GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: HÀN FCAW CƠ BẢN (MÃ SỐ: MECW53167)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hàn FCAW cơ bản (Mã số mô đun: MECW53167) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề bắt buộc thuộc Chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ Cao đẳng và Trung cấp, được ban hành theo Quyết định số 214/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Bà Rịa - Vũng Tàu). Giáo trình 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, dựa trên khung chương trình đào tạo nghề Hàn ban hành năm 2021.

Trong tiến trình đào tạo, mô đun MECW53167 có thời lượng 75 giờ (3 tín chỉ), được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành khối kiến thức chung và các mô đun kỹ thuật cơ sở, chuyên môn nghề tiên quyết từ MECW52162 đến MECW52166 (bao gồm Chế tạo phôi hàn, Gá lắp kết cấu hàn, Hàn hồ quang tay cơ bản/nâng cao, Hàn MIG/MAG cơ bản).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình được xác định cụ thể theo 3 chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức (A1): Trình bày chính xác nguyên lý làm việc của thiết bị hàn FCAW; giải thích rõ đặc điểm, công dụng của phương pháp; nhận biết hệ thống vật liệu (dây hàn, khí bảo vệ); thiết lập chế độ hàn tương thích với tính chất và chiều dày phôi thép.
  • Về kỹ năng (B1): Vận hành thành thạo thiết bị, dụng cụ hàn FCAW; thực hiện các đường hàn giáp mối và hàn liên kết góc trên thép cacbon thấp ở các vị trí 1G, 2F, 3F đúng yêu cầu kỹ thuật; kiểm tra và đánh giá khuyết tật mối hàn.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ tuyệt đối quy chuẩn an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp phân xưởng, rèn luyện tác phong kỷ luật và tinh thần trách nhiệm nghề nghiệp.

Cấu trúc giáo trình gồm 5 bài học tích hợp chặt chẽ giữa 14 giờ lý thuyết và 57 giờ thực hành. Điểm đặc thù của tài liệu là định hướng đào tạo gắn kết với tiêu chuẩn đánh giá tay nghề quốc tế (AWS, IIW, ASME Section IX, DNV, ABS, LR, BV), trực tiếp phục vụ nhu cầu nhân lực kỹ thuật cao trong lĩnh vực dầu khí, đóng tàu và kết cấu cơ khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ qua 5 bài học với trình tự logic từ lý thuyết cơ sở, vận hành máy đến các kỹ thuật hàn liên kết thực tế:

[Bài 1: Kiến thức cơ bản FCAW] (12 giờ)
                ↓
[Bài 2: Vận hành máy hàn FCAW] (3 giờ)
                ↓
[Bài 3: Hàn giáp mối 1G] (20 giờ)
                ↓
[Bài 4: Hàn liên kết góc 2F] (20 giờ)
                ↓
[Bài 5: Hàn liên kết góc 3F] (20 giờ)

  • Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn FCAW (12 giờ - 11 LT, 1 KT): Trình bày bản chất công nghệ hàn hồ quang dây lõi thuốc (Flux-Cored Arc Welding - sự cải tiến từ quy trình MAG/CO2). Phân tích hai nhánh công nghệ: hàn dây lõi thuốc có khí bảo vệ (CO2, hỗn hợp 75% Ar + 25% CO2) và hàn dây lõi thuốc tự bảo vệ. Phân loại cấu tạo dây hàn (dạng cuộn rãnh chữ U ép chặt hoặc ống kín Oerlikon) cùng các hệ thuốc lõi: Rutile, Basic, Metal-cored và các mác tiêu chuẩn từ T-1 đến T-11, T-G, T-GS. Giới thiệu chức năng khí bảo vệ (CO2 độ tinh khiết $\ge 99,5%$, độ ẩm $\le 0,18 \text{ g/m}^3$, Argon, Helium). Tổng hợp hệ thống thiết bị, súng hàn làm mát bằng khí/nước, ống dẫn teflon, van giảm áp lưu kế phao. Nhận diện các khuyết tật điển hình: nứt nóng ($> 1000^\circ\text{C}$), nứt nguội ($< 1000^\circ\text{C}$), rỗ khí, lẫn xỉ, không ngấu, cháy cạnh, quá nhiệt, bắn tóe; cùng các quy tắc an toàn bức xạ hồ quang, thông gió chống độc khí CO2 và phòng ngừa điện giật.

