Giáo Trình Mô Đun: Hàn FCAW Cơ Bản (Nghề Hàn - Trình Độ Cao Đẳng)


Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mô đun: Hàn FCAW cơ bản (Mã số mô đun: HAN19MĐ06) là tài liệu đào tạo chuyên môn bắt buộc thuộc Chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ Cao đẳng và Trung cấp, được ban hành kèm theo Quyết định số 196/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Tài liệu do Tổ bộ môn Hàn biên soạn với sự tham gia của các tác giả: An Đình Quân (Chủ biên), Trần Nam An và Nguyễn Công Khai.

Trong khung chương trình đào tạo 98 tín chỉ (tổng thời lượng 2.500 giờ), mô đun HAN19MĐ06 có thời lượng 75 giờ (tương đương 3 tín chỉ), bao gồm 14 giờ lý thuyết, 57 giờ thực hành/thảo luận và 4 giờ kiểm tra. Mô đun được bố trí giảng dạy sau khi sinh viên đã hoàn thành khối kiến thức chung, các môn học cơ sở kỹ thuật và các mô đun thực hành chuyên ngành từ HAN19MĐ01 đến HAN19MĐ05 (Hàn MIG/MAG cơ bản).

Thông số mô đun Dữ liệu quy định
Mã mô đun HAN19MĐ06
Trình độ đào tạo Cao đẳng / Trung cấp nghề Hàn
Thời lượng đào tạo 75 giờ (Lý thuyết: 14h, Thực hành: 57h, Kiểm tra: 4h)
Số lượng bài học 05 bài
Đơn vị ban hành Trường Cao đẳng Dầu khí (25/03/2020)

Về mục tiêu đào tạo, giáo trình trang bị cho người học ba nhóm năng lực chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1): Trình bày nguyên lý làm việc của thiết bị hàn FCAW; giải thích đặc điểm, công dụng của phương pháp hàn hồ quang dây lõi thuốc; nhận biết vật liệu hàn, thuốc hàn, khí bảo vệ; tính toán lựa chọn chế độ hàn tương thích với chiều dày và cơ tính vật liệu.
  • Kỹ năng (B1): Vận hành thiết bị và dụng cụ phụ trợ; thực hiện đường hàn giáp mối và mối hàn góc trên thép cacbon thấp tại các vị trí 1G, 2F, 3F đúng thông số quy trình, kiểm tra đánh giá ngoại dạng mối hàn.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy định an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp phân xưởng, phát triển tác phong làm việc tỉ mỉ, trung thực và kỷ luật.

Cấu trúc giáo trình gồm 5 bài học được sắp xếp theo logic từ nguyên lý thiết bị, công nghệ vật liệu, thao tác vận hành máy đến quy trình thực hành liên kết hàn theo từng vị trí không gian cụ thể. Điểm đặc thù của giáo trình là bám sát tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế (AWS, ASME, TWI) và định hướng ứng dụng trong các công trình công nghiệp dầu khí, cơ khí chế tạo kết cấu nặng.


Nội dung kiến thức cốt lõi

[Bài 1: Cơ sở công nghệ & Vật liệu FCAW]
[Bài 2: Vận hành thiết bị & Thiết lập chế độ hàn]
[Bài 3: Hàn giáp mối thép tấm 1G (250x100x10mm)]
[Bài 4: Hàn liên kết góc vị trí ngang 2F]
[Bài 5: Hàn liên kết góc vị trí đứng 3F]

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình phân bổ dung lượng đào tạo qua 5 bài học chính:

  • Bài 1: Những kiến thức cơ bản về hàn hồ quang dây lõi thuốc (FCAW) (12 giờ): Phân tích nguyên lý hồ quang điện cực nóng chảy có lõi trợ dung; phân loại quá trình hàn dây lõi thuốc có khí bảo vệ ngoại vi (FCAW-G, quy trình 136/137) và dây lõi thuốc tự bảo vệ (FCAW-S, quy trình 114); phân loại hệ thống dây hàn (hệ rutil, bazơ, metal-core); đặc tính khí bảo vệ ($\text{CO}_2$, hỗn hợp $\text{Ar} + \text{CO}_2$, $\text{He}$); nhận diện các dạng khuyết tật hàn (nứt, rỗ khí, kẹt xỉ, không ngấu, bắn tóe) cùng biện pháp an toàn và bảo hộ lao động.
  • Bài 2: Vận hành máy hàn FCAW (3 giờ): Phân tích sơ đồ cấu tạo và nguyên lý nguồn điện hàn đặc tính điện áp không đổi (CV); cơ chế vận hành bộ cấp dây tốc độ không đổi; cấu tạo mỏ hàn làm mát bằng khí/nước; thiết lập chu trình hàn 2T và 4T; các thông số công nghệ (dòng điện, điện thế, vận tốc hàn, lưu lượng khí, góc nghiêng mỏ hàn, tầm với điện cực); 4 phương pháp dao động mỏ hàn (đường thẳng, răng cưa, bán nguyệt, đường tròn/tròn lệch); kỹ thuật bắt đầu, duy trì và kết thúc hồ quang.
  • Bài 3: Hàn giáp mối thép các bon thấp – Vị trí hàn 1G (20 giờ): Quy trình hàn giáp mối thép tấm cacbon thấp kích thước $250 \times 100 \times 10\text{ mm}$, vát mép $30^\circ$, mép cùn $2 \div 2{,}5\text{ mm}$, khe hở đáy $3\text{ mm}$, tạo góc bù biến dạng $3^\circ$; sử dụng dây hàn $\text{E71T-1}\ \varnothing 1{,}2\text{ mm}$, khí $\text{CO}_2$ ($8 \div 12\text{ l/phút}$); phân lớp mối hàn (lớp lót, lớp đầy, lớp phủ); kỹ thuật mài nối que và kiểm tra chất lượng liên kết.
  • Bài 4: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn 2F (20 giờ): Chuẩn bị phôi hàn chữ T; thiết lập chế độ hàn góc nằm ngang (2F); kỹ thuật định vị góc nghiêng mỏ hàn (Work Angle $40^\circ \div 50^\circ$, Travel Angle $2^\circ \div 15^\circ$); thao tác dao động khống chế kim loại lỏng; xử lý khuyết tật rỗ khí, không ngấu và đo kiểm kích thước chân mối hàn góc.
  • Bài 5: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn 3F (20 giờ): Kỹ thuật hàn góc vị trí đứng leo (3F) cho kết cấu chữ T không vát mép; điều chỉnh thông số hạn chế hiện tượng chảy xệ kim loại nóng chảy; kỹ thuật dao động bán nguyệt dừng hai cạnh mép; kiểm tra kích thước mối hàn bằng thước đo chuyên dụng, kiểm soát khuyết tật chảy tràn và bắn tóe.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp hệ thống cơ sở lý thuyết luyện kim hàn và nguyên lý truyền nhiệt:

  1. Cơ chế bảo vệ của lõi thuốc trợ dung: Phân tích phản ứng khử oxi ($\text{FeO} \rightarrow \text{Fe} + \text{CO}$), vai trò tạo xỉ nổi che phủ bề mặt vũng hàn trong quá trình kết tinh, bổ sung nguyên tố hợp kim hóa ($\text{Mn}$, $\text{Si}$) nhằm nâng cao giới hạn chảy, độ bền kéo và độ dai va đập ($a_K$).
  2. Hệ thống phân loại dây hàn theo tiêu chuẩn AWS:
    • Dây hàn dùng khí bảo vệ: $\text{T-1}$ (hệ xỉ rutil $\text{TiO}_2$, hồ quang dịch chuyển tia, xỉ mỏng); $\text{T-2}$ (tăng cường hàm lượng $\text{Mn}$, $\text{Si}$, hàn một lượt cho thép gỉ); $\text{T-5}$ (hệ xỉ bazơ, dịch chuyển giọt lớn, cơ tính mối hàn cao).
    • Dây hàn tự bảo vệ: $\text{T-3}$, $\text{T-4}$, $\text{T-6}$, $\text{T-7}$, $\text{T-8}$, $\text{T-10}$, $\text{T-11}$, $\text{T-G}$, $\text{T-GS}$ (phục vụ hàn ngoài hiện trường, tầm với điện cực $19 \div 95\text{ mm}$, sử dụng cực tính DCEP hoặc DCEN).
  3. Hóa học khí bảo vệ: So sánh chiều sâu ngấu của $100%\ \text{CO}_2$ (độ tinh khiết $\ge 99{,}5%$, lượng hơi nước $\le 0{,}18\text{ g/m}^3$) với hỗn hợp $75%\ \text{Ar} + 25%\ \text{CO}_2$ và $\text{Argon/Helium}$ tinh khiết.
  4. Cơ chế hình thành khuyết tật: Nguồn gốc của nứt nóng ($> 1000^\circ\text{C}$), nứt nguội ($< 1000^\circ\text{C}$); hiện tượng rỗ khí do ẩm hoặc thừa nitơ/hydro; khuyết tật kẹt xỉ do nhiệt lượng không đủ hoặc dao động mỏ hàn sai kỹ thuật; hiện tượng quá nhiệt làm thô đại kích thước hạt kim loại.

