TỔNG QUAN VỀ GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: HÀN HỒ QUANG TAY CƠ BẢN

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun: Hàn hồ quang tay cơ bản (Mã mô đun: MĐ 20, trong chương trình đào tạo còn được xếp theo thứ tự Mô đun 17) được ban hành kèm theo Quyết định số 766/QĐ-CĐCG ngày 25 tháng 11 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ giới (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn), do nhóm tác giả thuộc trường biên soạn với sự chủ biên của tác giả Nguyễn Văn Chung. Giáo trình được thiết kế dùng làm tài liệu đào tạo chính thức cho học viên trình độ Cao đẳng chuyên ngành Hàn, phục vụ lưu hành nội bộ theo quy định quản lý đào tạo nghề.

Về vị trí trong chương trình đào tạo nghề Hàn (tổng dung lượng toàn khóa 128 tín chỉ, 2835 giờ), MĐ 20 là mô đun chuyên ngành bắt buộc, được bố trí giảng dạy song song hoặc ngay sau các môn học cơ sở kỹ thuật từ MH 07 đến MH 12 và các mô đun kỹ năng chuẩn bị phôi, gá lắp từ MĐ 13 đến MĐ 19. Thời lượng đào tạo của mô đun là 10 tín chỉ, tương đương 240 giờ quy chuẩn, bao gồm 64 giờ lý thuyết, 162 giờ thực hành/thảo luận và 14 giờ kiểm tra định kỳ/kết thúc.

Mục tiêu học tập của giáo trình được cấu trúc hóa thành ba nhóm năng lực chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1): Tính toán chính xác vật liệu hàn và kích thước phôi; lựa chọn chế độ hàn (cường độ dòng điện, điện thế hồ quang, tốc độ hàn) phù hợp với chiều dày vật liệu và kiểu liên kết; phân tích đúng cấu tạo, nguyên lý làm việc của các loại máy hàn điện hồ quang; giải thích đầy đủ các quy chuẩn kỹ thuật an toàn cơ khí và an toàn điện.
  • Kỹ năng (B1, B2): Vận hành thành thạo các thiết bị hàn xoay chiều, một chiều và chỉnh lưu; chuẩn bị phôi liệu, thiết bị, dụng cụ theo quy trình công nghệ; thực hiện các đường hàn góc và hàn giáp mối đạt chuẩn kỹ thuật; nhận diện chính xác các dạng khuyết tật và sửa chữa mối hàn không tạo phế phẩm.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ nghiêm ngặt quy trình công nghệ, duy trì an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp và bảo vệ thiết bị xưởng hàn.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo mô hình tích hợp lý thuyết và thực hành, kết hợp giữa cơ sở khoa học vật lý của hồ quang điện, các tiêu chuẩn biểu diễn bản vẽ quốc tế và quy trình thao tác thực hành trực tiếp trên các dạng liên kết kết cấu thép.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ qua 7 bài học chuyên môn và 1 bài kiểm tra tổng hợp kết thúc mô đun:

