GIÁO TRÌNH HÀN ĐẮP (MÔ ĐUN 23) – TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ HÀN

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình "Hàn đắp" (Mã số: Mô đun 23) là tài liệu đào tạo chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Hàn ở trình độ Cao đẳng, do Khoa Cơ khí Xây dựng thuộc Trường Cao đẳng nghề Xây dựng (Bộ Xây dựng) biên soạn và ban hành năm 2021 tại Quảng Ninh. Tài liệu được thiết kế với tổng thời lượng 60 giờ học, phân bổ cụ thể gồm 15 giờ lý thuyết, 41 giờ thực hành và 4 giờ kiểm tra đánh giá định kỳ.

Mục tiêu học tập của giáo trình là trang bị cho người học năng lực tính toán và thiết lập chế độ hàn phù hợp với từng vị trí, thiết bị hàn; nắm vững kỹ thuật hàn đắp phục hồi các chi tiết dạng trục, bánh răng, bạc lót bị mài mòn theo đúng kích thước bản vẽ và đảm bảo lượng dư gia công cơ; đồng thời xử lý các khuyết tật của vật đúc làm bằng thép cacbon, thép hợp kim, gang và hợp kim đồng.

Cấu trúc giáo trình được xây dựng theo hình thức tích hợp giữa lý thuyết công nghệ và thực hành tay nghề, chia thành 5 bài học tương ứng với ba phương pháp hàn chính: hàn hồ quang tay (SMAW), hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ (MIG/MAG) và hàn hồ quang điện cực không nóng chảy (TIG). Điểm đặc thù của giáo trình là nội dung được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa các tài liệu kỹ thuật chuyên ngành và khảo sát thực tế sản xuất tại các cơ sở cơ khí, tập trung vào tính quy chuẩn, các công thức thực nghiệm và quy trình an toàn lao động trong phân xưởng hàn.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 5 bài học với tiến trình sư phạm đi từ phương pháp thủ công đến bán tự động và tự động, từ kết cấu bề mặt phẳng đến chi tiết trục tròn xoay:

  1. Bài 1: Hàn đắp mặt phẳng bằng máy hàn hồ quang tay (12 giờ: 3 lý thuyết, 7 thực hành, 2 kiểm tra)

    • Chuẩn bị phôi thép tấm kích thước $150 \times 50 \times 6\text{ mm}$, xử lý bề mặt và gá đặt phôi song song với vị trí ngồi hàn.
    • Sử dụng que hàn xoay chiều J421 (đường kính $\phi3,2\text{ mm}$).
    • Tính toán dòng điện hàn theo công thức thực nghiệm: $I_h = (\beta + \alpha d)d$ (với thép CT3: $\beta = 20, \alpha = 6$).
    • Kỹ thuật mồi hồ quang bằng phương pháp mổ thẳng và phương pháp ma sát; duy trì chiều dài hồ quang $l \approx d_{qh}$ (khoảng 3–4 mm).
    • Kỹ thuật phân bố mối hàn: đường hàn sau chồng lên đường hàn trước $1/3$ chiều rộng ($b/3$), kỹ thuật kết thúc mối hàn bằng phương pháp chấm ngắt để lấp rãnh hồ quang.

  2. Bài 2: Hàn đắp trục bằng máy hàn hồ quang tay (12 giờ: 3 lý thuyết, 9 thực hành)

    • Chuẩn bị phôi thép tròn kích thước $\phi30 \times 150\text{ mm}$, gá đặt trên đồ gá hàn.
    • Bố trí các đường hàn so le và đối xứng nhau qua tâm của trục (theo sơ đồ phân bố thứ tự từ 1 đến 8) nhằm giảm thiểu ứng suất nhiệt và chống biến dạng uốn, xoắn trục.
    • Kỹ thuật nối liền các đường hàn: làm sạch xỉ, gây hồ quang cách điểm nối 20 mm rồi quay lại điền đầy rãnh.