Kỹ năng phát triển

Người học được rèn luyện các kỹ năng thao tác kỹ thuật chuẩn mực:

  • Kỹ năng thiết bị: Tháo lắp cuộn dây hàn, căn chỉnh bánh xe cấp dây có khía rãnh ngang, thay thế bép dẫn điện (contact tip) bằng đồng hợp kim, lắp đặt van giảm áp lưu kế phao, kết nối súng hàn làm mát bằng nước cho dòng điện $> 250\text{ A}$.
  • Kỹ năng điều khiển thông số: Căn chỉnh cường độ dòng điện ($100 \div 250\text{ A}$), điện áp hồ quang, tốc độ cấp dây, lưu lượng khí ($8 \div 12\text{ l/phút}$), tầm với điện cực ($10 \div 25\text{ mm}$), góc dịch chuyển ($2^\circ \div 15^\circ$) và góc làm việc ($40^\circ \div 50^\circ$).
  • Kỹ năng thực hành đường hàn: Thao tác các kiểu dao động mỏ hàn hình đường thẳng (hàn lót), răng cưa, bán nguyệt và vòng tròn lệch; kỹ thuật mài vát điểm dừng $3\text{ mm}$ và nối hồ quang cách điểm dừng $10 \div 15\text{ mm}$.
  • Kỹ năng kiểm tra và sửa chữa: Sử dụng dưỡng đo kiểm tra kích thước mối hàn góc, thước kiểm mối hàn giáp mối; kỹ thuật khoan chặn hai đầu vết nứt và đục tẩy khuyết tật trước khi hàn sửa chữa.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích cực kết hợp giữa thuyết trình lý thuyết và rèn luyện kỹ năng thực hành trực tiếp tại xưởng:

  • Phương pháp giảng dạy: Giảng viên sử dụng bài giảng đa phương tiện (máy chiếu, mô hình thiết bị cắt bổ), thuyết trình ngắn gọn kết hợp đặt câu hỏi định hướng, làm mẫu thao tác hàn mẫu (demonstration) và hướng dẫn uốn nắn thường xuyên từng thao tác của học viên tại vị trí bàn hàn.
  • Tổ chức học tập thực hành: Áp dụng phương thức tổ chức nhóm nhỏ (mỗi nhóm gồm 2 người học sử dụng chung 01 trạm hàn FCAW đồng bộ). Sinh viên thực hiện luân phiên: một người trực tiếp thao tác thực hành, người còn lại theo dõi, ghi chép thông số kỹ thuật, quan sát hình thái hồ quang và rút kinh nghiệm.
  • Quy định chuyên cần: Người học phải tham gia tối thiểu $70%$ thời lượng lý thuyết; nếu vắng $> 30%$ thời lượng lý thuyết hoặc vắng $> 1%$ số tiết thực hành thì không đủ điều kiện dự thi và phải học lại toàn bộ mô đun.
  • Cơ chế đánh giá kết quả: Tuân thủ Quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/03/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:
    • Điểm quá trình ($40%$ tổng điểm môn học): Gồm 01 bài kiểm tra thường xuyên (thực hành sau 35 giờ) và 01 bài kiểm tra định kỳ (thực hành sau 145 giờ của chuỗi học phần liên quan).
    • Điểm thi kết thúc mô đun ($60%$ tổng điểm môn học): Bài thi thực hành độc lập sau 75 giờ đào tạo, đánh giá tổng hợp các chuẩn đầu ra A1–A4, B1–B2.
    • Điểm chấm theo thang điểm 10 (làm tròn một chữ số thập phân) và quy đổi sang thang điểm 4/điểm chữ theo hệ thống tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình tập trung phân tích các cải tiến kỹ thuật và giá trị ứng dụng thực tế của công nghệ hàn FCAW so với các quy trình hàn truyền thống:

  1. Hiệu suất công nghệ so với hàn hồ quang tay (SMAW - Quá trình 111): Khắc phục thời gian dừng do chiều dài que hàn có hạn, loại bỏ tổn thất đầu mẩu que hàn, nâng cao hệ số đắp và tốc độ hàn (đạt $40 \div 50\text{ m/giờ}$), giảm đến $30%$ thể tích kim loại đắp nhờ khả năng hàn ngấu sâu ở góc vát nhỏ.
  2. Ưu điểm kinh tế so với hàn MIG/MAG dây đặc (GMAW - Quá trình 131/135): Tiết kiệm lưu lượng khí bảo vệ $\text{CO}_2$ (chỉ tiêu thụ $8 \div 12\text{ l/phút}$ so với $17\text{ l/phút}$ của dây đặc), mức độ bắn tóe thấp hơn nhờ các chất ổn định hồ quang trong lõi trợ dung, lớp xỉ bảo vệ mỏng dễ tách xỉ giúp bề mặt mối hàn sáng bóng.
  3. Tích hợp công nghệ dây hàn tự bảo vệ (FCAW-S - Quá trình 114): Cho phép thi công kết cấu ngoài trời mà không cần bình khí bảo vệ hay van giảm áp cồng kềnh, giảm thiểu tác động của gió lùa tại công trường xây dựng và dàn khoan biển.
  4. Gắn liền thực tiễn ngành Dầu khí và Công nghiệp nặng: Cung cấp tài liệu đào tạo cho các dự án kết cấu giàn khoan ngoài khơi, đường ống dẫn dầu khí, bồn bể chứa khí hóa lỏng, dầm thép chữ I nhà cao tầng, hàn đắp má nghiền, chuông nạp liệu lò cao và gầm toa xe lửa.
  5. Tiếp cận quy chuẩn quốc tế: Nội dung kiểm soát chất lượng và quy trình kiểm tra tham chiếu các tiêu chuẩn hàn kết cấu AWS D1.1 (American Welding Society), tiêu chuẩn kiểm định cơ khí ASME Section IX, hướng dẫn của TWI (The Welding Institute) và các tổ chức đăng kiểm hàng hải quốc tế (ABS, LR, DNV, BV).

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được thiết kế chuyên biệt phục vụ các đối tượng trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và sản xuất công nghiệp:

  • Sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Hàn: Sử dụng làm tài liệu học tập bắt buộc cho mô đun HAN19MĐ06 trong học kỳ chuyên ngành.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học chung, các môn học cơ sở kỹ thuật gồm:
    • CK19MH01: Vẽ kỹ thuật 1
    • CK19MH04: Vật liệu cơ khí
    • CK19MH05: Dung sai
    • ATMT19MH01: An toàn – vệ sinh lao động
    • Khối mô đun thực hành bắt buộc: Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01), Gá lắp kết cấu hàn (HAN19MĐ02), Hàn hồ quang tay cơ bản & nâng cao (HAN19MĐ03, HAN19MĐ04), Hàn MIG/MAG cơ bản (HAN19MĐ05).
  • Giảng viên chuyên ngành cơ khí hàn: Sử dụng làm căn cứ biên soạn giáo án tích hợp, thiết kế phiếu hướng dẫn thực hành xưởng, lập tiêu chí đánh giá kỹ năng tay nghề và xây dựng đề thi kết thúc mô đun.
  • Kỹ thuật viên, thợ hàn tại các doanh nghiệp cơ khí - dầu khí: Sử dụng làm tài liệu tham khảo tra cứu quy trình hàn, bảng lựa chọn chế độ hàn, thông số góc nghiêng mỏ hàn và phương pháp khắc phục khuyết tật mối hàn theo tiêu chuẩn AWS/ASME.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ sinh viên đào tạo nghề Hàn ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp, đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho thợ hàn, giám sát hàn và kỹ thuật viên cơ khí chế tạo làm việc trong lĩnh vực dầu khí, đóng tàu và kết cấu thép.