[Bài 1: Kiến thức cơ bản] (56h) 
[Kiểm tra kết thúc mô đun] (4h)
  1. Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn điện hồ quang tay (56 giờ: 55 giờ lý thuyết/thực hành cơ sở, 1 giờ kiểm tra): Cung cấp hệ thống quy ước bản vẽ, nguyên lý vật lý của hồ quang điện, yêu cầu kỹ thuật đối với nguồn điện hàn, cấu tạo và nguyên lý vận hành của các loại máy biến áp hàn xoay chiều, máy phát hàn một chiều và máy hàn chỉnh lưu bán dẫn (Diode, Thyristor, Inverter).
  2. Bài 2: Hàn góc ở vị trí 1F (16 giờ: 1 giờ lý thuyết, 14 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Kỹ thuật đính phôi, định vị góc nghiêng que hàn và duy trì vũng hàn khi thực hiện liên kết hàn góc ở vị trí hàn bằng (hàn sấp).
  3. Bài 3: Hàn giáp mối thép tấm ở vị trí 1G (42 giờ: 2 giờ lý thuyết, 39 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Kỹ thuật vát mép, khống chế khe hở đáy, hàn lót và hàn phủ giáp mối tấm phẳng ở vị trí bằng.
  4. Bài 4: Hàn góc ở vị trí 2F (16 giờ: 1 giờ lý thuyết, 14 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Phương pháp điều khiển hồ quang và tốc độ chuyển động que hàn để hàn liên kết góc ở vị trí hàn ngang, tránh hiện tượng chảy xệ kim loại.
  5. Bài 5: Hàn giáp mối thép tấm ở vị trí 2G (44 giờ: 2 giờ lý thuyết, 40 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra): Quy trình hàn giáp mối trục ngang trên mặt phẳng đứng, kiểm soát độ ngấu chân và hình dáng bề mặt lớp hàn điền.
  6. Bài 6: Hàn góc ở vị trí 3F (16 giờ: 1 giờ lý thuyết, 14 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Kỹ thuật dao động que hàn (răng cưa, bán nguyệt, tam giác) khi hàn góc ở vị trí đứng từ dưới lên ($Vu/PF$).
  7. Bài 7: Hàn giáp mối thép tấm ở vị trí 3G (46 giờ: 2 giờ lý thuyết, 42 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra): Quy trình hàn giáp mối vát mép chữ V ở vị trí đứng, phân bố nhiều lớp hàn (hàn chân, hàn lót, hàn điền và hàn phủ bề mặt).
  8. Kiểm tra kết thúc mô đun (4 giờ kiểm tra thực hành và lý thuyết tổng hợp): Đánh giá tay nghề hoàn thiện mẫu sản phẩm theo barem kỹ thuật.

Progression logic (Logic phát triển nội dung): Cấu trúc chương trình tuân thủ nguyên tắc sư phạm kỹ thuật nghề: đi từ lý thuyết cơ sở (Bài 1) đến kỹ năng thao tác định hình mối hàn, tịnh tiến độ khó từ liên kết góc (chữ T) sang liên kết giáp mối vát mép; đồng thời nâng dần mức độ phức tạp của vị trí không gian chịu tác động của trọng lực vũng hàn: từ vị trí bằng (1F, 1G), vị trí ngang (2F, 2G) đến vị trí đứng (3F, 3G).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Cơ sở vật lý và đặc tính nguồn hàn: Phân tích bản chất của quá trình ion hóa chất khí, sự hình thành cột hồ quang điện, hiện tượng ngắn mạch giọt kim loại nóng chảy (tần số trên 20 giọt/giây). Phân tích sự phối hợp giữa đường đặc tính tĩnh của hồ quang và đường đặc tính ngoài dốc liên tục của máy hàn tại điểm cháy ổn định $A$. Giải thích các giới hạn điện áp không tải ($U_0 < 80\text{V}$; xoay chiều $U_0 = 55 \div 80\text{V}$, một chiều $U_0 = 30 \div 55\text{V}$) và hệ số dòng ngắn mạch $I_{đ} = (1,3 \div 1,4) I_h$.
  • Nguyên lý điều khiển dòng điện hàn trong thiết bị:
    • Máy hàn xoay chiều: Cơ chế điều khiển bằng bộ tự cảm riêng kiểu $\text{CT\epsilon}$ (thay đổi khe hở không khí $a$ để biến thiên từ trở $R_t$, từ kháng $X_{tc}$ và sụt áp $U_{tc}$), bộ tự cảm kết hợp CTH và máy hàn có lõi từ di động phân nhánh từ thông $\Phi_0$.
    • Máy hàn một chiều máy phát: Nguyên lý phản ứng rôto làm giảm từ thông khi có tải, điều chỉnh sơ cấp bằng cơ cấu dịch chuyển chổi than chính-phụ (A, B, C) và điều chỉnh tinh qua biến trở cuộn kích từ.
    • Máy hàn chỉnh lưu: Mạch chỉnh lưu một pha và mạch chỉnh lưu cầu 3 pha gồm 6 đi-ốt bán dẫn làm việc tuần tự theo cặp ($1\text{-}5; 2\text{-}4; 3\text{-}6$), hệ thống chỉnh lưu điều khiển Thyristor và công nghệ Inverter kỹ thuật số.
  • Hệ thống tiêu chuẩn hóa ký hiệu bản vẽ mối hàn:
    • Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): Quy định nét vẽ (nét cơ bản cho mối hàn thấy, nét đứt cho mối hàn khuất), đường dóng, ký hiệu phụ (hàn chu vi kín, hàn tại hiện trường, mối hàn gián đoạn so le, độ nhẵn $R_z$).
    • Bảng mã hóa phương pháp hàn quốc tế: SMAW (111), GMAW (131/135), GTAW (141), FCAW (114/136/137), SAW (12), PAW (15), ESW (72).
    • Phân loại vị trí hàn theo Tiêu chuẩn Anh BS 4871 (D, X, Vu, Vd, O tương ứng với 1G/1F, 2G/2F, 3G/3F, 4G/4F), Tiêu chuẩn Đức DIN 1912 (PA, PB, PC, PE, PF, PG) và Tiêu chuẩn Hoa Kỳ AWS.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận diện mã hiệu que hàn thép carbon thấp; vận hành và cài đặt các dòng máy hàn công nghiệp: máy hàn AC sun từ (TURBO 270, MEGA 161/A), máy hàn DC đa năng (RIARC, TRIARC, ARCTRONIC 426/626), trạm biến áp hàn đa mỏ MHD-1000 (công suất 100 kVA, 6 mỏ hàn, dòng $I_{2max} = 1500\text{A}$), máy hàn Inverter Pi 200E/Pi 250E; thiết lập chế độ dòng điện, điều chỉnh độ ngấu và dải sụt áp phù hợp.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Bóc tách thông số kỹ thuật từ bản vẽ thiết kế cơ khí; phân tích nguyên nhân gây ra các dạng khuyết tật mối hàn (nứt, rỗ khí, ngậm xỉ, cháy chân, hàn không ngấu, quá nhiệt); tính toán định mức tiêu hao que hàn và kích thước phôi thép tấm.
  • Năng lực thực hành tay nghề (Practical competencies): Chuẩn bị phôi, vát mép gá đính liên kết hàn; thuần thục các thao tác mồi hồ quang (tiếp xúc, quẹt), duy trì chiều dài cột hồ quang ngắn, chuyển động dao động que hàn tạo vảy đều đặn; xử lý nối mối hàn và kết thúc đường hàn lấp đầy hố co ở các tư thế 1F, 1G, 2F, 2G, 3F, 3G.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích hợp (kết hợp lý thuyết chuyên ngành và bài tập thực hành kỹ năng trực tiếp tại xưởng).