  • Bài 2: Vận hành máy hàn FCAW (3 giờ - 1 LT, 2 TH): Cung cấp sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nguồn hàn đặc tính điện áp không đổi (CV - Constant Voltage, dòng 400–500A, chu kỳ tải 100%). Hướng dẫn quy trình đấu nối nguồn 380V, điều chỉnh cơ cấu đẩy dây với bánh xe khía rãnh ngang, cài đặt chế độ cò súng chu kỳ 2T và 4T. Thiết lập các thông số công nghệ: dòng điện ($I_h$), điện áp ($U_h$), tầm với điện cực (10–25 mm với khí bảo vệ; 15–30 mm với dây tự bảo vệ), lưu lượng khí bảo vệ (8–12 lít/phút). Hướng dẫn góc nghiêng mỏ hàn (travel angle, work angle) và 4 phương pháp dao động mỏ hàn: đường thẳng, răng cưa, bán nguyệt, đường tròn/tròn lệch; kỹ thuật gây, duy trì khoảng cách hồ quang 2–3 mm và kết thúc lấp đầy hố co.

  • Bài 3: Hàn giáp mối thép các bon thấp - Vị trí hàn (1G) (20 giờ - 1 LT, 19 TH): Quy trình gia công chuẩn bị 2 tấm phôi thép cacbon thấp kích thước $250 \times 100 \times 10 \text{ mm}$, vát mép góc $30^\circ$, mép cùn $2\text{--}2,5 \text{ mm}$, khe hở đáy $3 \text{ mm}$, tạo góc bù biến dạng ngược $3^\circ$. Xác lập thông số: dây hàn ER71T-1 đường kính $\varnothing 1,2 \text{ mm}$, dòng hàn 100–250A, khí CO2 lưu lượng 12 lít/phút. Kỹ thuật hàn nhiều lớp: hàn lớp lót (root pass, dòng 100–120A, mài vát điểm nối que bằng đá mài 3 mm), lớp điền đầy (filler pass) và lớp phủ bề mặt (cap pass); kỹ thuật đo kiểm kích thước và đánh giá chất lượng ngoại dạng mối hàn.

  • Bài 4: Hàn liên kết góc thép các bon thấp - Vị trí hàn (2F) (20 giờ - 1 LT, 18 TH, 1 KT): Chuẩn bị phôi hàn góc chữ T, kỹ thuật gá đính mép hàn cố định. Xác định góc nghiêng mỏ hàn: góc làm việc $WA = 40^\circ\text{--}50^\circ$, góc nghiêng dọc $TA = 20^\circ\text{--}15^\circ$. Kỹ thuật thao tác đường hàn góc nằm ngang 2F, điều khiển kích thước chân mối hàn, các biện pháp ngăn ngừa khuyết tật rỗ khí và hàn không ngấu góc liên kết.

  • Bài 5: Hàn liên kết góc thép các bon thấp - Vị trí hàn (3F) (20 giờ - 1 LT, 18 TH, 1 KT): Chuẩn bị phôi liên kết góc chữ T không vát mép ở vị trí đứng. Kỹ thuật hàn leo từ dưới lên (vertical-up) với góc nghiêng $TA = 5^\circ\text{--}10^\circ$, áp dụng chuyển động mỏ hàn hình bán nguyệt hoặc răng cưa có thời gian dừng tại hai cạnh mối hàn để chống hiện tượng chảy xệ kim loại lỏng; quy trình kiểm tra và xử lý khuyết tật bắn tóe, không ngấu mép.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  1. Lý thuyết luyện kim và cơ chế bảo vệ vùng hàn: Giáo trình phân tích sâu phản ứng hóa học trong vũng hàn khi phân hủy chất trợ dung và khí bảo vệ. Đối với bảo vệ bằng CO2, phản ứng phân ly $2\text{CO}_2 \leftrightarrow 2\text{CO} + \text{O}_2$ đòi hỏi dây hàn phải bổ sung các nguyên tố khử oxy như Silic (Si) và Mangan (Mn) ($FeO + C \leftrightarrow Fe + CO$). Đồng thời, lớp xỉ nóng chảy nổi lên bề mặt làm nhiệm vụ bảo vệ kim loại lỏng kết tinh, giảm thiểu tiếp xúc với nitơ và oxy trong không khí.

