-to. Quy chuẩn sử dụng kìm hàn (kiểu ren, kiểu kẹp, kiểu cút), kẹp mát, cáp hàn theo tiết diện; chọn kính lọc sáng từ số 6 đến số 14 theo dải dòng điện hàn; phương pháp đấu dây cực tính thuận (DC-) và nghịch (DC+).

  3. Bài 3: Kỹ thuật gây và duy trì hồ quang hàn (Thời lượng: 8 giờ)

    • Nội dung chính: Bản chất nhiệt động của hồ quang điện; 3 giai đoạn hình thành hồ quang (ngắn mạch, ion hóa, cháy ổn định); đường đặc tính tĩnh V-A của hồ quang; 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 2–4 mm với góc nghiêng que $70^\circ \div 80^\circ$; kỹ thuật kết thúc hồ quang để lấp đầy rãnh lõm bể hàn; phân tích nguyên nhân và cách khắc phục lỗi dính que, tắt hồ quang hoặc hồ quang quẹt sai vị trí.

  4. Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng (Thời lượng: 16 giờ)

    • Nội dung chính: Đọc bản vẽ chi tiết tấm phẳng thép carbon ($10 \times 150 \times 250\text{ mm}$), que hàn thép carbon E6013 đường kính $\phi 3.2\text{ mm}$; chế độ hàn (dòng điện, điện thế $22\div 28\text{V}$, tốc độ hàn $120\div 150\text{ mm/phút}$); kỹ thuật dao động que hàn theo đường thẳng hoặc răng cưa; quy trình bắt đầu đường hàn, nối đường hàn và kết thúc đường hàn trên bề mặt kim loại cơ bản.

  5. Bài 5: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối không vát cạnh (Thời lượng: 17 giờ)

    • Nội dung chính: Chuẩn bị phôi, vạch dấu và làm sạch mép hàn; kỹ thuật hàn đính khống chế khe hở; quy trình hàn giáp mối tấm phẳng vị trí hàn bằng; nhận diện cơ chế hình thành và biện pháp khắc phục 5 dạng khuyết tật hàn phổ biến: ngậm xỉ, không ngấu, rỗ khí, cháy chân và chồng mép.

  6. Bài 6: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối vát cạnh V (Thời lượng: 24 giờ)

    • Nội dung chính: Chuẩn bị phôi vát mép chữ V (vị trí 1G); quy trình hàn nhiều lớp gồm lớp hàn lót (root pass), lớp hàn điền/đầy (fill pass) và lớp hàn phủ (cap pass); kỹ thuật mài nối mối hàn và tạo lỗ thâm nhập hồ quang (keyhole); nhận diện khuyết tật cháy thủng và phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn bằng mắt thường kết hợp đo kiểm kích thước hình học.

Progression logic (Tính logic phát triển): Nội dung giáo trình được bố trí theo trật tự tuyến tính: từ an toàn xưởng $\rightarrow$ nhận biết, vận hành máy và thiết bị phụ trợ $\rightarrow$ thao tác đơn lẻ (gây, duy trì hồ quang) $\rightarrow$ thực hiện đường hàn thẳng trên tấm phẳng $\rightarrow$ liên kết giáp mối cơ bản không vát mép $\rightarrow$ hoàn thiện liên kết vát mép chữ V nhiều lớp chịu lực.

+-------------------------------------------------------------+
| Bài 1: Nội quy và an toàn thực tập xưởng hàn                |
+-------------------------------------------------------------+
                              |
                              v
+-------------------------------------------------------------+
| Bài 2: Thiết bị, dụng cụ hàn và kỹ thuật sử dụng            |
+-------------------------------------------------------------+
                              |
                              v
+-------------------------------------------------------------+
| Bài 3: Kỹ thuật gây và duy trì hồ quang hàn                 |
+-------------------------------------------------------------+
                              |
                              v
+-------------------------------------------------------------+
| Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng trên mặt phẳng kim loại     |
+-------------------------------------------------------------+
                              |
                              v
+-------------------------------------------------------------+
| Bài 5: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối không vát cạnh            |
+-------------------------------------------------------------+
                              |
                              v
+-------------------------------------------------------------+
| Bài 6: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối vát cạnh V (Vị trí 1G)    |
+-------------------------------------------------------------+