  • Hoạt động của người dạy:
    • Phần lý thuyết: Áp dụng dạy học nêu vấn đề, thuyết trình ngắn kết hợp trình chiếu mô hình, tranh vẽ cấu tạo thiết bị điện và sơ đồ nguyên lý mạch hàn.
    • Phần thực hành: Phân chia nhóm nhỏ; giáo viên thực hiện thao tác mẫu (thị phạm kỹ thuật), hướng dẫn quy trình từng bước, giám sát an toàn và trực tiếp chỉnh sửa sai sót thao tác tay cho từng học viên tại trạm hàn.
  • Hoạt động của người học và hướng dẫn tự học:
    • Nghiên cứu bài học và tài liệu kỹ thuật trước khi lên lớp.
    • Tổ chức tự học theo nhóm nhỏ (2-3 học viên) để phân tích chủ đề kỹ thuật được giao, chuẩn bị quy trình hàn, trao đổi kết quả bài tập và viết báo cáo nhóm.
    • Tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng các giờ giảng tích hợp (người học vắng trên 30% thời lượng bắt buộc phải học lại mô đun mới đủ điều kiện dự thi).
  • Phương pháp và hình thức đánh giá: Căn cứ theo quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội, điểm đánh giá mô đun được tính theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân) với cơ cấu trọng số:
Hình thức đánh giá Thời điểm kiểm tra Hình thức tổ chức Chuẩn đầu ra đánh giá Trọng số
Kiểm tra thường xuyên Sau mỗi 10 giờ học (2 cột điểm) Vấn đáp / Thực hành A1, B1, B2, C1 $40%$
Kiểm tra định kỳ Sau mỗi 30 giờ thực hành (5 cột điểm) Tự luận / Trắc nghiệm / Bài tập thực hành A1, B1, B2, C1 (Tính chung hệ số)
Thi kết thúc mô đun Sau khi hoàn thành 240 giờ (1 cột điểm) Vấn đáp lý thuyết và Thực hành thao tác máy Toàn bộ chuẩn đầu ra A1, B1, B2, C1 $60%$