  2. Nguyên lý điện hồ quang và đặc tính thiết bị: Giáo trình xây dựng cơ sở lý thuyết về nguồn điện đặc tính V-A dạng điện áp không đổi (CV), kết hợp động cơ cấp dây tốc độ không đổi để tạo cơ chế tự điều chỉnh chiều dài hồ quang. Làm rõ quy luật: khi tăng chiều dài phần nhô điện cực (tầm với), nhiệt lượng nung nóng đoạn dây tăng do hiệu ứng Joule-Lenz, làm giảm cường độ dòng hàn thực tế nạp vào vũng hàn.

  3. Bản chất hình thành khuyết tật kim loại hàn: Phân loại và chỉ rõ nguồn gốc cơ học - nhiệt động học của khuyết tật: ứng suất dư và tốc độ nguội gây nứt; độ ẩm và chất bẩn gây rỗ khí hidro/cacbon monoxit; dòng điện không đủ hoặc gá mép sai quy cách dẫn đến kẹt xỉ và hàn không ngấu.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật và vận hành (Technical skills): Thao tác chuẩn xác việc đấu nối máy hàn, lắp đặt cuộn dây, luồn dây qua ống dẫn teflon, căn chỉnh lực ép bánh xe đẩy có khía rãnh ngang, thay thế bép tiếp điện (contact tube), lắp đặt van giảm áp lưu kế phao và sấy nóng khí CO2.
  • Kỹ năng phân tích công nghệ (Analytical skills): Khả năng giải đoán bản vẽ kỹ thuật hàn, lựa chọn chủng loại dây hàn (Rutile/Basic/Metal cored) và thành phần khí bảo vệ (CO2 nguyên chất hoặc hỗn hợp Ar-CO2) thích ứng với tư thế hàn và điều kiện môi trường; tính toán thiết lập chế độ dòng điện, điện áp và lưu lượng khí.
  • Kỹ năng thực hành tay nghề (Practical competencies): Khống chế vũng chảy bằng các kỹ thuật dao động mỏ hàn (thẳng, răng cưa, bán nguyệt, vòng tròn); kỹ năng mồi, duy trì khoảng cách hồ quang 2–3 mm; thao tác mài nối mối hàn lót và thực hiện hoàn chỉnh đường hàn giáp mối 1G nhiều lớp cũng như mối hàn góc chữ T ở các vị trí 2F, 3F đạt quy chuẩn kiểm tra ngoại quan.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình sư phạm tích hợp theo phương pháp dạy học tích cực trong giáo dục nghề nghiệp:

[Giảng viên]                                      [Sinh viên]

  • Tổ chức thực hành xưởng: Sinh viên được tổ chức thực hành theo nhóm nhỏ với định mức 02 người học / 01 máy hàn FCAW. Mô hình này tối ưu hóa thời gian thao tác: một người trực tiếp hàn theo bài tập quy định, người còn lại hỗ trợ theo dõi thông số, quan sát góc nghiêng mỏ hàn, ghi chép lỗi khuyết tật và luân phiên thay đổi vị trí rèn luyện kỹ năng.

  • Cơ sở vật chất phục vụ đào tạo:

    • Phòng học lý thuyết: Máy tính, máy chiếu (projector), bảng viết.
    • Xưởng thực hành: Máy hàn MIG/MAG-FCAW chuyên dụng (dòng 400–500A), máy cắt phôi, máy mài cầm tay, máy mài trụ, búa gõ xỉ, bàn chải sắt, bàn gá hàn, mặt nạ hàn, kính bảo hộ, hệ thống hút khói cục bộ, bình khí CO2 và phôi thép tấm cacbon thấp.

  • Quy chế và thang điểm đánh giá: Quy trình đánh giá tuân thủ theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH ngày 13/03/2017 của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội:

    • Điểm đánh giá thường xuyên (Hệ số 1) & Điểm định kỳ (Hệ số 2): Chiếm tỷ trọng 40%.
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Thực hành toàn diện): Chiếm tỷ trọng 60%.
    • Điểm thành phần và tổng kết chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy định đào tạo tín chỉ.
    • Mốc kiểm tra cụ thể: Kiểm tra thường xuyên 01 bài sau 35 giờ học (đánh giá chuẩn A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2); kiểm tra định kỳ sau 145 giờ (theo tiến trình chung); thi kết thúc mô đun sau 75 giờ (đánh giá tổng hợp A1–A4, B1, B2).

