THÔNG TIN THƯ MỤC VÀ MÔ TẢ NỘI DUNG GIÁO TRÌNH
- Tên giáo trình: Giáo trình Mô đun: Hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2 cơ bản (Mã mô đun: MĐ20)
- Ngành/Nghề đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí (và Nghề Hàn)
- Trình độ đào tạo: Trung cấp
- Cơ quan ban hành: Trường Cao đẳng nghề Hà Nam (Ban hành theo Quyết định số 234/QĐ-CĐN ngày 05 tháng 8 năm 2020)
- Tác giả biên soạn: Vũ Quang Phiệt
- Năm ban hành: 2020
Tổng quan về giáo trình
Giáo trình Hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2 cơ bản (Mã mô đun: MĐ20) là tài liệu học tập chuyên ngành bắt buộc thuộc chương trình đào tạo trình độ Trung cấp ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí và nghề Hàn, được Trường Cao đẳng nghề Hà Nam phê duyệt và ban hành năm 2020. Trong tiến trình đào tạo, mô đun này được bố trí học song song hoặc sau khi người học đã hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở từ MH07 đến MH13 cùng các mô đun thực hành tiền đề MĐ18 và MĐ19.
Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng đến ba chuẩn đầu ra chính:
- Kiến thức: Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc của thiết bị hàn GMAW (MIG/MAG); phân tích bản chất cơ lý hóa của vùng hồ quang và khí bảo vệ; nhận biết quy chuẩn các loại dây hàn, khí bảo vệ; tính toán, tra cứu và thiết lập chế độ hàn phù hợp với tính chất và chiều dày vật liệu; giải thích nguồn gốc sinh ra các khuyết tật mối hàn.
- Kỹ năng: Đấu nối, hiệu chỉnh và vận hành thành thạo hệ thống máy hàn; thực hiện chính xác các đường hàn liên kết góc và giáp mối trên thép cacbon thấp ở các vị trí không gian 1F, 1G, 2F và 3F đạt tiêu chuẩn kỹ thuật; nhận diện, sửa chữa khuyết tật và thực hiện nghiêm ngặt các biện pháp an toàn xưởng hàn.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Hình thành tác phong công nghiệp, khả năng làm việc độc lập hoặc phối hợp nhóm, giám sát kỹ thuật và đánh giá chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn quy định.
Cấu trúc giáo trình gồm 6 bài học lớn, được thiết kế theo phương pháp tích hợp chặt chẽ giữa lý thuyết luyện kim, thiết bị điện hàn với quy trình thực hành thao tác từng bước. Điểm đặc thù của tài liệu là việc chuẩn hóa các thông số công nghệ dựa trên hệ thống tiêu chuẩn quốc tế như AWS (American Welding Society) cho vật liệu dây hàn và DIN 32 526 cho phân loại khí bảo vệ, cung cấp hệ số kỹ thuật định lượng cho từng kết cấu mối hàn thực tế.
Nội dung kiến thức cốt lõi
Các chương và chủ đề chính
Nội dung giáo trình được triển khai tuần tự qua 6 bài học kỹ thuật chuyên sâu:
- Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn MIG, MAG (Mã bài 20.01): Khái quát thực chất phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (GMAW); phân loại phương pháp MAG (dùng khí hoạt tính CO2, hỗn hợp CO2 + Ar) và MIG (dùng khí trơ Ar, He); tiêu chuẩn dây hàn thép cacbon theo hệ thống AWS (từ E70S-2 đến E70S-7); phân loại và ảnh hưởng của các loại khí bảo vệ (Ar, He, CO2, O2) đến hình dáng vũng hàn theo tiêu chuẩn DIN 32 526; sơ đồ cấu tạo thiết bị nguồn hàn, bộ chuyển dây, mỏ hàn; các thông số chế độ hàn ($I_h, U_h, V_h$, tầm với điện cực $L_d$, lưu lượng khí); phân loại khuyết tật và tác động sinh học của điện áp, bức xạ hồ quang, khói hàn.
