Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Hàn hồ quang tay nâng cao (Mã số mô đun: HAN19MĐ04) là tài liệu đào tạo chuyên môn bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ Trung cấp và Cao đẳng, được ban hành 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). Giáo trình do tập thể giảng viên Khoa Cơ khí Động lực biên soạn, gồm: Trần Thanh Ngọc (Chủ biên), Trần Nam An và An Đình Quân.

Về vị trí đào tạo, mô đun HAN19MĐ04 được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành khối kiến thức chung, các môn cơ sở ngành (Điện kỹ thuật cơ bản, Vật liệu cơ khí, Vẽ kỹ thuật, An toàn - vệ sinh lao động) và các mô đun chuyên môn tiền đề từ HAN19MĐ01 đến HAN19MĐ03 (Chế tạo phôi hàn, Gá lắp kết cấu hàn, Hàn hồ quang tay cơ bản).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể theo 3 nhóm chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1): Tính toán chế độ hàn hồ quang tay phù hợp với chiều dày, tính chất của vật liệu và kiểu liên kết hàn.
  • Kỹ năng (B1): Chuẩn bị phôi hàn đúng kích thước kỹ thuật; thực hiện hàn các mối hàn ở vị trí 4F (góc ngửa), 4G (giáp mối ngửa), 1G (ống quay trục nằm ngang), 2G (ống cố định trục đứng) đạt yêu cầu kỹ thuật; kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy định an toàn lao động và vệ sinh công nghiệp; rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, trung thực, ý thức kỷ luật và tinh thần trách nhiệm.

Giáo trình có tổng thời lượng 150 giờ, trong đó 145 giờ dành cho thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập và 5 giờ kiểm tra. Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo mô hình hướng dẫn quy trình công nghệ kết hợp thực hành trực tiếp tại xưởng.


Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được tổ chức thành 4 bài học chuyên đề tương ứng với 4 vị trí hàn không gian nâng cao bằng phương pháp hàn hồ quang tay (SMAW):

  • Bài 1: Hàn góc ở vị trí 4F (22 giờ): Kỹ thuật hàn liên kết chữ T ở tư thế ngửa trên phôi thép tấm carbon CT3 kích thước $250 \times 100 \times 10\text{ mm}$ ghép góc $90^\circ$. Thiết lập liên kết gồm 2 lớp với 3 đường hàn (1 đường lót, 2 đường phủ) bằng que hàn carbon E6013 đường kính $3{,}2\text{ mm}$, đạt kích thước cạnh mối hàn $k = 8\text{ mm}$.
  • Bài 2: Hàn giáp mối ở vị trí 4G (40 giờ): Kỹ thuật hàn giáp mối thép tấm CT3 dày $10\text{ mm}$ vát mép $30^\circ$, tạo mép cùn ở vị trí trần. Quy trình thực hiện gồm 3 lớp: lớp lót sử dụng que hàn hợp kim Lb52U-E7016 $\varnothing 3{,}2\text{ mm}$ (dòng điện $87 \div 100\text{ A}$), lớp hàn đầy dùng que Lb52-E7016 $\varnothing 3{,}2\text{ mm}$ (dòng điện $106 \div 112\text{ A}$), và lớp hàn phủ gồm 2 đường hàn chồng lên nhau $1/2$ biên độ (dòng điện $100 \div 106\text{ A}$). Kích thước yêu cầu: mặt trước cao $2 \div 3\text{ mm}$, rộng $15 \div 16\text{ mm}$; mặt sau cao $1 \div 2\text{ mm}$, rộng $5 \div 6\text{ mm}$.
  • Bài 3: Hàn ống ở vị trí 1G (40 giờ): Kỹ thuật hàn giáp mối ống thép carbon $\varnothing 168 \times 8\text{ mm}$ đặt nằm ngang, phôi được quay tròn để duy trì việc thực hiện đường hàn ở vị trí bằng. Bố trí 3 lớp: lót (que Lb52U $\varnothing 3{,}2\text{ mm}$, dòng điện $100 \div 106\text{ A}$), hàn đầy (que Lb52 $\varnothing 3{,}2\text{ mm}$, dòng điện $120 \div 130\text{ A}$), hàn phủ (que Lb52 $\varnothing 3{,}2\text{ mm}$, dòng điện $\approx 118\text{ A}$).
  • Bài 4: Hàn ống ở vị trí 2G (48 giờ): Kỹ thuật hàn giáp mối ống thép carbon $\varnothing 168 \times 8\text{ mm}$ ở tư thế trục ống thẳng đứng cố định, đường hàn nằm ngang. Bố trí 3 lớp hàn: lót (Lb52U $\varnothing 3{,}2\text{ mm}$, dòng điện $100 \div 106\text{ A}$), hàn đầy (Lb52 $\varnothing 3{,}2\text{ mm}$, dòng điện $115 \div 120\text{ A}$), hàn phủ gồm 2 đường (Lb52 $\varnothing 3{,}2\text{ mm}$, dòng điện $107 \div 112\text{ A}$).

