Tổng quan về giáo trình

Giáo trình môn học/mô đun Hàn khí (Mã mô đun: MĐ18) do nhóm giảng viên Khoa Cơ khí Xây dựng thuộc Trường Cao đẳng Nghề Xây dựng (Bộ Xây dựng) biên soạn và ban hành tại Quảng Ninh năm 2021. Trong chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ Cao đẳng và Trung cấp, mô đun này được xếp vào hệ thống mô đun chuyên môn của nghề, bố trí giảng dạy ở năm thứ hai, học sau các môn học cơ sở gồm: Chế tạo phôi hàn, Gá lắp kết cấu hàn, và Thiết bị hàn.

Mục tiêu học tập của giáo trình tập trung vào việc trang bị cho người học:

  • Kiến thức: Nắm vững trình tự đấu lắp và vận hành an toàn hệ thống mỏ hàn khí, bình sinh khí hoặc chai khí axêtylen ($C_2H_2$), chai khí ôxy ($O_2$), van giảm áp, bình ngăn lửa tạt lại; nắm vững kỹ thuật hàn khí tại các vị trí cơ bản (hàn giáp mối ở vị trí bằng, hàn gấp mép tấm mỏng, hàn góc, hàn đắp phục hồi mặt trụ tròn); hiểu rõ phương pháp đo kiểm và đánh giá khuyết tật mối hàn.
  • Kỹ năng: Vận hành thành thạo thiết bị, gia công chuẩn bị phôi hàn thép $CT3$ đúng kích thước bản vẽ; thực hiện các mối hàn bảo đảm độ sâu ngấu, mối hàn không rỗ khí, không lẫn xỉ, ít biến dạng; thực hiện quy trình an toàn lao động và phòng chống cháy nổ xưởng hàn.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện ý thức kỷ luật, tính cẩn thận, phương pháp làm việc khoa học và tiết kiệm nguyên vật liệu tại các cơ sở sản xuất cơ khí.

Giáo trình có tổng thời lượng 60 giờ (gồm 10 giờ lý thuyết, 46 giờ thực hành và 4 giờ kiểm tra), được cấu trúc thành 5 bài học module hóa theo trật tự logic: từ cài đặt thiết bị, kỹ thuật hàn liên kết giáp mối cơ bản đến các mối hàn không gian, hàn chi tiết mỏng không que bù và hàn đắp phục hồi bề mặt. Điểm đặc thù của tài liệu là định hướng đào tạo thực hành kỹ năng chiếm 76,7% tổng thời lượng, gắn kết các công thức thông số nhiệt học với quy trình thao tác thực nghiệm tại xưởng.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 5 bài học chuyên đề:

                      +-------------------------------------------------------------+
                      |         Bài 1: Lắp và sử dụng thiết bị hàn khí              |
                      |   (12 giờ: 2 giờ LT, 10 giờ TH) - An toàn và thiết lập khí  |
                      +------------------------------+------------------------------+
                                                     |
                                                     v
                      +-------------------------------------------------------------+
                      |         Bài 2: Hàn giáp mối ở vị trí hàn bằng (1G)          |
                      |   (12 giờ: 2 giờ LT, 8 giờ TH, 2 giờ KT) - Phôi dày 3mm     |
                      +------------------------------+------------------------------+
                                                     |
                                                     v
                      +-------------------------------------------------------------+
                      |             Bài 3: Hàn gấp mép tấm mỏng                     |
                      |   (12 giờ: 2 giờ LT, 10 giờ TH) - Phôi mỏng 1mm, không que  |
                      +------------------------------+------------------------------+
                                                     |
                                                     v
                      +-------------------------------------------------------------+
                      |             Bài 4: Hàn góc không vát cạnh                   |
                      |   (12 giờ: 2 giờ LT, 10 giờ TH) - Liên kết chữ T vị trí bằng|
                      +------------------------------+------------------------------+
                                                     |
                                                     v
                      +-------------------------------------------------------------+
                      |            Bài 5: Hàn đắp mặt trụ tròn                      |
                      |   (12 giờ: 2 giờ LT, 8 giờ TH, 2 giờ KT) - Phục hồi trục phi|
                      +-------------------------------------------------------------+