  3. Bài 3: Hàn đắp mặt phẳng bằng máy hàn MIG/MAG (12 giờ: 3 lý thuyết, 9 thực hành)

    • Chuẩn bị bình khí bảo vệ $\text{CO}_2$, bộ đồng hồ điều áp sấy khí, dây hàn và thiết bị cấp dây.
    • Thiết lập bảng chế độ hàn theo đường kính dây ($0,5 - 2,5\text{ mm}$), cường độ dòng điện ($30 - 700\text{ A}$), điện áp hồ quang ($17 - 46\text{ V}$) và tầm với điện cực ($6 - 75\text{ mm}$).
    • Công thức tính toán điện áp hàn theo dòng điện: $E = (0,04 \times I) + 16 \pm 2\text{ [V]}$.
    • Phân tích chuyển động mỏ hàn (đường thẳng, răng cưa, bán nguyệt) và so sánh đặc tính giữa hai phương pháp: hàn phải (độ ngấu sâu, tốc độ thấp) và hàn trái (độ ngấu nông, tốc độ cao, dễ quan sát).

  4. Bài 4: Hàn đắp trục bằng máy hàn MIG/MAG (12 giờ: 3 lý thuyết, 9 thực hành)

    • Vận hành dây hàn MAG đường kính $\phi0,8\text{ mm}$ hoặc $\phi0,9\text{ mm}$ trên phôi thép tròn $\phi30 \times 150\text{ mm}$.
    • Thiết lập thông số lưu lượng khí bảo vệ, tốc độ cấp dây, điện áp và dòng điện lấp rãnh hồ quang (chế độ công tắc ON/OFF).
    • Kiểm soát biến dạng nhiệt và duy trì chiều dày lớp đắp trên bề mặt trục.

  5. Bài 5: Hàn đắp bằng máy hàn TIG (12 giờ: 3 lý thuyết, 7 thực hành, 2 kiểm tra)

    • Chuẩn bị thiết bị hàn TIG, khí bảo vệ Argon, điện cực không nóng chảy Wolfram và que hàn phụ theo tiêu chuẩn ISO/R564 (chiều dài 500–1000 mm, đường kính 1,2–3,2 mm) gồm thép cacbon thấp, thép không gỉ Cr/Cr-Ni, nhôm và đồng.
    • Thiết lập chế độ hàn: dòng điện $100 - 120\text{ A}$, lưu lượng khí Argon $7 - 8\text{ l/phút}$, tốc độ hàn $70 - 80\text{ mm/phút}$.
    • Kỹ thuật mồi hồ quang cách mép $10 - 15\text{ mm}$, nâng dần góc độ mỏ hàn ($70^\circ - 80^\circ$), duy trì khoảng cách điện cực đến phôi từ 3–5 mm, nung chảy kim loại cơ bản trước khi cấp que hàn phụ; vận hành chế độ điều khiển 2T/4T.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp các nguyên lý vật lý và luyện kim trong quá trình hàn đắp:

  • Nguyên lý hồ quang điện: Cơ chế phóng điện trong chất khí, mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa chiều dài cột hồ quang và điện áp, hiện tượng khuếch tán khí $\text{N}_2, \text{O}_2$ gây rỗ khí khi hồ quang quá dài.
  • Nhiệt luyện và ứng suất cơ nhiệt: Quy luật phân bố trường nhiệt, nguyên nhân gây ứng suất tập trung, hiện tượng cong vênh chi tiết khi nung nóng cục bộ và cơ chế giảm ứng suất bằng cách hàn phân đoạn, hàn đối xứng qua trục.
  • Môi trường bảo vệ kim loại lỏng: Cơ chế bảo vệ bằng thuốc bọc que hàn (J421), khí hoạt tính $\text{CO}_2$ và khí trơ Argon; cơ chế tạo xỉ và lắng đọng kim loại đắp.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Vận hành thành thạo máy hàn hồ quang xoay chiều, máy hàn MIG/MAG bán tự động và máy hàn TIG; tính toán thông số chế độ hàn ($I_h, U_h, V_h$, lưu lượng khí); mài góc điện cực Wolfram; thao tác điều khiển mỏ hàn/kìm hàn ở góc độ quy chuẩn ($70^\circ - 80^\circ$).
  • Kỹ năng phân tích và kiểm tra: Đo đạc kích thước lớp đắp bằng thước lá, kiểm tra độ đồng tâm chi tiết trục; nhận diện các khuyết tật hàn qua bảng phân loại nguyên nhân và giải pháp (rỗ khí, rỗ xỉ, gồ sống trâu, khuyết cạnh/cháy chân, lõm bề mặt, lệch đường hàn, nứt nóng và nứt nguội).
  • Kỹ năng sửa nguội và hoàn thiện: Sử dụng búa gõ xỉ, bàn chải sắt, giũa, đục bằng để làm sạch mối hàn và chuẩn bị bề mặt đạt yêu cầu gia công cắt gọt tiếp theo.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo kỹ năng thực hành tích hợp, trong đó lý thuyết đóng vai trò cơ sở để triển khai thực hành trực tiếp tại xưởng:

  • Phương pháp tiếp cận sư phạm: Giảng viên giới thiệu nguyên lý, giải thích công thức tính toán và thị phạm các tư thế ngồi hàn, góc nghiêng kìm hàn/mỏ hàn, phương pháp mồi và ngắt hồ quang. Người học tiến hành luyện tập tuần tự từ việc mồi hồ quang, chạy đường hàn đơn, đến thực hiện hàn đắp nhiều lớp phủ kín bề mặt chi tiết phẳng và chi tiết tròn.
  • Bài tập và thực hành mẫu: Các bài tập thực hành được chuẩn hóa trên các kích thước phôi mẫu cụ thể:
    • Thép tấm phẳng: $150 \times 50 \times 6\text{ mm}$ (Bài 1, Bài 3) và $100 \times 30 \times 4\text{ mm}$ (Bài 5).
    • Thép tròn dạng trục: $\phi30 \times 150\text{ mm}$ (Bài 2, Bài 4) và $\phi20 \times 100\text{ mm}$ (Bài 5).
  • Phương pháp đánh giá: Kết quả học tập được đánh giá qua 4 giờ kiểm tra định kỳ và đánh giá thường xuyên tại xưởng dựa trên các tiêu chí kỹ thuật:
    • Kích thước lớp kim loại đắp (đủ chiều cao, chiều rộng và lượng dư gia công).
    • Mức độ biến dạng của vật hàn (độ cong vênh của tấm, độ đảo của trục).
    • Chất lượng ngoại quan mối hàn: độ ngấu, độ mịn vảy hàn, mức độ bắn tóe, không tồn tại khuyết tật rỗ khí, lẫn xỉ, nứt hay cháy cạnh.
  • Hướng dẫn tự học: Người học cần tra cứu trước các bảng thông số kỹ thuật (dòng hàn, tầm với điện cực, lưu lượng khí), ghi nhớ sơ đồ cấu tạo thiết bị hàn và các bước xử lý sự cố an toàn điện trước mỗi ca thực hành.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tính tổng hợp đa phương pháp: Giáo trình tích hợp cả ba công nghệ hàn đắp thông dụng trong ngành chế tạo cơ khí (SMAW, GMAW/FCAW, GTAW), giúp người học có cái nhìn so sánh trực quan về đặc tính ngấu, tốc độ đắp và phạm vi ứng dụng của từng phương pháp.
  • Chuẩn hóa vật liệu và tiêu chuẩn quốc tế: Tài liệu đưa vào các quy chuẩn vật liệu cụ thể như mác que hàn J421, thép CT3, các loại que hàn phụ theo tiêu chuẩn quốc tế ISO/R564 (cho thép hợp kim, thép không gỉ Cr-Ni, đồng, nhôm) và điện cực Wolfram trong kỹ thuật hàn TIG.
  • Tính gắn kết với thực tế sản xuất cơ khí: Toàn bộ nội dung tập trung xử lý các bài toán kỹ thuật thực tế tại nhà máy: phục hồi kích thước các chi tiết bị hao mòn do ma sát (trục truyền động, bánh răng, bạc lót) và khắc phục sai hỏng của vật đúc (gang, thép, hợp kim màu).
  • Quy trình an toàn phân xưởng chi tiết: Đưa ra các chỉ số an toàn định lượng: duy trì khoảng cách tối thiểu 10 m với khu vực chứa vật liệu dễ cháy nổ; bắt buộc che chắn gió khi làm việc ở nơi có lưu lượng gió trên $2\text{ m/s}$; quy định nối đất vỏ máy, kiểm tra cách điện dây dẫn và quy trình sơ cứu tai nạn điện giật.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên, học sinh: Tài liệu học tập bắt buộc cho học sinh, sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề ngành Hàn (Mô đun 23).
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các mô đun cơ sở về An toàn lao động, Vẽ kỹ thuật cơ khí, Công nghệ kim loại - Vật liệu cơ khí và kỹ năng vận hành các thiết bị hàn hồ quang cơ bản.
  • Giảng viên và giáo viên thực hành: Làm tài liệu chuẩn để lập kế hoạch bài giảng, biên soạn phiếu hướng dẫn thực hành (phiếu công nghệ), chuẩn bị phôi liệu và thiết lập thang đo kiểm tra tay nghề tại các cơ sở giáo dục nghề nghiệp.
  • Kỹ thuật viên và công nhân cơ khí: Làm tài liệu tra cứu các công thức tính chế độ hàn ($I_h, E$), bảng tra thông số hàn MIG/MAG, quy trình lựa chọn que hàn phụ TIG và phương pháp khắc phục khuyết tật mối hàn trong quá trình sửa chữa phục hồi thiết bị tại phân xưởng.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho học sinh, sinh viên hệ Cao đẳng nghề ngành Hàn, đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho thợ hàn cơ khí, kỹ thuật viên phục hồi chi tiết máy và giảng viên giảng dạy ngành Cơ khí chế tạo/Hàn.