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết nhiệt và phóng điện trong chất khí: Định luật Joule-Lenz ($Q = 0.24 R I^2 t$) giải thích sự phát sinh nhiệt lượng khi ngắn mạch; cơ chế phát xạ điện tử catốt và ion hóa va chạm tạo môi trường plasma dẫn điện duy trì cột hồ quang.
  • Đặc tính tĩnh của hồ quang: Phân tích đường đặc tính V-A với công thức xác định điện áp cột hồ quang: $$U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$$ (Trong đó: $a = 15\div 20\text{V}$ đối với que hàn nóng chảy; $b = 15.7\text{V/cm}$; $L_{hq}$ là chiều dài cột hồ quang). Nhiệt độ tâm cột hồ quang đạt $6.000^\circ\text{C}$, khu vực catốt đạt $3.400^\circ\text{C}$ và anốt đạt $2.600^\circ\text{C}$.
  • Nguyên lý máy điện hàn: Thiết lập đường đặc tính ngoài dốc của nguồn hàn; công thức tính điện kháng máy hàn có cuộn dây chuyển động: $$X = \mu_0 W_2^2 g \delta + X_0$$ Hiện tượng phản ứng rô-to làm suy giảm từ trường để tự động hạ áp lúc có tải và đưa điện áp về xấp xỉ 0 khi ngắn mạch ($I_{\text{đm}} = (1.3\div 1.4) I_h$).
  • Vật lý phân bố cực tính DC: Đấu nghịch (DC+ / DCEP: kìm hàn nối cực dương, mát cực âm) làm tăng độ sâu ngấu để hàn chi tiết dày; đấu thuận (DC- / DCEN: kìm hàn nối cực âm, mát cực dương) giảm độ ngấu, phù hợp hàn chi tiết mỏng.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Tính toán và thiết lập chính xác các thông số công nghệ hàn hồ quang tay theo công thức:
    • Chọn đường kính que hàn: $d = \frac{S}{2} + 1\text{ (mm)}$ (với $S$ là chiều dày phôi).
    • Chọn cường độ dòng điện hàn: $I_h = (\beta + \alpha d) d$ (với $\beta = 20$, $\alpha = 6$; tăng 15% khi $S > 3d$, giảm 15% khi $S < 1.5d$).
    • Vận hành máy hàn AC/DC, điều chỉnh biến trở và cơ cấu thay đổi khe hở từ tính.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc và bóc tách bản vẽ liên kết hàn; xác định thông số kích thước lớp lót, lớp điền, lớp phủ; phân tích nguồn gốc khuyết tật (do dòng điện, góc nghiêng que hàn, tốc độ hàn hoặc xỉ hàn bọc trước vũng hàn) để hiệu chỉnh thao tác.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Làm sạch và chuẩn bị phôi hàn thép carbon; gây hồ quang chính xác tại điểm cách đầu đường hàn 10 mm; duy trì góc que $70^\circ \div 80^\circ$; chuyển động que hàn răng cưa đều đặn; xử lý mài nối điểm nối và điền đầy miệng vũng hàn khi kết thúc.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp giảng dạy tích hợp theo năng lực (Competency-Based Training), gắn liền kiến thức lý thuyết kỹ thuật với rèn luyện thao tác thực tế tại xưởng:

  • Phương pháp tiếp cận sư phạm:

    • Đối với giảng viên: Kết hợp thuyết trình ngắn về lý thuyết cơ sở, áp dụng phương pháp dạy học nêu vấn đề (Problem-based learning), đặt câu hỏi thảo luận kỹ thuật, làm mẫu (thị phạm) các thao tác gây hồ quang, dao động que hàn và hướng dẫn trực tiếp từng học viên tại cabin hàn.
    • Đối với người học: Đọc trước giáo trình và tài liệu tham khảo được cung cấp; chuẩn bị phiếu học tập; tham gia phân tích lỗi hình học trên các mối hàn mẫu; thực hiện đầy đủ quy trình an toàn trước khi cấp nguồn cho máy hàn.