- Bài 2: Vận hành máy hàn MIG/MAG (Mã bài 20.02): Cấu tạo bộ chỉnh lưu (biến áp, bộ chỉnh lưu AC sang DC, cuộn cản); nguyên lý làm việc của mạch điều khiển đẩy dây và van khí điện từ; quy trình đấu nối dây cáp cực tính nghịch DCEP (cực dương nối súng hàn, cực âm nối vật hàn); kỹ thuật bảo quản bép hàn (contact tip) và ống phun khí; phân tích ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn (nghiêng trước/hàn trái, nghiêng sau/hàn phải, thẳng đứng); 5 phương pháp chuyển động dao động ngang của mỏ hàn (đường thẳng, đường thẳng đi lại, răng cưa, bán nguyệt, tam giác); các dạng chuyển dịch kim loại (cầu, ngắn mạch, tia); các trạng thái hồ quang (ngắn, chuyển tiếp, dài, phun, xung, xoáy); quy trình an toàn lao động và bảo dưỡng thiết bị.
- Bài 3: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn (1F) (Mã bài 20.03): Đọc bản vẽ liên kết góc; xác định chế độ hàn tấm dày 4,0 mm (dây hàn ER70S-6 đường kính 1,0 mm, dòng điện $I_h = 100\text{ A}$, điện áp $U_h = 18 \div 20\text{ V}$, tốc độ hàn $V_h = 16 \div 20\text{ m/h}$, lưu lượng khí CO2 $8 \div 10\text{ l/phút}$, góc nghiêng mỏ hàn $70^\circ \div 80^\circ$, góc nghiêng tấm $45^\circ$); quy trình chuẩn bị phôi thép CT3 kích thước $200 \times 40 \times 4\text{ mm}$; kỹ thuật hàn đính và hàn hai mặt; phân tích nguyên nhân sai hỏng như rỗ khí, cháy cạnh, không ngấu.
- Bài 4: Hàn giáp mối thép cacbon thấp – Vị trí hàn 1G (Mã bài 20.04): Thông số hàn giáp mối tấm dày 4,0 mm một lớp (dây hàn đường kính 1,4 mm, $I_h = 280\text{ A}$, $U_h = 22 \div 25\text{ V}$, $V_h = 20 \div 39\text{ m/h}$, tầm với điện cực $10 \div 15\text{ mm}$, tiêu hao khí $14 \div 16\text{ l/phút}$); kỹ thuật dao động mỏ hàn kiểu bán nguyệt hoặc răng cưa biên độ $4 \div 5\text{ mm}$; kiểm soát nhiệt độ vũng hàn và kỹ thuật kết thúc đường hàn, ngắt hồ quang trễ khí 5 giây.
- Bài 5: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn (2F) (Mã bài 20.05): Kỹ thuật hàn góc ở vị trí đứng ngang (2F) trên thép CT3; thông số dòng điện, điện thế, phương pháp hàn trái từ phải sang trái; duy trì góc độ mỏ hàn và kiểm soát biến dạng nhiệt kết cấu chữ T; phòng ngừa hiện tượng chảy xệ kim loại lỏng.
- Bài 6: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn (3F) (Mã bài 20.06): Quy trình và kỹ thuật hàn góc ở vị trí đứng (3F); phương pháp kiểm soát vũng hàn leo, kỹ thuật dao động giữ nhiệt hai biên và an toàn phân xưởng.
Progression logic của giáo trình đi từ nền tảng nguyên lý điện tử - vật liệu tổng quát, đến làm chủ thao tác thiết bị, và nâng dần độ phức tạp của các tư thế hàn trong không gian (từ vị trí bằng 1F, 1G đến vị trí đứng ngang 2F và vị trí đứng 3F).
+-------------------------------------------------------------+
| Bài 1: Cơ sở lý thuyết GMAW, Vật liệu AWS & Khí DIN 32 526 |
+-------------------------------------------------------------+
|
v
+-------------------------------------------------------------+
| Bài 2: Vận hành thiết bị, Cơ chế hồ quang & Dao động mỏ |
+-------------------------------------------------------------+
|
v
+-------------------------------------------------------------+
| Bài 3 & 4: Thực hành vị trí bằng (1F liên kết góc & 1G giáp)|
+-------------------------------------------------------------+
|
v
+-------------------------------------------------------------+
| Bài 5 & 6: Thực hành vị trí không gian (2F đứng ngang & 3F) |
+-------------------------------------------------------------+
Kiến thức nền tảng được xây dựng
Giáo trình cung cấp hệ thống nguyên lý khoa học kỹ thuật bao gồm:
- Nguyên lý nguồn điện hàn một chiều điện áp không đổi (CV - Constant Voltage): Sử dụng đặc tính ngoài nằm ngang của nguồn DC cực nghịch (DCEP), cho phép dòng hàn tự động biến thiên nhanh theo sự thay đổi của khoảng cách từ contact tip đến vật hàn, qua đó tự ổn định chiều dài cột hồ quang dựa trên tốc độ cấp dây không đổi.
