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 thuộc Chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ Trung cấp và Cao đẳng, được ban hành theo Quyết định số 214/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Giáo trình do tập thể giảng viên Tổ bộ môn Hàn biên soạn, gồm ông An Đình Quân (Chủ biên), ông Trần Nam An và ông Nguyễn Công Khai, dựa trên khung chương trình đào tạo nghề Hàn ban hành năm 2021.

Trong tiến trình đào tạo toàn khóa gồm 57 tín chỉ (tổng thời lượng 1.440 giờ), mô đun MECW53167 có khối lượng 3 tín chỉ với tổng thời lượng 75 giờ (bao gồm 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thí nghiệm/thảo luận và 3 giờ kiểm tra). Về vị trí đào tạo, mô đun được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học chung bắt buộc và khối môn học chuyên môn cơ sở (MECM53002 Vật liệu cơ khí, MECM52003 Vẽ kỹ thuật 1, ELEI53055 Điện kỹ thuật cơ bản, PETR52001 Hóa đại cương), cùng các mô đun kỹ thuật nghề tiên quyết từ mã MECW52162 đến MECW52166 (Chế tạo phôi hàn, Gá lắp kết cấu hàn, Hàn hồ quang tay cơ bản/nâng cao và Hàn MIG/MAG cơ bản).

Mục tiêu học tập của giáo trình xác định theo ba chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức (A1–A4): Trình bày nguyên lý làm việc của thiết bị hàn FCAW; giải thích đặc điểm, phạm vi ứng dụng của phương pháp; nhận biết quy chuẩn các loại vật liệu (dây hàn lõi thuốc, khí bảo vệ CO2, hỗn hợp Ar-CO2); lựa chọn chính xác chế độ hàn phù hợp với chiều dày và tính chất kim loại cơ bản.
  • Về kỹ năng (B1–B3): Vận hành thành thạo thiết bị và dụng cụ hàn FCAW; thực hiện các mối hàn giáp mối và mối hàn liên kết góc trên thép carbon thấp ở các vị trí không gian 1G, 2F, 3F bảo đảm yêu cầu kỹ thuật; kiểm tra, đánh giá và sửa chữa khuyết tật ngoại dạng mối hàn.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C3): Tuân thủ quy chuẩn an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp trong phân xưởng; rèn luyện tác phong kỷ luật, tính cẩn thận và độ chính xác kỹ thuật.

Cấu trúc giáo trình gồm 5 bài học tích hợp, tiếp cận theo trình tự logic từ trang bị lý thuyết cơ sở công nghệ, quy trình vận hành thiết bị, đến các bài tập rèn luyện kỹ năng thực hành hàn liên kết định vị trên kết cấu thép carbon thấp.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được tổ chức thành 5 bài học với sự phân bổ khối lượng kiến thức và kỹ năng chi tiết:

  • Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn FCAW (12 giờ): Cung cấp nguyên lý nhiệt động và luyện kim của phương pháp hàn hồ quang dây lõi thuốc (Flux-Cored Arc Welding); phân biệt quy trình hàn dây lõi thuốc có khí bảo vệ (FCAW-G) và dây hàn tự bảo vệ (FCAW-S / mã hiệu 114); phân loại cấu trúc dây hàn lõi Rutile, lõi Basic, Metal-core và phân nhóm tiêu chuẩn (từ T-1 đến T-11, T-G, T-GS); quy chuẩn khí bảo vệ (CO2 độ tinh khiết ≥ 99,5%, độ ẩm ≤ 0,18 g/m³, Argon, Helium và hỗn hợp 75% Ar + 25% CO2); cấu tạo hệ thống thiết bị (bộ cấp dây bánh xe khía rãnh ngang, mỏ hàn làm mát bằng khí/nước, bép tiếp điện, van giảm áp lưu kế phao); phân loại nguyên nhân và giải pháp kiểm soát các khuyết tật mối hàn (nứt nóng, nứt nguội, rỗ khí, lẫn xỉ, không ngấu, quá nhiệt, bắn tóe); các yếu tố an toàn và ảnh hưởng sức khỏe từ bức xạ quang học, khói hàn và nguy cơ điện giật.
  • Bài 2: Vận hành máy hàn FCAW (3 giờ): Phân tích sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nguồn hàn đặc tính điện áp không đổi (Constant Voltage - CV, dòng tải 400–500A chu kỳ tải 100%); quy trình thiết lập chu kỳ làm việc của mỏ hàn (chế độ 2T và 4T); phương pháp hiệu chỉnh các thông số công nghệ (cường độ dòng điện, điện áp hồ quang, tốc độ cấp dây, lưu lượng khí 8–12 lít/phút); thiết lập tầm với điện cực theo đường kính dây ($d = 0{,}5\text{--}0{,}8\text{ mm}$ tương ứng phần nhô $5\text{--}15\text{ mm}$; $d = 1{,}0\text{--}1{,}2\text{ mm}$ tương ứng $8\text{--}20\text{ mm}$; $d = 1{,}6\text{--}2{,}0\text{ mm}$ tương ứng $15\text{--}25\text{ mm}$; $d = 2{,}5\text{--}3{,}0\text{ mm}$ tương ứng $20\text{--}24\text{ mm}$); thiết lập góc nghiêng mỏ hàn (Travel Angle - TA và Work Angle - WA); kỹ thuật gây hồ quang, duy trì khoảng cách hồ quang 2–3 mm, kết thúc hồ quang và 4 phương pháp dao động mỏ hàn (đường thẳng, răng cưa, bán nguyệt, đường tròn).
  • Bài 3: Hàn giáp mối thép các bon thấp – Vị trí hàn 1G (20 giờ): Kỹ thuật chuẩn bị phôi tấm thép carbon thấp kích thước $250 \times 100 \times 10\text{ mm}$, vát mép $30^\circ$ (góc mở rãnh hàn $60^\circ$), mép cùn $2\text{--}2{,}5\text{ mm}$, khe hở đáy $3\text{ mm}$, gá đính tạo góc bù biến dạng $3^\circ$; thiết lập chế độ hàn dây E71T-1 đường kính $1{,}2\text{ mm}$; quy trình hàn liên kết 3 lớp gồm: Lớp lót (Root pass: dòng điện 100–120A, duy trì lỗ thâm nhập hồ quang, mài vát điểm nối que), Lớp đầy (Fill pass: dòng điện 150–350A, dao động răng cưa dừng 2 biên), Lớp phủ (Cap pass: 1 đến 2 đường, kiểm soát độ nhô $1\text{--}1{,}5\text{ mm}$ và bề rộng đồng đều); kiểm tra ngoại dạng và sửa chữa khuyết tật.
  • Bài 4: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn 2F (20 giờ): Quy trình chuẩn bị phôi chữ T, gá đính liên kết vuông góc; thiết lập góc làm việc của mỏ hàn $\text{WA} = 40^\circ\text{--}50^\circ$, góc nghiêng di chuyển $\text{TA} = 10^\circ\text{--}15^\circ$; kỹ thuật hàn góc ngang nhiều lớp; kiểm tra kích thước cạnh mối hàn ($K$), độ lồi/lõm và xử lý rỗ khí, không ngấu chân mối hàn.
  • Bài 5: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn 3F (20 giờ): Kỹ thuật hàn góc đứng không vát mép ở vị trí 3F chiều hàn leo từ dưới lên (vertical-up); thiết lập góc mỏ hàn nghiêng xuống $\text{TA} = 5^\circ\text{--}10^\circ$; phương pháp dao động mỏ hàn hình bán nguyệt hoặc răng cưa có dừng ở hai vách liên kết để khống chế kim loại lỏng chảy xệ; kiểm tra kích thước hình học mối hàn góc và khắc phục hiện tượng cháy cạnh, lẫn xỉ.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng cơ sở lý thuyết luyện kim hàn và vật lý hồ quang:

  • Cơ chế luyện kim và phản ứng bảo vệ vũng hàn: Phân tích phản ứng phân ly của khí carbonic trong vùng hồ quang nhiệt độ cao ($2\text{CO}_2 \rightleftharpoons 2\text{CO} + \text{O}_2$), vai trò của các nguyên tố khử oxy (Mn, Si) và chất tạo xỉ trong lõi thuốc để ngăn ngừa hiện tượng oxy hóa kim loại mối hàn, hình thành lớp xỉ che phủ bề mặt giúp giảm tốc độ nguội và hạn chế biến cứng rỗ khí.
  • Nguyên lý điện thế và đặc tính nguồn điện: Bản chất nguồn hàn đặc tính ngoài bằng (CV), cơ chế tự điều chỉnh tốc độ nóng chảy của dây hàn khi tốc độ cấp dây không đổi; mối quan hệ hàm số giữa cường độ dòng điện, tốc độ cấp dây, tầm với điện cực và thành phần khí bảo vệ ảnh hưởng đến độ sâu ngấu và bề rộng vũng chảy.
  • Hệ thống tiêu chuẩn vật liệu theo AWS: Cấu trúc phân loại dây hàn theo tiêu chuẩn AWS A5.20/A5.29 (như E71T-1, E71T-8, E71T-11), phân tích tính chất của hệ xỉ Rutile ($\text{TiO}_2$) cho mối hàn phẳng, xỉ mỏng dễ bong so với hệ xỉ Bazơ cho độ dẻo dai va đập cao ở nhiệt độ âm.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Căn chỉnh cơ cấu đẩy dây với bánh xe có khía rãnh ngang chống trượt; thay thế và cố định ống tiếp xúc điện (contact tip) phù hợp kích cỡ dây; đấu nối hệ thống khí bảo vệ và hiệu chỉnh áp kế lưu lượng; cài đặt các tham số chu trình hàn 2T và 4T trên bảng điều khiển.
  • Kỹ năng phân tích: Đọc hiểu các ký hiệu mối hàn trên bản vẽ kỹ thuật; phân tích mối tương quan giữa tốc độ di chuyển mỏ hàn với hình dạng vũng hàn; chẩn đoán nguyên nhân sinh ra các khuyết tật nứt dọc/ngang, rỗ khí, kẹt xỉ, không ngấu thông qua hình thái ngoại dạng để điều chỉnh chế độ công nghệ kịp thời.
  • Năng lực thực hành: Thao tác giữ vững góc độ mỏ hàn theo hai trục không gian; điều khiển đồng đều tốc độ dịch chuyển và dao động ngang của mỏ hàn; duy trì liên tục lỗ thâm nhập hồ quang (keyhole) khi hàn lót rãnh hở; thực hiện quy trình mài vát nối que hàn bảo đảm mối nối không sinh khuyết tật.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp sư phạm và tổ chức lớp học

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích cực kết hợp giữa lý thuyết chuyên môn và đào tạo kỹ năng thực hành nghề nghiệp:

  • Đối với giảng viên: Áp dụng phương pháp thuyết trình ngắn, giảng giải nêu vấn đề, kết hợp trình chiếu trực quan mô hình/hình ảnh cấu tạo thiết bị. Tại xưởng thực hành, giảng viên thực hiện thao tác mẫu chuẩn xác (tư thế đứng, cách cầm mỏ hàn, kỹ thuật mồi hồ quang, dao động mỏ), tổ chức hướng dẫn thường xuyên (uốn nắn sai sót thao tác theo thời gian thực) và phân tích rút kinh nghiệm sau từng ca thực tập.
  • Đối với người học: Thực hiện quy trình chuẩn bị bài trước giờ lên lớp; quan sát thao tác mẫu; luân phiên luyện tập theo nhóm nhỏ. Mỗi nhóm 2 sinh viên được trang bị 1 máy hàn FCAW độc lập cùng hệ thống đồ gá, phôi thép và trang thiết bị bảo hộ, bảo đảm mỗi cá nhân trực tiếp hoàn thiện bài tập phôi hàn của mình và tham gia đánh giá chéo sản phẩm của thành viên trong nhóm.

Quy chuẩn bài tập và phương pháp đánh giá

Quy trình đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:

Thành phần đánh giá Hình thức và phương pháp tổ chức Thời điểm Trọng số Chuẩn đầu ra đánh giá
Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) Thực hành trực tiếp tại xưởng / Đánh giá cá nhân và nhóm Sau 35 giờ đào tạo 40% (kết hợp điểm định kỳ) A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2
Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) Thực hành thao tác hàn mẫu liên kết Sau Bài 3, Bài 4, Bài 5 (hoặc sau 145 giờ của chuỗi chuyên môn) Điểm thành phần quá trình A4, B1, C3
Thi kết thúc mô đun Thực hành hoàn thiện liên kết hàn tổng hợp (1G / 2F / 3F) tập trung Sau 75 giờ đào tạo 60% A1, A2, A3, A4, B1, B2

Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun chấm theo thang điểm 10, tính điểm tổng kết mô đun theo trọng số quy định và quy đổi sang điểm chữ, thang điểm 4 theo hệ thống đào tạo tín chỉ.