  1. Bài 1: Lắp và sử dụng thiết bị hàn khí (12 giờ: 2 LT - 10 TH)

    • Khái niệm và cấu tạo hệ thống thiết bị: Máy sinh khí axêtylen hoặc chai khí $C_2H_2$, chai khí $O_2$, van giảm áp, ống dẫn khí (màu đỏ cho axêtylen, màu xanh cho ôxy), mỏ hàn khí kiểu đẳng áp (áp suất làm việc của $O_2$ và $C_2H_2$ bằng nhau, khoảng $0,5 \div 1\text{ kg/cm}^2$).
    • Cơ cấu an toàn: Quy trình lắp đặt và vận hành bình ngăn ngọn lửa tạt lại (bình bảo hiểm áp suất trung bình/thấp, tác động đóng van một chiều và ngắt khí khi áp suất vượt giới hạn $1,5\text{ kg/cm}^2$), vị trí lắp thiết bị chống cháy ngược tại cán mỏ hoặc lối ra van giảm áp.
    • Kỹ thuật điều chỉnh ngọn lửa hàn dựa trên tỷ lệ $O_2/C_2H_2$: Ngọn lửa bình thường/trung tính ($O_2/C_2H_2 = 1,1 \div 1,2$), ngọn lửa ôxy hóa ($O_2/C_2H_2 > 1,2$), ngọn lửa cácbon hóa ($O_2/C_2H_2 < 1,1$). Phân tích ba vùng của ngọn lửa (vùng nhân ngọn lửa, vùng cháy không hoàn toàn/hoàn nguyên, vùng cháy hoàn toàn). Quy trình kiểm tra rò rỉ khí bằng nước xà phòng.

  2. Bài 2: Hàn giáp mối ở vị trí hàn bằng (12 giờ: 2 LT - 8 TH - 2 KT)

    • Chuẩn bị phôi: Thép tấm $CT3$ kích thước $(200 \times 50 \times 3)\text{ mm}$, que hàn thép cácbon thấp $\phi 2,4\text{ mm}$, bép hàn số 2.
    • So sánh kỹ thuật hàn phải (mỏ hàn di chuyển từ trái sang phải, que hàn đi sau, ngọn lửa phủ bảo vệ vũng hàn, nhiệt tập trung, áp dụng cho $s \ge 3\text{ mm}$) và hàn trái (mỏ hàn di chuyển từ phải sang trái, que hàn đi trước, áp dụng cho $s < 3\text{ mm}$).
    • Thông số chế độ hàn: Áp suất $O_2$ ($2,5 \div 3,0\text{ bar}$), áp suất $C_2H_2$ ($0,25 \div 0,3\text{ bar}$), góc nghiêng mỏ hàn $25^\circ \div 30^\circ$, góc nghiêng que hàn $45^\circ \div 60^\circ$. Công thức tính công suất ngọn lửa: $$V_{C_2H_2} = S \times (100 \div 130)\text{ (lít/giờ)}$$ (với $S = 3\text{ mm} \rightarrow V_{C_2H_2} = 200 \div 260\text{ lít/giờ})$.

  3. Bài 3: Hàn gấp mép tấm mỏng (12 giờ: 2 LT - 10 TH)

    • Gia công phôi tấm mỏng thép $CT3$ kích thước $(200 \times 52 \times 1)\text{ mm}$, tạo mép gấp cao $2 \div 3\text{ mm}$ bằng ê-tô và búa nguội.
    • Kỹ thuật hàn trái không sử dụng que hàn phụ, dùng bép hàn số 1, áp suất $O_2$ ($1,5 \div 2,0\text{ bar}$), áp suất $C_2H_2$ ($0,1 \div 0,18\text{ bar}$), góc nghiêng mỏ hàn $20^\circ \div 25^\circ$, chuyển động mỏ hàn theo hình tròn lệch, cách nút nhân ngọn lửa $2 \div 3\text{ mm}$.

  4. Bài 4: Hàn góc (12 giờ: 2 LT - 10 TH)

    • Kỹ thuật hàn góc không vát cạnh ở vị trí hàn bằng liên kết chữ T thép tấm $CT3$ $(200 \times 50 \times 3)\text{ mm}$.
    • Thiết lập góc nghiêng mỏ hàn $45^\circ$ so với hai mặt phẳng liên kết và $70^\circ \div 80^\circ$ so với trục đường hàn về phía ngược hướng hàn; que hàn nghiêng $40^\circ$. Kỹ thuật tạo vũng chảy nung ngấu chân mối hàn và điều chỉnh nhân ngọn lửa để đảm bảo hai cạnh mối hàn bằng nhau.