- Lý thuyết luyện kim vùng hàn và chuyển dịch kim loại: Tác dụng của lực từ trường co thắt (pinch effect) và nhiệt trở; bản chất của 3 cơ chế chuyển dịch giọt kim loại (ngắn mạch ở dải $50 \div 150\text{ A}$, chuyển dịch cầu ở dải $150 \div 300\text{ A}$, chuyển dịch tia khi dòng điện $> 300\text{ A}$ với môi trường khí chứa trên 80% Ar).
- Nhiệt động học khí bảo vệ: Tác động của độ dẫn nhiệt và trọng lượng riêng của Ar, He và CO2 đến tiết diện ngang mối hàn (Ar tạo tiết diện dạng núm vú, He tạo tiết diện parabol sâu rộng, CO2 gây chuyển dịch giọt thô và văng tóe nhưng cho độ ngấu sâu).
Kỹ năng phát triển
- Kỹ năng kỹ thuật: Đấu nối hệ thống chỉnh lưu, cơ cấu cấp dây 2 bánh hoặc 4 bánh; tháo lắp và định tâm bép tiếp điện; cân chỉnh lưu lượng van khí giảm áp; thiết lập chuẩn xác 6 thông số chế độ hàn ($I_h, U_h, V_h$, tốc độ cấp dây $1 \div 18\text{ m/phút}$, tầm với điện cực $L_d$, lưu lượng khí).
- Kỹ năng phân tích: Đọc bản vẽ kết cấu cơ khí; nhận dạng khuyết tật mối hàn (rỗ khí do rối dòng khí/bẩn mép, cháy cạnh do dòng lớn/hồ quang dài, không ngấu do góc mỏ/tầm với điện cực lớn); phân tích sai lệch kích thước và xác định nguyên nhân kỹ thuật để điều chỉnh thông số.
- Năng lực thực hành nghề nghiệp: Thao tác các kiểu dao động mỏ hàn (răng cưa, bán nguyệt, tam giác); khống chế góc mỏ hàn nghiêng trước/sau; xử lý điểm mồi và điểm kết thúc đường hàn (giữ trễ khí 5 giây); thi công mối hàn 1F, 1G, 2F, 3F trên thép CT3 đạt độ bền cơ học và độ thẩm mỹ vảy hàn.
Phương pháp giảng dạy và học tập
Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo mô đun tích hợp (Integrated Vocational Training Model), kết nối trực tiếp bài giảng lý thuyết công nghệ với các phiên thực hành trực tiếp tại xưởng hàn.
Mỗi bài học thực hành được tổ chức thống nhất theo tiến trình kỹ thuật:
- Chuẩn bị: Gia công phôi thép kết cấu CT3 kích thước $200 \times 40 \times 4\text{ mm}$ (cắt phôi, mài sạch gỉ sét, nắn phẳng bề mặt), chuẩn bị dây hàn ER70S-6 và khí bảo vệ CO2 100%.
- Gá đính và thiết lập: Đặt khe hở, nâng dòng hàn đính cao hơn dòng hàn chính từ $10% \div 15%$, cố định phôi lên đồ gá theo đúng vị trí không gian (1F, 1G, 2F, 3F).
- Tiến hành hàn: Thực hiện thao tác mỏ hàn, khống chế góc độ, dao động đường hàn, xử lý kỹ thuật điểm đầu và kết thúc mối hàn.
- Kiểm tra và hiệu chỉnh: Đánh giá chất lượng mối hàn và phân loại sai hỏng.
+----------------------------------------------------------------+
| 1. Chuẩn bị phôi (Thép CT3, mài sạch gỉ) & Thiết bị (Dây, Khí) |
+----------------------------------------------------------------+
|
v
+----------------------------------------------------------------+
| 2. Gá đính (Tăng dòng 10-15%) & Định vị đồ gá (1F, 1G, 2F, 3F) |
+----------------------------------------------------------------+
|
v
+----------------------------------------------------------------+
| 3. Thực hiện đường hàn (Khống chế góc mỏ, dao động, điểm cuối)|
+----------------------------------------------------------------+
|
v
+----------------------------------------------------------------+
| 4. Kiểm tra (Kích thước, Khuyết tật, Vảy hàn, Năng suất) |
+----------------------------------------------------------------+
Hệ thống đánh giá kết quả học tập trong giáo trình được xây dựng trên 4 trục tiêu chí định lượng (quy định tại Bài 1, trang 23):
- Đánh giá quá trình thực hiện: Kiểm tra tư thế thao tác, độ ổn định góc nghiêng mỏ hàn ($70^\circ \div 80^\circ$), phương pháp dao động và kiểm soát tầm với điện cực ($8 \div 15\text{ mm}$).