Quy định tự học và kỷ luật học tập

  • Thời lượng tham dự: Người học phải tham gia tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% thời lượng lý thuyết phải học lại mô đun) và tham dự 100% thời lượng các buổi thực hành tại xưởng (người học vắng quá 1% số tiết thực hành không được tham dự kỳ thi kết thúc và phải đăng ký học lại mô đun).
  • Yêu cầu tự học: Chủ động nghiên cứu tài liệu kỹ thuật, phiếu hướng dẫn thực hành và tài liệu tham khảo chuyên ngành trước giờ học; ghi chép nhật ký thông số hàn sau mỗi ca luyện tập.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cập nhật chương trình đào tạo chuẩn hóa: Giáo trình được biên soạn mới theo khung chương trình đào tạo nghề Hàn năm 2021 và phê duyệt ban hành năm 2022 của Trường Cao đẳng Dầu khí, chuẩn hóa nội dung cho hệ trung cấp và cao đẳng nghề kỹ thuật công nghiệp.
  • Tích hợp các tiêu chuẩn đánh giá chứng chỉ hàn quốc tế: Nội dung giảng dạy và tiêu chí đánh giá ngoại dạng liên kết hàn được xây dựng bám sát quy chuẩn của các tổ chức quốc tế: Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ (AWS D1.1 Structural Welding Code – Steel, AWS Science & Technology), Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ (ASME Section IX Welding and Brazing Qualifications), Viện Hàn Quốc tế (IIW), Viện Hàn Vương quốc Anh (TWI Welding Inspection) và các cơ quan Đăng kiểm quốc tế như ABS, LR, DNV, BV.
  • Gắn liền thực tiễn ngành Dầu khí và công nghiệp nặng: Giáo trình thiết kế các bài thực hành gắn với chế tạo kết cấu thực tế trong các lĩnh vực: giàn khoan ngoài khơi, đường ống dẫn dầu khí, bồn bể chứa khí hóa lỏng (LPG/LNG), dầm chịu lực kết cấu thép nhà cao tầng, thiết bị công nghiệp nặng và hàn đắp phục hồi chi tiết cơ khí (má nghiền, con lăn, chuông nạp liệu lò cao).
  • Phân định rõ ràng hai nhánh công nghệ FCAW: Giáo trình đi sâu vào sự khác biệt bản chất giữa hàn dây lõi thuốc có khí bảo vệ (FCAW-G, lưu lượng CO2 từ 8–12 l/phút, tầm với ngắn 10–25 mm, độ ngấu sâu cao) và dây lõi thuốc tự bảo vệ (FCAW-S / quy trình 114, tầm với dài 15–30 mm, dòng cực thuận DCEN hoặc nghịch DCEP, khả năng chống gió lùa tại hiện trường công trường xây dựng và công trình biển).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và học viên hệ đào tạo nghề: Dành cho sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng chuyên ngành Hàn tại các cơ sở giáo dục nghề nghiệp; học viên các khóa đào tạo kỹ thuật viên hàn kết cấu định hướng thi lấy chứng chỉ đánh giá tay nghề quốc tế (AWS, ASME, DNV).
  • Điều kiện tiên quyết đối với người học: Để tiếp thu đầy đủ nội dung mô đun MECW53167, người học cần hoàn thành các học phần chung và khối môn học cơ sở:
    • Môn học chung: Pháp luật (COMP51003), Giáo dục chính trị (COMP52001), Tin học cơ bản (COMP52005), Tiếng Anh (FORL54002), An toàn vệ sinh lao động (SAEN52001).
    • Môn học cơ sở: Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055), Hóa đại cương (PETR52001), Vật liệu cơ khí (MECM53002), Vẽ kỹ thuật 1 (MECM52003).
    • Mô đun chuyên môn tiên quyết: Chế tạo phôi hàn (MECW52162), Gá lắp kết cấu hàn (MECW52163), Hàn hồ quang tay cơ bản và nâng cao (MECW56164, MECW55165), Hàn MIG/MAG cơ bản (MECW54166).
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Tài liệu chuẩn dùng để biên soạn giáo án tích hợp, thiết kế phiếu hướng dẫn thực hành, xây dựng barem kiểm tra đánh giá kỹ năng tay nghề và quản lý định mức tiêu hao vật tư tại xưởng hàn.
  • Kỹ sư, kỹ thuật viên và cán bộ giám sát hàn: Dùng làm tài liệu tham khảo tra cứu quy trình thiết lập chế độ hàn, thông số góc độ mỏ hàn, tầm với điện cực và phương pháp phân tích, khắc phục khuyết tật mối hàn trong sản xuất cơ khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ trực tiếp cho sinh viên, học viên hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn, đồng thời là tài liệu tham khảo chuẩn cho giảng viên dạy nghề và cán bộ kỹ thuật, thợ hàn cần củng cố kiến thức công nghệ hàn FCAW.