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Hệ thống hóa thiết bị công nghệ hàn hiện đại: Cùng với việc trình bày các loại máy hàn cơ truyền thống (máy biến áp cuộn kháng lõi di động, máy phát một chiều cực từ rời), giáo trình cập nhật thông số và nguyên lý của các thiết bị công nghệ cao:
    • Máy hàn biến tần kỹ thuật số Inverter Pi 200E / Pi 250E (Migatronic - Đan Mạch): dòng hàn siêu mịn, điều khiển vô cấp, màn hình số LCD hiển thị thông số, tích hợp chức năng mồi nóng Hot Start ($0 \div 100%$) và điều chỉnh đặc tính động hồ quang Arc Force ($0 \div 100%$), bộ nhớ lưu trữ 10 chương trình hàn.
    • Thiết bị chỉnh lưu điều khiển Thyristor DYNAMIC 400/500 tích hợp hộp điều khiển từ xa, cho phép nguồn cấp dao động $\pm 10%$.
    • Trạm biến áp khô đa mỏ MHD-1000 phục vụ đồng thời 6 vị trí hàn trong phân xưởng kết cấu.
  • Tiêu chuẩn hóa bản vẽ kỹ thuật theo thông lệ quốc tế: Giáo trình cập nhật và thiết lập bảng tra cứu đối chiếu đồng thời giữa Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) với các bộ tiêu chuẩn công nghiệp: Tiêu chuẩn Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ (AWS), Tiêu chuẩn Anh (BS 4871), Tiêu chuẩn Đức (DIN 1912) và mã phân loại phương pháp hàn theo Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO).
  • Gắn kết thực tế sản xuất cơ khí: Giáo trình bổ sung hướng dẫn chọn tiết diện cáp đồng nguồn vào ($35 \div 50\text{ mm}^2$), cáp hàn kìm ($50 \div 70\text{ mm}^2$), quy tắc đấu nối tiếp địa an toàn, và giải pháp bố trí thiết bị phục vụ công nghiệp đóng tàu, gia công kết cấu thép.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Học sinh, sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề Hàn hoặc Cao đẳng Công nghệ Hàn tại các trường cao đẳng, trung cấp kỹ thuật công nghệ.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites):
    • Khối kiến thức đại cương: Tin học (MH 05), Ngoại ngữ (MH 06).
    • Khối môn học cơ sở kỹ thuật bắt buộc: Vẽ kỹ thuật cơ khí (MH 07), Dung sai lắp ghép và đo lường kỹ thuật (MH 08), Vật liệu cơ khí (MH 09), Cơ kỹ thuật (MH 10), Kỹ thuật điện – Điện tử công nghiệp (MH 11), Kỹ thuật an toàn và bảo hộ lao động (MH 12).
    • Khối mô đun kỹ năng thực hành nền tảng: Chế tạo phôi hàn (MĐ 18) và Gá lắp kết cấu hàn (MĐ 19).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ thiết kế kế hoạch bài dạy tích hợp, xây dựng bảng định mức tiêu hao vật tư (phôi thép, que hàn, điện năng tiêu thụ) và lập phiếu đánh giá kỹ năng thực hành theo các tiêu chí kích thước chân mối hàn $K$, độ nhẵn $R_z$, độ ngấu chân.
  • Kỹ thuật viên và người tự học: Tài liệu hỗ trợ tra cứu ký hiệu bản vẽ cơ khí, thông số chế độ hàn và chuẩn bị kiến thức thi nâng bậc thợ hàn hoặc sát hạch chứng chỉ kỹ thuật hàn theo tiêu chuẩn AWS, ISO.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho học sinh, sinh viên đào tạo nghề Hàn ở trình độ Cao đẳng; đồng thời là tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên cơ khí, thợ hàn kết cấu cần hệ thống hóa kiến thức quy chuẩn và kỹ năng hàn hồ quang tay cơ bản.

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

Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở về đọc bản vẽ kỹ thuật cơ khí (MH 07), hiểu biết về kim loại và hợp kim (MH 09), an toàn điện - bảo hộ lao động (MH 11, MH 12), cùng kỹ năng cắt phôi, gá phôi từ các mô đun MĐ 18 và MĐ 19.