- Đánh giá chất lượng sản phẩm: Đo đạc kích thước hình học mối hàn so với bản vẽ; phát hiện khuyết tật bên ngoài (rỗ khí, chảy xệ, cháy cạnh, thiếu ngấu); đánh giá độ thẩm mỹ vảy hàn (độ mịn và đều đặn).
- Đánh giá an toàn trang thiết bị: Kiểm tra mức độ tuân thủ quy tắc bảo hộ lao động (mũ hàn lọc sáng, găng tay da, quần áo vải bạt), độ an toàn điện tiếp địa của vỏ máy hàn, thao tác bảo quản van chai khí nén áp suất cao.
- Đánh giá năng suất: Đo lường thời gian hoàn thành mối hàn theo định mức kỹ thuật quy định.
Đối với việc tự học, giáo trình cung cấp hệ thống bảng tra thông số chế độ hàn định lượng, bảng đối chiếu nguyên nhân - biện pháp khắc phục sai hỏng, và hướng dẫn tự cảm nhận thông số hàn thông qua tiếng nổ hồ quang ("tiếng cháy re re và giòn").
Điểm nổi bật và cập nhật
- Chuẩn hóa thông số theo hệ thống tiêu chuẩn quốc tế: Giáo trình cập nhật bảng tra cứu thành phần hóa học (Si, Mn, Ti) và cơ tính (giới hạn bền kéo $\ge 72.000\text{ psi}$, giới hạn chảy $\ge 60.000\text{ psi}$, độ giãn dài $\ge 22%$) của các mác dây hàn E70S-2 đến E70S-7 theo tiêu chuẩn AWS. Hệ thống khí bảo vệ được phân nhóm chi tiết theo tiêu chuẩn DIN 32 526 (gồm các nhóm 11, 13, M1.1, M2.3, C tương ứng với từng nhóm vật liệu kim loại màu, thép không gỉ, thép hợp kim và thép cacbon).
- Số liệu công nghệ định lượng chi tiết cho liên kết hàn: Thay vì mô tả định tính, tài liệu xây dựng bảng thông số công nghệ cụ thể cho từng bài thực hành (chiều dày phôi 4,0 mm; dây hàn 1,0 mm đến 1,4 mm; dòng điện từ 100 A đến 280 A; tốc độ hàn từ 16 đến 39 m/h; lưu lượng khí từ 8 đến 16 l/phút; tầm với điện cực từ 8 đến 15 mm).
- Hệ thống hóa toàn diện về an toàn và bảo hộ xưởng hàn: Giáo trình phân tích cụ thể các mức rủi ro điện thế (mức 1: điện áp sơ cấp $230 \div 460\text{ V}$; mức 2: điện áp thứ cấp không tải $60 \div 100\text{ V}$); phân tích bệnh lý tổn thương giác mạc "đau mắt hàn" do tia cực tím (UV), nguy cơ đục thủy tinh thể do bức xạ hồng ngoại và cơ chế ngạt khí do khí bảo vệ chiếm chỗ oxy trong môi trường làm việc kín.
| Hạng mục kỹ thuật |
Quy chuẩn / Dữ liệu trích xuất từ giáo trình |
| Tiêu chuẩn dây hàn |
AWS (Dòng E70S-2 đến E70S-7: Giới hạn bền $\ge 72.000\text{ psi}$, Giới hạn chảy $\ge 60.000\text{ psi}$, Độ giãn dài $\ge 22%$) |
| Phân loại khí bảo vệ |
DIN 32 526 (Nhóm 11: 100% Ar; Nhóm 13: 50% Ar + 50% He; Nhóm M1.1: Ar + 3% CO2/O2; Nhóm C: 100% CO2) |
| Cực tính nguồn điện |
DCEP (Direct Current Electrode Positive - Dây hàn nối cực dương, vật hàn nối cực âm) |
| Cơ chế chuyển dịch giọt |
Ngắn mạch ($50 \div 150\text{ A}$), Cầu ($150 \div 300\text{ A}$), Tia ($> 300\text{ A}$, khí bảo vệ $> 80%$ Ar) |
| Các cấp điện áp nguy hiểm |
Mức 1 sơ cấp ($230 \div 460\text{ V}$), Mức 2 thứ cấp không tải ($60 \div 100\text{ V}$) |
Đối tượng sử dụng giáo trình
- Học sinh, sinh viên: Áp dụng cho người học hệ Trung cấp và Cao đẳng ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, ngành Hàn hoặc các chuyên ngành kỹ thuật chế tạo máy liên quan.