  • Thực hành và bài tập tình huống: Thời lượng thực hành chiếm 77.3% toàn bộ mô đun (58/75 giờ). Sinh viên được giao bài tập trên vật liệu phôi tiêu chuẩn (thép carbon $10 \times 150 \times 250\text{ mm}$, que hàn E6013). Các bài tập tình huống tập trung vào việc xử lý sự cố thiết bị (máy phát điện bị thay đổi dòng hàn, dây nối mát tiếp xúc kém) và nhận dạng, khắc phục các khuyết tật thực tế (như xử lý dính que hàn, khắc phục mối hàn bị rỗ khí do phôi ẩm, điều chỉnh thao tác khi mối hàn bị cháy chân hoặc ngậm xỉ).

  • Quy chế và phương pháp đánh giá: Áp dụng theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội và hướng dẫn đào tạo của Trường Cao đẳng Dầu khí:

    • Điểm đánh giá quá trình (Trọng số 40%): Bao gồm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1, thực hiện sau 27 giờ học dưới hình thức hỏi miệng/viết/thực hành nhằm đánh giá các chuẩn đầu ra A1–A5, B1–B3, C1–C2) và kiểm tra định kỳ (Hệ số 2, thực hiện sau 46 giờ học dưới hình thức bài kiểm tra thực hành tay nghề).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Bài thi thực hành tổng hợp sau 75 giờ (thực hiện liên kết hàn tấm giáp mối vát mép V vị trí 1G kèm thuyết minh quy trình công nghệ). Điểm số chấm theo thang điểm 10, làm tròn 1 chữ số thập phân và quy đổi sang điểm chữ, thang điểm 4 theo hệ thống tín chỉ.

  • Hướng dẫn tự học và làm việc nhóm: Sinh viên được chia nhóm từ 8–10 người, phân công nhóm trưởng điều phối việc chuẩn bị nội dung thảo luận về an toàn và quy trình hàn. Quy định chuyên cần nêu rõ: người học phải tham dự tối thiểu 70% số tiết lý thuyết; nếu vắng quá 30% thời lượng lý thuyết sẽ không đủ điều kiện dự thi và phải học lại mô đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính tương thích với chương trình đào tạo chuyên sâu ngành Dầu khí: Giáo trình được chuẩn hóa theo Quyết định 194/QĐ-CĐDK năm 2020, khớp nối trực tiếp với danh mục các môn học cơ sở và chuyên môn của nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí (như sửa chữa van công nghiệp, bơm ly tâm, máy nén khí).
  • Hệ thống tư liệu hình ảnh và sơ đồ kỹ thuật chi tiết: Giáo trình tích hợp 41 hình vẽ minh họa kỹ thuật, bao gồm:
    • Sơ đồ nguyên lý các dòng máy hàn AC (bộ tự cảm kết hợp, cuộn dây di động, lõi từ di động) và DC (máy hàn chỉnh lưu 1 pha 4 đi-ốt, 3 pha 6 đi-ốt, máy phát điện DC cực từ rời);
    • Đồ thị biến thiên dòng điện chỉnh lưu và đường đặc tính tĩnh V-A của hồ quang;
    • Bản vẽ chi tiết kích thước phôi, góc vát mép, các lớp hàn (lót, điền, phủ) và hình ảnh trực quan 5 dạng khuyết tật hàn phổ biến (ngậm xỉ, không ngấu, rỗ khí, cháy chân, cháy thủng).
  • Tích hợp tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế: Nội dung giáo trình được biên soạn dựa trên sự đối sánh giữa giáo trình hàn trong nước (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) với các tài liệu chuẩn quốc tế gồm Tiêu chuẩn AWS D1.1 (Mã tiêu chuẩn hàn kết cấu thép của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ) và Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (IWE - International Welding Engineer, 2010).
  • Quy chuẩn định lượng trong an toàn lao động: Đưa ra các thông số an toàn cụ thể: quy định cấp kính lọc ánh sáng theo dải dòng hàn ($6\div 7$ cho dòng $\le 30\text{A}$; $8\div 9$ cho dòng $30\div 100\text{A}$; $10\div 12$ cho dòng $100\div 300\text{A}$; $13\div 14$ cho dòng $>300\text{A}$); khoảng cách đặt máy sinh khí Acetylen ($\ge 10\text{m}$) và chai chứa oxy ($\ge 5\text{m}$) so với nguồn nhiệt.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và hệ đào tạo:
    • Sinh viên hệ Cao đẳng và học viên hệ Trung cấp các nghề: Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và Cắt gọt kim loại tại Trường Cao đẳng Dầu khí.
    • Sinh viên các trường cao đẳng, trung cấp kỹ thuật thuộc khối ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Chế tạo máy, Cơ điện tử và Kỹ thuật Lắp đặt Đường ống Công nghiệp.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở trong khung chương trình:
    • Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01): Khả năng đọc hiểu quy cách bản vẽ cơ khí, ký hiệu mối hàn.
    • Vật liệu cơ khí (CK19MH04): Nắm vững thành phần, tính chất công nghệ của thép carbon.
    • Dung sai lắp ghép (CK19MH05): Đọc hiểu sai số hình học và đo kiểm kích thước.
    • An toàn, vệ sinh lao động (ATMT19MH01): Kiến thức cơ bản về an toàn điện và an toàn phòng chống cháy nổ.
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn: Dùng làm giáo trình giảng dạy chuẩn hóa, xây dựng giáo án tích hợp, thiết kế phiếu hướng dẫn thực hành xưởng, phiếu đánh giá tiêu chí kỹ năng và ngân hàng đề thi kết thúc mô đun.
  • Tài liệu tham khảo chuyên môn: Kỹ thuật viên bảo dưỡng, công nhân kỹ thuật tại các nhà máy lọc hóa dầu, công trình biển, xí nghiệp gia công cơ khí sử dụng để tra cứu công thức tính chế độ hàn và quy trình xử lý khuyết tật liên kết hàn 1G.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và Cắt gọt kim loại. Tài liệu cũng phù hợp cho kỹ thuật viên bảo trì cơ khí cần tra cứu kiến thức nguyên lý máy hàn điện hồ quang tay (SMAW) và quy trình hàn kết cấu thép carbon.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần tích lũy các kiến thức nền tảng về An toàn vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Vật liệu cơ khí (CK19MH04 - cấu trúc thép carbon), Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01 - đọc bản vẽ kỹ thuật), Dung sai (CK19MH05) và Hóa đại cương (CNH19MH09).