  • Quy định chuyên cần và tự học:

    • Người học bắt buộc tham dự 100% thời lượng thực hành; nếu vắng $> 1%$ số tiết thực hành phải học lại mô đun.
    • Tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết; vắng $> 31%$ thời lượng lý thuyết không được dự thi và phải học lại.
    • Chủ động nghiên cứu giáo trình và phiếu hướng dẫn công nghệ trước khi vào xưởng; tự giác thực hiện vệ sinh công nghiệp và ngắt nguồn điện, khóa van khí sau ca thực hành.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cập nhật chương trình đào tạo chính quy: Giáo trình ban hành năm 2022 được cập nhật hoàn toàn dựa trên khung Chương trình đào tạo nghề Hàn mới của Trường Cao đẳng Dầu khí (năm 2021), thay thế các tài liệu giảng dạy cũ để đáp ứng quy định đào tạo giáo dục nghề nghiệp theo hệ thống tín chỉ.

  • Tích hợp các tiêu chuẩn công nghiệp quốc tế: Nội dung công nghệ và yêu cầu đánh giá chất lượng liên kết hàn được biên soạn đối chiếu trực tiếp với hệ thống tiêu chuẩn quốc tế hiện hành trong ngành cơ khí và dầu khí:

    • AWS D1.1 (2008): Structural Welding Code - Steel của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ.
    • ASME Section IX (2007): Welding and Brazing Qualifications của Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ.
    • Tiêu chuẩn quy trình và giám định hàn từ các tổ chức đăng kiểm và kiểm định quốc tế: IIW (Viện Hàn Quốc tế), TWI (The Welding Institute - Welding Inspection), ABS, LR, DNV, BV.
Tiêu chuẩn / Tổ chức Phạm vi tham chiếu trong giáo trình
AWS D1.1 Yêu cầu kỹ thuật hàn kết cấu thép, quy cách mối hàn 1G, 2F, 3F
ASME Section IX Quy trình hàn, đánh giá năng lực thợ hàn và quy cách kiểm tra
TWI Tiêu chuẩn phát hiện, phân loại và sửa chữa khuyết tật mối hàn
ABS, DNV, LR, BV Tiêu chuẩn chất lượng cho kết cấu ngoài khơi, bồn bể và đóng tàu

  • Phân định rõ ứng dụng thực tiễn của công nghệ FCAW: Giáo trình làm rõ sự khác biệt giữa hai phương thức:

    1. Hàn dây có khí bảo vệ (FCAW-G): Sử dụng khí CO2 hoặc $75% \text{Ar} + 25% \text{CO}_2$, ngấu sâu, mối hàn sạch, cơ tính cao, thích hợp gia công chế tạo kết cấu dầm chữ I, bồn bể chứa khí hóa lỏng trong phân xưởng.
    2. Hàn dây tự bảo vệ (FCAW-S): Cơ chế tự tạo xỉ và khí bao phủ vũng hàn, chống chịu gió lùa, tầm với điện cực dài (15–30 mm), thích hợp phục vụ thi công lắp ráp giàn khoan ngoài khơi, kết cấu thép nhà cao tầng và công trình ngoài hiện trường.

  • Nguồn tài liệu tham khảo đồng bộ: Nội dung giáo trình là sự kết hợp chặt chẽ giữa các giáo trình nền tảng trong nước (Giáo trình Công nghệ hàn của Nguyễn Thúc Hà - Bùi Văn Hạnh, NXBGD 2002; Công nghệ hàn điện nóng chảy của Ngô Lê Thông, NXBGD 2004) và các cẩm nang quốc tế kinh điển (The Procedure Handbook of Arc Welding của Lincoln Electric; Welding Science & Technology của AWS).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và học viên: Tài liệu được thiết kế trực tiếp cho sinh viên hệ Cao đẳng và học viên hệ Trung cấp theo học nghề Hàn, ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo thiết bị và Xây lắp công trình dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Trước khi học mô đun MECW53167, người học bắt buộc phải hoàn thành:
    • Khối kiến thức cơ sở: An toàn vệ sinh lao động (SAEN52001), Dung sai (MECM53001), Vật liệu cơ khí (MECM53002), Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055).
    • Khối kỹ năng nghề cơ sở: Chế tạo phôi hàn (MECW52162), Gá lắp kết cấu hàn (MECW52163), Hàn hồ quang tay cơ bản (MECW56164), Hàn hồ quang tay nâng cao (MECW55165), Hàn MIG/MAG cơ bản (MECW54166).
  • Giảng viên chuyên ngành: Tài liệu là căn cứ chuẩn mực để xây dựng đề cương bài giảng, kế hoạch giảng dạy tích hợp, biên soạn phiếu học tập, phiếu hướng dẫn quy trình công nghệ và thiết lập barem chấm thi kỹ năng thực hành tại xưởng.
  • Kỹ thuật viên và thợ hàn công nghiệp: Tài liệu có giá trị tham khảo kỹ thuật cao cho công nhân hàn tại các nhà xưởng cơ khí, công trường lắp máy và xí nghiệp xây lắp dầu khí có nhu cầu tự học, ôn luyện nâng bậc thợ hoặc chuẩn bị thi cấp chứng chỉ thợ hàn quốc tế theo tiêu chuẩn AWS/ASME.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được thiết kế đào tạo cho những đối tượng cụ thể nào?