Progression logic của nội dung đi từ liên kết góc tấm ở tư thế ngửa (4F) đến liên kết giáp mối tấm vát mép tư thế ngửa (4G), sau đó phát triển sang kết cấu ống xoay trục hàn bằng (1G) và kết cấu ống cố định trục đứng hàn ngang (2G).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Tính toán chế độ hàn: Công thức xác định đường kính que hàn góc theo kích thước cạnh: $$d_{qh} = \frac{K}{2} + 1$$ (với $K$ là cạnh mối hàn, quy chuẩn đường kính $d_{qh} \le 4\text{ mm}$ khi hàn ngửa). Nguyên tắc giảm cường độ dòng điện hàn khi chuyển tư thế: giảm $10% \div 15%$ khi hàn ngửa (4F, 4G) và hàn ngang (2G) so với vị trí hàn bằng; giảm thêm dòng điện cho lớp hàn lót khi vật liệu mỏng và giảm tiếp $5%$ đối với lớp hàn phủ.
  • Nguyên lý thao tác công nghệ: Cơ chế duy trì "lỗ thâm nhập hồ quang" (keyhole) nhằm đảm bảo độ xuyên ngấu chân mối hàn; nguyên tắc duy trì chiều dài cột hồ quang ngắn ($L_{hq} \le 1$ lần đường kính lõi que hàn, dao động $2 \div 3\text{ mm}$); kỹ thuật mài điểm nối que từ $10 \div 15\text{ mm}$ trước khi gây hồ quang tiếp tục đường hàn.
  • Kiểm soát khuyết tật kim loại mối hàn: Cơ chế phát sinh và giải pháp khắc phục đối với các khuyết tật: cháy cạnh (do dòng quá lớn, hồ quang dài, thiếu dừng chân), lẫn xỉ (dòng thấp, vệ sinh chưa sạch), không ngấu/không thấu (khe hở nhỏ, mép cùn dày, dòng nhỏ), chảy sệ (dòng cao, tốc độ chậm), và nứt liên kết (nguội nhanh, vật liệu cơ bản nhiều tạp chất, ứng suất dư lớn).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Kỹ thuật đo vạch dấu, gia công vát mép $30^\circ$, tạo mép cùn, nắn phẳng; kỹ thuật gá đính liên kết (chiều dài mối đính $3 \div 4$ lần chiều dày vật hàn, khoảng cách mối đính $40 \div 50$ lần chiều dày nhưng không quá $300\text{ mm}$); kỹ thuật dao động que hàn theo đường thẳng, răng cưa lệch, đường tròn lệch; kỹ thuật vận hành máy hàn một chiều (DC), máy mài cầm tay 125, máy mài 2 đá.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc bản vẽ kết cấu hàn; xác định nguyên nhân gây sai lệch hình học và khuyết tật mối hàn; tính toán các thông số công nghệ ($I_h$, $d_{qh}$, $V_h$).
  • Năng lực thực hành (Practical competencies): Thực hiện mối hàn đạt chuẩn kích thước hình học trên dưỡng kiểm tra; làm sạch xỉ hàn giữa các lớp đắp; thực hiện các biện pháp an toàn điện, an toàn chống bức xạ hồ quang, chống bỏng, chống độc và thông gió phân xưởng.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình HAN19MĐ04 áp dụng phương pháp dạy học tích cực trong môi trường xưởng thực hành:

  • Tiếp cận sư phạm: Giảng viên áp dụng quy trình gồm diễn giảng ngắn, làm mẫu thao tác mẫu chuẩn, theo dõi, hướng dẫn thường xuyên tại vị trí làm việc và rút kinh nghiệm trực tiếp cho từng cá nhân hoặc nhóm học viên.
  • Tổ chức bài tập và thực hành: Phân chia nhóm nhỏ với định mức 01 máy hàn DC cho 02 người học. Thành viên trong nhóm luân phiên thực hiện các công đoạn: chuẩn bị phôi, gá đính, thực hiện đường hàn, làm sạch bằng búa gõ xỉ/bàn chải sắt, đo kiểm kích thước bằng dưỡng đo và ghi chép rút kinh nghiệm.
  • Phương pháp đánh giá: Thực hiện theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội:
    • Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1): Đánh giá chuẩn đầu ra A1, B1, C1 sau 35 giờ học (chiếm trọng số kết hợp trong phần $40%$).
    • Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2): Đánh giá sau 145 giờ học (trọng số phần quá trình chiếm $40%$).
    • Điểm thi kết thúc môn học: Chấm bài thi thực hành tổng hợp sau 155 giờ (trọng số $60%$).
    • Thang điểm: Chấm theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, quy đổi sang thang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy chế đào tạo tín chỉ.
  • Quy định chuyên cần và tự học: Người học phải nghiên cứu trước nội dung từng bài học trong giáo trình trước khi đến xưởng. Quy định bắt buộc: người học vắng $> 1%$ số tiết thực hành hoặc vắng $> 31%$ thời lượng lý thuyết sẽ không được dự thi kết thúc môn học và phải học lại mô đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Quy chuẩn theo hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế: Giáo trình kế thừa và cập nhật các yêu cầu kỹ thuật từ các bộ tiêu chuẩn chuyên ngành hàn được áp dụng trong công nghiệp dầu khí và cơ khí chế tạo, bao gồm:
    • ASME Section IX ("Welding and Brazing Qualifications", American Society of Mechanical Engineers, 2007) về quy trình và tay nghề thợ hàn.
    • AWS D1.1 ("Structural Welding Code - Steel", American Welding Society, 2008) về kết cấu thép hàn.
    • AWS Volume 1 ("Welding Science & Technology", American Welding Society, 2006).
    • Tài liệu kiểm định chất lượng mối hàn của Viện Hàn Quốc tế TWI (The Welding Institute - "Welding Inspection").
    • Cẩm nang công nghệ hàn hồ quang của Lincoln Electric ("The Procedure Handbook of Arc Welding").
  • Ứng dụng thực tế trong ngành dầu khí: Các bài thực hành tập trung trực tiếp vào đối tượng thép kết cấu CT3 và ống thép carbon chịu áp lực $\varnothing 168\text{ mm}$ dày $8\text{ mm}$ cùng các loại que hàn hợp kim chuyên dụng chịu lực (E6013, Lb52U-E7016, Lb52-E7016), phản ánh đúng các điều kiện thi công lắp ráp giàn khoan, bồn bể và đường ống công nghệ.
  • Hệ thống hóa hình ảnh hướng dẫn kỹ thuật: Cung cấp danh mục hình ảnh chi tiết từ Hình 1.1 đến Hình 4.12, mô tả cụ thể: góc độ que hàn so với trục đường hàn ($70^\circ \div 80^\circ$, $80^\circ \div 90^\circ$), góc nghiêng que với tấm ($35^\circ \div 40^\circ$, $55^\circ \div 60^\circ$), hình thái dao động que răng cưa lệch/tròn lệch, kích thước từng lớp lót, lớp đầy, lớp phủ và các dạng khuyết tật thực tế.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên/Người học: Sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng chuyên ngành Hàn tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp kỹ thuật.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites):
    • Khối kiến thức cơ sở: Điện kỹ thuật cơ bản (ĐKT19MH01), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Vẽ kỹ thuật (CK19MH01), An toàn - vệ sinh lao động (ATMT19MH01).
    • Khối kỹ năng chuyên môn tiền đề: Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01), Gá lắp kết cấu hàn (HAN19MĐ02), Hàn hồ quang tay cơ bản (HAN19MĐ03 - hoàn thành các vị trí hàn bằng 1F, 1G, 2F, 2G, 3F, 3G cơ bản).
  • Giảng viên: Sử dụng giáo trình làm khung tài liệu giảng dạy chính thức, xây dựng giáo án lý thuyết tích hợp thực hành, phiếu học tập, bảng tiêu chí đánh giá kỹ năng tay nghề và thiết kế đề thi thực hành kết thúc môn học.
  • Tự học và tham khảo: Kỹ thuật viên, thợ hàn tại các doanh nghiệp cơ khí - dầu khí sử dụng làm tài liệu ôn tập, rèn luyện kỹ năng thực hành phục vụ các kỳ thi sát hạch nâng bậc thợ hoặc lấy chứng chỉ thợ hàn quốc tế ở các tư thế 4F, 4G, 1G, 2G.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế cho người học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn, đồng thời phục vụ thợ hàn cần nâng cao tay nghề ở các vị trí không gian phức tạp (4F, 4G, 1G, 2G).