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác là gì?

Giáo trình thiết kế theo tỷ lệ thực hành cao (58/75 giờ, chiếm 77.3%), định lượng hóa toàn bộ công thức tính chế độ hàn ($d, I_h, U_h, v_h$), phân tích chi tiết cấu tạo máy điện hàn AC/DC theo nguyên lý phản ứng rô-to và mạch chỉnh lưu, đồng thời tham chiếu trực tiếp các tiêu chuẩn kỹ thuật AWS D1.1 và Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (2010).

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học cần thực hiện các yêu cầu: đọc trước lý thuyết bài học và làm bài tập tình huống trước khi đến xưởng; tổ chức học nhóm từ 8–10 người để thảo luận phiếu thực hành; ghi nhớ công thức tính toán chế độ hàn; tham gia tối thiểu 70% giờ lý thuyết và tuân thủ nghiêm ngặt 13 điều nội quy xưởng thực tập.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Tài liệu bổ trợ bao gồm hệ thống phiếu thực hành, bản vẽ kết cấu chi tiết, phiếu học tập kèm theo giáo trình, cùng các tài liệu tham khảo chính thống:

  • 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 đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (2010);
  • Tiêu chuẩn AWS D1.1 (Mã tiêu chuẩn hàn kết cấu thép Hoa Kỳ).

Kết luận

Giáo trình mô đun Hàn cơ bản (HCB19MĐ01) cung cấp hệ thống kiến thức lý thuyết cơ sở về hồ quang hàn, nguyên lý thiết bị hàn điện AC/DC và quy trình kỹ thuật hoàn thiện liên kết giáp mối vị trí 1G. Với cấu trúc 6 bài học tích hợp, tài liệu xác lập lộ trình đào tạo từ an toàn lao động, vận hành thiết bị, gây/duy trì hồ quang đến thực hành hàn liên kết vát mép chữ V nhiều lớp. Giáo trình đóng vai trò là học liệu chuyên môn nền tảng trong chương trình đào tạo nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và Cắt gọt kim loại, làm cơ sở kỹ thuật để người học tiếp tục hoàn thành các mô đun sửa chữa thiết bị công nghiệp chuyên sâu và thực tập sản xuất tại doanh nghiệp.