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

Người học cần nắm vững kiến thức vẽ kỹ thuật cơ khí, vật liệu học kim loại, an toàn lao động và đã hoàn thành các mô đun kỹ năng nền tảng gồm Chế tạo phôi hàn (MECW52162), Gá lắp kết cấu hàn (MECW52163), Hàn hồ quang tay (MECW56164, MECW55165) và Hàn MIG/MAG cơ bản (MECW54166).

3. Điểm khác biệt công nghệ giữa hàn FCAW trong giáo trình với hàn que (SMAW) và hàn MIG/MAG (GMAW) là gì?

So với hàn que (SMAW/111), hàn FCAW có cơ cấu cấp dây liên tục giúp tăng hệ số đắp, không mất thời gian dừng nối que và giảm tỷ lệ khuyết tật. So với hàn MAG dây đặc (GMAW/135), dây lõi thuốc bổ sung các chất khử oxy, chất ổn định hồ quang và tạo xỉ bảo vệ mối hàn nguội chậm, cho phép hàn ở mật độ dòng điện cao hơn, ít bắn tóe và cho độ ngấu sâu lớn hơn.

4. Làm sao để tự học và hoàn thành mô đun hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu kỹ các thông số công nghệ trước ca thực hành, tuân thủ kỷ luật tham dự đủ tối thiểu 70% lý thuyết và 100% thời lượng thực hành xưởng; chủ động luyện tập các kỹ thuật dao động mỏ hàn và ghi chép nhật ký thông số (dòng điện, điện áp, tầm với dây) để rút kinh nghiệm.

5. Có những tài liệu bổ trợ và quy chuẩn tham khảo nào kèm theo?

Giáo trình trích dẫn và liên kết các tài liệu tham khảo học thuật chính thức:

  • Giáo trình công nghệ hàn (Nguyễn Thúc Hà, Bùi Văn Hạnh – NXB Giáo dục, 2002);
  • Công nghệ hàn điện nóng chảy – Tập 1: Cơ sở lý thuyết (Ngô Lê Thông – NXB Giáo dục, 2004);
  • Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn quốc tế (Trung tâm Đào tạo và Chuyển giao Công nghệ Việt – Đức, 2006);
  • Các tài liệu chuẩn quốc tế: Welding Science & Technology (AWS, 2006), ASME Section IX (ASME, 2007), AWS D1.1 Structural Welding Code – Steel (AWS, 2008), The Procedure Handbook of Arc Welding (Lincoln Electric) và tài liệu Welding Inspection của Viện Hàn Anh quốc (TWI).

Kết luận

Giáo trình Mô đun: Hàn FCAW cơ bản (Mã số: MECW53167) của Trường Cao đẳng Dầu khí cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về công nghệ hàn hồ quang dây lõi thuốc cùng quy trình rèn luyện kỹ năng thực hành hàn giáp mối 1G và hàn liên kết góc 2F, 3F trên thép carbon thấp.

Sau khi hoàn thành mô đun này, người học có đầy đủ điều kiện tiên quyết để học tiếp các mô đun công nghệ hàn chuyên sâu trong chương trình đào tạo gồm: Hàn TIG cơ bản (MECW53168), Hàn tự động dưới lớp thuốc (MECW52169), Hàn điện trở (MECW52170) và tham gia học phần Thực tập sản xuất (MECM54210) tại doanh nghiệp cơ khí chế tạo.