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

Người học cần hoàn thành mô đun Hàn hồ quang tay cơ bản (HAN19MĐ03), nắm vững nguyên lý an toàn lao động phân xưởng hàn, kỹ năng đọc bản vẽ cơ khí, kiến thức về vật liệu kim loại và thành thạo thao tác gây hồ quang, duy trì hồ quang ở các tư thế hàn cơ bản.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với tài liệu hàn cơ bản là gì?

Giáo trình tập trung hoàn toàn vào kỹ năng nâng cao (145/150 giờ thực hành) ở các tư thế hàn khó: trần (4F, 4G) và hàn ống (1G, 2G); hướng dẫn chi tiết việc phân chia nhiều lớp hàn (lót, đầy, phủ), kỹ thuật duy trì lỗ thâm nhập hồ quang, mài nối que và sử dụng que hàn chuyên dụng chịu áp lực Lb52U/Lb52.

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

Người học cần nghiên cứu kỹ thông số chế độ hàn (dòng điện, góc que, tốc độ di chuyển) trước mỗi ca học; tuân thủ quy tắc bảo hộ lao động; phối hợp theo nhóm 2 người/máy để luân phiên thao tác và kiểm tra kích thước; đối chiếu mối hàn với hình vẽ khuyết tật để điều chỉnh thao tác tay.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?

Giáo trình bao gồm Phụ lục: Kỹ thuật an toàn đối với thợ hàn điện, hàn hơi (trang 52-61), hệ thống phiếu học tập, quy trình thực hành xưởng và danh mục tài liệu tham khảo chuyên ngành của các tổ chức quốc tế (AWS, ASME, TWI, Lincoln Electric).


Kết luận

Giáo trình Hàn hồ quang tay nâng cao (HAN19MĐ04) là tài liệu đào tạo thực hành chuẩn hóa kỹ năng hàn hồ quang tay kim loại (SMAW) ở 4 vị trí kết cấu tấm và ống phức tạp (4F, 4G, 1G, 2G) theo các tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp.

Về lộ trình đào tạo, sau khi hoàn thành mô đun HAN19MĐ04, người học sẽ tiếp tục các mô đun chuyên ngành tiếp theo trong chương trình đào tạo nghề Hàn:

  1. Hàn MIG/MAG cơ bản (HAN19MĐ05)
  2. Hàn FCAW cơ bản (HAN19MĐ06)
  3. Hàn TIG cơ bản (HAN19MĐ07)
  4. Hàn tự động dưới lớp thuốc (HAN19MĐ08)
  5. Hàn điện trở (HAN19MĐ09)
  6. Thực tập sản xuất (HAN19MĐ16)

Tài liệu tham khảo cốt lõi phục vụ nghiên cứu sâu gồm các giáo trình trong nước của Trương Công Đạt (1977), Ngô Xuân Thông (2004), Lưu Văn Huy - Đỗ Tấn Dân (2006), tài liệu của Trung tâm đào tạo Việt - Đức (2006) cùng hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc tế AWS D1.1 và ASME Section IX.