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

Sinh viên bắt buộc phải hoàn thành các môn học cơ sở gồm Vẽ kỹ thuật 1, Vật liệu cơ khí, Dung sai, An toàn lao động cùng các mô đun thực hành tiền đề: Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01), Gá lắp kết cấu hàn (HAN19MĐ02), Hàn hồ quang tay (HAN19MĐ03, HAN19MĐ04) và Hàn MIG/MAG cơ bản (HAN19MĐ05).

3. Điểm khác biệt của hàn FCAW so với MIG/MAG và que hàn tay trong giáo trình là gì?

FCAW sử dụng dây hàn dạng ống rỗng chứa bột thuốc trợ dung bên trong. So với hàn hồ quang tay (SMAW), FCAW cho năng suất đắp cao gấp 4–5 lần, tốc độ hàn nhanh ($40 \div 50\text{ m/h}$). So với MIG/MAG dây đặc, FCAW ít bắn tóe hơn, ngấu sâu hơn, tiết kiệm lưu lượng khí bảo vệ ($8 \div 12\text{ l/ph}$) và có nhánh dây tự bảo vệ (FCAW-S) không cần sử dụng khí bảo vệ ngoài.

4. Quy định đánh giá và tự học mô đun được tổ chức như thế nào?

Mô đun thực hiện đào tạo theo tín chỉ (TT 09/2017/TT-BLĐTBXH). Điểm tổng kết gồm Điểm quá trình ($40%$, kiểm tra lý thuyết và thực hành sau 35 giờ) và Điểm thi kết thúc mô đun ($60%$, thực hành sau 75 giờ). Người học bắt buộc tham gia $\ge 70%$ giờ lý thuyết và $\ge 99%$ giờ thực hành (vắng $> 1%$ thực hành phải học lại). Thực hành triển khai theo nhóm 2 người/máy.

5. Giáo trình có những tài liệu tham khảo và tiêu chuẩn bổ trợ nào?

Tài liệu được xây dựng dựa trên các tài liệu chuyên ngành tiêu chuẩn gồm: Giáo trình công nghệ hàn (Nguyễn Thúc Hà, Bùi Văn Hạnh), Công nghệ hàn điện nóng chảy (Ngô Lê Thông), The Procedure Handbook of Arc Welding (Lincoln Electric), cùng các tiêu chuẩn quốc tế: ASME Section IX, AWS D1.1 và tài liệu kiểm định mối hàn của TWI.


Kết luận

Giáo trình Mô đun: Hàn FCAW cơ bản (HAN19MĐ06) của Trường Cao đẳng Dầu khí chuẩn hóa toàn diện hệ thống lý thuyết về công nghệ hàn hồ quang dây lõi thuốc và quy trình rèn luyện kỹ năng thực hành các liên kết cơ bản (1G, 2F, 3F). Tài liệu đóng vai trò bản lề giúp người học chuyển tiếp vững chắc sang các học phần nâng cao: Hàn TIG cơ bản (HAN19MĐ07), Hàn FCAW nâng cao (HAN19MĐ11), Hàn ống (HAN19MĐ13), Quy trình hàn (HAN19MH01) và Kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế (HAN19MH02). Hệ thống kiến thức chuẩn xác kết hợp chặt chẽ với các bộ tiêu chuẩn AWS, ASME và TWI tạo tiền đề kỹ thuật vững vàng cho sinh viên đáp ứng các kỳ đánh giá cấp chứng chỉ thợ hàn quốc tế.