- Điều kiện tiên quyết: Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở kỹ thuật cơ khí (MH07 đến MH13) bao gồm Đọc bản vẽ cơ khí, Dung sai lắp ghép, Vật liệu cơ khí, An toàn lao động, và các mô đun công nghệ hàn cơ bản (MĐ18, MĐ19 về hàn hồ quang tay).
- Giảng viên và cán bộ đào tạo nghề: Sử dụng làm căn cứ biên soạn giáo án tích hợp, thiết kế bài tập thực hành, bảng hướng dẫn thực hiện (Job sheet) và bảng kiểm đánh giá kỹ năng (Checklist) theo chuẩn chương trình khung ban hành kèm Quyết định 234/QĐ-CĐN.
- Tự học và tham khảo kỹ thuật: Dành cho thợ hàn cơ khí, kỹ thuật viên tại các xưởng gia công kết cấu thép cần tài liệu tra cứu quy chuẩn thiết bị GMAW, cách khắc phục khuyết tật mối hàn CO2 và định mức chế độ hàn.
Câu hỏi thường gặp
1. Giáo trình này phù hợp với ai?
Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho người học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, thợ cơ khí học nghề hàn MAG/MIG cơ bản, cùng giảng viên chuyên ngành cơ khí chế tạo.
2. Cần kiến thức nền nào để học?
Người học cần có kiến thức cơ sở về an toàn điện, đọc bản vẽ kỹ thuật cơ khí, kiến thức kim loại học cơ bản và đã học qua các mô đun MH07 - MH13 cùng kỹ năng hàn hồ quang tay (MĐ18, MĐ19).
3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?
Giáo trình kết hợp đồng bộ giữa việc tra cứu các hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế (AWS, DIN 32 526) với quy trình thao tác chuẩn hóa trên phôi thép kết cấu CT3 cụ thể, đồng thời cung cấp bảng thông số chế độ hàn định lượng cho từng vị trí không gian (1F, 1G, 2F, 3F).
4. Làm sao để tự học hiệu quả?
Người học cần đối chiếu lý thuyết cấu tạo thiết bị với thao tác thực tế trên máy hàn DCEP; kết hợp việc thiết lập các bảng thông số ($I_h, U_h, V_h$, tốc độ cấp dây, lưu lượng khí) với quan sát trạng thái hồ quang, lắng nghe âm thanh hồ quang cháy giòn và tự kiểm tra phân tích khuyết tật sau mỗi đường hàn.
5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?
Giáo trình được thiết kế đi kèm hệ thống bản vẽ chi tiết gia công phôi thép CT3 ($200 \times 40 \times 4\text{ mm}$), bảng thông số chế độ hàn mẫu cho từng tư thế, bảng đối chiếu khuyết tật - nguyên nhân - biện pháp phòng ngừa và quy chuẩn an toàn lao động phân xưởng.
Kết luận
Giáo trình Mô đun: Hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2 cơ bản (MĐ20) do Trường Cao đẳng nghề Hà Nam ban hành cung cấp hệ thống kiến thức và kỹ năng hoàn chỉnh về công nghệ hàn GMAW (MIG/MAG). Nội dung giáo trình định hình rõ lộ trình đào tạo từ việc làm chủ thiết bị nguồn hàn DC điện áp không đổi, nhận diện vật liệu - khí bảo vệ theo tiêu chuẩn AWS và DIN, đến việc thực hiện thành thạo các kết cấu hàn góc và hàn giáp mối ở các vị trí 1F, 1G, 2F, 3F. Đây là tài liệu cốt lõi phục vụ đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật cơ khí trực tiếp, đáp ứng các yêu cầu gia công kết cấu kim loại trong sản xuất công nghiệp.