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

Giáo trình kết hợp phân tích sâu cơ sở lý thuyết mạch điện (cơ chế sụt áp, từ thông tán, phản ứng rôto) với việc đối chiếu đồng bộ các bảng mã tiêu chuẩn quốc tế (AWS, ISO, DIN, BS), kết cấu chặt chẽ giữa 7 bài tập phân loại theo các vị trí không gian (1F/1G đến 3F/3G) và thông số kỹ thuật của các dòng máy hàn công nghiệp thực tế.

4. Làm sao để tự học và rèn luyện kỹ năng hiệu quả với giáo trình?

Người học cần nghiên cứu kỹ lý thuyết bản vẽ và thông số máy hàn trước giờ lên lớp; tham gia nhóm tự học 2-3 người để phân tích bài tập; thực hiện đầy đủ 162 giờ thực hành xưởng; ghi nhận và phân tích nguyên nhân các khuyết tật mối hàn sau mỗi bài tập để điều chỉnh góc độ que hàn, dòng điện và tốc độ di chuyển hồ quang.

5. Có tài liệu tham khảo nào được trích dẫn kèm theo giáo trình?

Giáo trình được biên soạn dựa trên các tài liệu chuyên ngành:

  • Giáo trình kỹ thuật hàn trong nước: Kỹ thuật hàn (Trương Công Đạt - NXB KHKT 1977); Công nghệ hàn nóng chảy - Tập 1: Cơ sở lý thuyết (Ngô Lê Thông - NXB KHKT 2004); Kỹ thuật hàn (Lưu Văn Huy, Đỗ Tấn Dân - NXB KHKT 2006); Đảm bảo chất lượng hàn (Nguyễn Đức Thắng - NXB KHKT 2009).
  • Chương trình quốc tế và cẩm nang chuyên ngành: Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn quốc tế (Trung tâm Đào tạo và Chuyển giao công nghệ Việt – Đức, 2006); Metals and How to Weld Them (The James F. Lincoln Arc Welding Foundation, USA, 1990); The Procedure Handbook of Arc Welding (The Lincoln Electric Company); Welding Science & Technology - Volume 1 (American Welding Society - AWS, 2006).
  • Bộ tiêu chuẩn và quy chuẩn kiểm tra: ASME Section IX: Welding and Brazing Qualifications (American Society of Mechanical Engineers, 2007); AWS D1.1: Structural Welding Code - Steel (American Welding Society, 2008); Welding Inspection (The Welding Institute - TWI).

Kết luận

Giáo trình mô đun: Hàn hồ quang tay cơ bản (MĐ 20) thiết lập một cấu trúc kiến thức hoàn chỉnh từ cơ sở khoa học vật lý của hồ quang điện, hệ thống tiêu chuẩn bản vẽ công nghiệp đến quy trình thực hành định hình liên kết hàn trên thép tấm ở các vị trí không gian 1F/1G, 2F/2G và 3F/3G.

Theo lộ trình đào tạo chuyên ngành Hàn trình độ Cao đẳng, mô đun MĐ 20 là nền tảng kỹ năng cốt lõi bắt buộc trước khi học viên chuyển tiếp sang các mô đun kỹ thuật hàn chuyên sâu tiếp theo trong chương trình khung:

  • Mô đun kế tiếp trực tiếp: MĐ 21 (Hàn hồ quang tay nâng cao).
  • Các mô đun công nghệ hàn bảo vệ khí và tự động: MĐ 24 - MĐ 25 (Hàn MIG/MAG cơ bản và nâng cao), MĐ 26 - MĐ 27 (Hàn TIG cơ bản và nâng cao), MĐ 28 (Hàn ống), MĐ 30 (Hàn tự động dưới lớp thuốc), MĐ 31 - MĐ 32 (Hàn hồ quang dây lõi thuốc FCAW).
  • Mô đun đánh giá chất lượng: MĐ 17 (Kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế).

Để mở rộng kiến thức, người học có thể kết hợp tra cứu các bộ tiêu chuẩn kỹ thuật ASME Section IX, AWS D1.1 và các tài liệu chuyên ngành của The Welding Institute (TWI) đã được liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo của giáo trình.