2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?

Người học cần nắm vững kiến thức cơ sở về vật liệu học kim loại (đặc tính thép CT3, gang, hợp kim đồng/nhôm), nguyên lý an toàn điện xưởng hàn, kỹ năng đọc bản vẽ cơ khí và kỹ thuật hàn hồ quang cơ bản trước khi tiếp cận kỹ thuật hàn đắp phục hồi.

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

Tài liệu tập trung chuyên sâu vào kỹ thuật hàn đắp (surfacing/hardfacing) nhằm mục đích phục hồi kích thước hình học và bù đắp lượng dư gia công cho chi tiết bị mài mòn, khác với các giáo trình hàn liên kết giáp mối thông thường. Nội dung phân hóa rõ kỹ thuật xử lý bề mặt phẳng và chi tiết trục tròn trên cả 3 loại thiết bị: hồ quang tay, MIG/MAG và TIG.

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

Người học cần kết hợp tính toán chế độ hàn theo công thức lý thuyết ($I_h, E$) với việc tra cứu bảng thông số chuẩn, ghi nhớ sơ đồ bố trí các đường hàn so le đối xứng để hạn chế biến dạng nhiệt và đối chiếu các sản phẩm thực hành với bảng danh mục khuyết tật trong giáo trình để tự điều chỉnh thao tác tay hàn.

5. Có tài liệu bổ trợ nào được tích hợp trong giáo trình?

Giáo trình cung cấp hệ thống bảng tra cứu chế độ hàn bán tự động $\text{CO}_2$, bảng quy chuẩn đường kính dây hàn/tầm với điện cực, bảng tiêu chuẩn que hàn phụ TIG theo ISO/R564, sơ đồ hướng dẫn mồi hồ quang và bảng phân loại nguyên nhân – biện pháp phòng ngừa 6 dạng khuyết tật mối hàn phổ biến.

Kết luận

Giáo trình "Hàn đắp" (Mô đun 23) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và quy trình công nghệ chuẩn mực về phục hồi chi tiết máy bằng phương pháp hàn đắp. Nội dung giáo trình định hình một lộ trình học tập khoa học: đi từ kỹ thuật hàn hồ quang tay truyền thống, qua phương pháp hàn bán tự động MIG/MAG năng suất cao, đến phương pháp hàn TIG chất lượng cao; xử lý tuần tự từ kết cấu mặt phẳng đến các chi tiết trục tròn xoay phức tạp.

Để hoàn thiện kỹ năng, người học cần kết hợp nghiên cứu giáo trình với việc tham khảo các tiêu chuẩn quốc tế liên quan (như ISO/R564 về vật liệu hàn phụ), tài liệu hướng dẫn vận hành thiết bị của các nhà sản xuất máy hàn và các quy chuẩn kỹ thuật an toàn lao động trong phân xưởng cơ khí.