Giáo trình là tài liệu đào tạo chính quy cho sinh viên trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Hàn, đồng thời phục vụ đào tạo nâng cao tay nghề cho kỹ thuật viên cơ khí kết cấu.

2. Người học cần có kiến thức nền tảng nào trước khi tiếp cận mô đun Hàn FCAW cơ bản?

Người học phải nắm vững kiến thức vật liệu kim loại, đọc bản vẽ cơ khí, quy định an toàn điện - khí nén và đã hoàn thành các kỹ năng hàn hồ quang tay (SMAW) và hàn MIG/MAG cơ bản (GMAW).

3. Phương pháp hàn FCAW trong giáo trình có gì khác biệt so với hàn MAG dây đặc?

FCAW sử dụng dây hàn dạng ống chứa bột thuốc trợ dung bên trong. Thuốc hàn cung cấp chất khử oxy, tạo xỉ bao phủ bảo vệ vũng kết tinh, tăng độ ổn định hồ quang, tăng hệ số đắp và cho phép hàn ngoài hiện trường bằng dây tự bảo vệ mà không bị ảnh hưởng bởi gió lùa như hàn MAG dây đặc.

   [Hàn MAG dây đặc]                         [Hàn FCAW lõi thuốc]
- Dây điện cực đặc                       - Dây dạng ống chứa bột thuốc
- Bắt buộc dùng khí cấp ngoài            - Có dòng tự bảo vệ hoặc dùng khí
- Nhạy cảm với gió lùa                   - Chống gió lùa tốt (loại tự bảo vệ)
- Năng suất đắp trung bình               - Năng suất đắp & chiều sâu ngấu cao

4. Làm thế nào để học tập và rèn luyện kỹ năng thực hành đạt kết quả tốt nhất?

Cần chuẩn bị bài trước khi đến lớp, tuân thủ đúng tỷ lệ ghép cặp thực hành (2 người/máy), kiểm soát chuẩn xác các thông số công nghệ (dòng điện, điện áp, góc nghiêng $TA/WA$, tầm với điện cực) và chủ động kiểm tra ngoại dạng để sửa chữa khuyết tật ngay sau mỗi bài hàn.

5. Giáo trình có các tài liệu bổ trợ và tiêu chuẩn tham chiếu nào đi kèm?

Giáo trình đi kèm hệ thống phiếu hướng dẫn thực hành và tham chiếu các tài liệu: Tiêu chuẩn AWS D1.1, ASME Section IX, giáo trình công nghệ hàn của NXB Giáo dục và tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của The Lincoln Electric Company, The Welding Institute (TWI).

Kết luận

Giáo trình mô đun Hàn FCAW cơ bản (MECW53167) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu kỹ thuật hoàn chỉnh, cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về nguyên lý thiết bị, vật liệu thuốc hàn, khí bảo vệ và quy trình thực hành hàn liên kết thép cacbon thấp ở các tư thế 1G, 2F, 3F.

Trong tiến trình đào tạo nghề Hàn, mô đun này là nền tảng kỹ thuật bắt buộc để người học chuyển tiếp sang các học phần chuyên sâu tiếp theo trong chương trình khung, bao gồm:

  • Hàn FCAW nâng cao (MECW63172)
  • Hàn ống (MECW66174)
  • Quy trình hàn (MECW64075)
  • Kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế (MECW65076)

Để hoàn thiện năng lực nghề nghiệp, người học được khuyến nghị kết hợp nghiên cứu giáo trình cùng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật AWS D1.1, ASME Section IX và các tài liệu chuyên ngành của Viện Hàn Quốc tế (IIW).