  5. Bài 5: Hàn đắp mặt trụ tròn (12 giờ: 2 LT - 8 TH - 2 KT)

    • Phạm vi ứng dụng: Phục hồi chi tiết mòn hoặc tạo lớp bề mặt có cơ tính đặc biệt (chống mài mòn, chống ăn mòn) trên trục thép $CT3$ kích thước $\phi 30 \times 150\text{ mm}$.
    • Chế độ hàn: Gá chi tiết nghiêng $0^\circ \div 10^\circ$, sử dụng bép hàn số 3 hoặc 4. Trình tự phân bố các đường hàn đối xứng qua tâm trục ($1-2-3-4-5-6-7-8$) để giảm ứng suất dư và biến dạng nhiệt; đường hàn sau phủ chồng lên đường hàn trước khoảng $1/3$ chiều rộng mối hàn.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết nhiệt hóa và ngọn lửa hàn khí: Bản chất phản ứng cháy giữa axêtylen và ôxy tạo nhiệt độ cao; cấu trúc nhiệt độ của các vùng trong ngọn lửa; tác dụng bảo vệ kim loại lỏng của vùng hoàn nguyên khỏi sự xâm nhập của ôxy và nitơ trong không khí.
  • Nguyên lý vận hành và kiểm soát áp suất khí: Phân loại mỏ hàn kiểu hút và mỏ hàn đẳng áp; nguyên lý giảm áp bằng van hai cấp; cơ chế tự động ngắt dòng khí khi xảy ra hiện tượng cháy ngược nhờ bình ngăn lửa tạt lại.
  • Bảng quy chuẩn số hiệu bép hàn theo chiều dày vật hàn:
Chiều dày vật hàn ($mm$) $0,8 - 1,5$ $1,5 - 3,2$ $3,2 - 4,8$ $4,8 - 8,0$ $8,0 - 12$ $12 - 16$ $16 - 20$
Số hiệu bép hàn 1 2 3 4 5 6 7
  • Cơ chế luyện kim và khuyết tật mối hàn khí: Nhận diện nguyên nhân nhiệt học và thao tác học dẫn đến các khuyết tật: cháy cạnh, lẫn xỉ/ngậm xỉ, đóng cục, rỗ khí, không ngấu chân, biến dạng liên kết.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác tháo lắp, kiểm tra độ kín khít các mối nối khí bằng dung dịch nước xà phòng; thao tác thông rửa, chọn và lắp bép hàn phù hợp; kỹ thuật mồi lửa, điều chỉnh nhân ngọn lửa đạt trạng thái trung tính; phối hợp nhịp nhàng giữa tay cầm mỏ hàn và tay cấp que phụ.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích hình dạng vũng hàn lỏng; tính toán lưu lượng tiêu hao khí theo độ dày chi tiết ($V_{C_2H_2}$); phân tích sai số kích thước và độ biến dạng phôi sau hàn để điều chỉnh thứ tự đường hàn đắp hoặc khoảng cách gá đính ($30 \div 50\text{ mm}$).
  • Kỹ năng thực hành (Practical competencies): Vạch dấu, cắt phôi bằng dụng cụ nguội; làm sạch gỉ sét, oxit, dầu mỡ trong phạm vi $20 \div 30\text{ mm}$ quanh mép hàn; sử dụng dưỡng kiểm tra mối hàn cơ khí chuyên dụng để đo độ lệch phôi, đo chiều cao phần nhô ($\le 2\text{ mm}$, phạm vi đo đến $25\text{ mm}$) và đo chiều sâu cháy chân ($0 \div 5\text{ mm}$).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình triển khai phương pháp tiếp cận tích hợp mô-đun hóa, kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết công nghệ và thực hành tại xưởng theo tỷ lệ 1:4,6 (10 giờ lý thuyết và 46 giờ thực hành). Mỗi bài học được xây dựng theo một chu trình thao tác chuẩn:

[Mục tiêu bài học] 
[Chuẩn bị: Thiết bị, Dụng cụ đo, Vật liệu, Phôi hàn]
[Quy trình thao tác: Cắt phôi -> Vạch dấu -> Làm sạch mép 20-30mm -> Gá đính]
[Kỹ thuật hàn: Thiết lập ngọn lửa -> Góc mỏ/que -> Chuyển động hàn -> Kết thúc]
[Đo kiểm ngoại dạng bằng Dưỡng/Thước -> Nhận diện khuyết tật & Khắc phục]
  • Bài tập thực hành và giải quyết tình huống kỹ thuật:
    • Tình huống sự cố nguồn khí: Xử lý rò rỉ khí tại đầu lắp van giảm áp, hiện tượng ngọn lửa nổ khi mồi do bép biến dạng hoặc sai tỷ lệ khí, hiện tượng ngọn lửa tạt lại khi bép hàn quá nóng.
    • Gia công tạo hình liên kết: Thực hành uốn mép phôi mỏng $1\text{ mm}$ trên ê-tô không để nứt mép; gá đính liên kết góc vuông $90^\circ$ giữ độ thẳng phẳng; sắp xếp thứ tự 8 đường hàn đắp so le trên bề mặt trục tròn $\phi 30\text{ mm}$.
  • Phương pháp đánh giá kết quả (Assessment methods):
    • Đánh giá quá trình: Kiểm tra quy trình an toàn PCCC, kỹ thuật mở van chai khí (mở nhẹ $1/2$ vòng, không đứng trực diện van), thao tác xả khí và điều chỉnh ngọn lửa.
    • Đánh giá sản phẩm: Kiểm tra ngoại quan bằng mắt thường và đo đạc thông số hình học mối hàn bằng thước lá, thước kẹp, dưỡng đo chuyên dụng theo các tiêu chí: độ lồi mối hàn $\le 2\text{ mm}$, độ sâu ngấu đáy, hiện tượng khuyết cạnh, chảy tràn, độ đều của vảy hàn.
    • Đánh giá định kỳ: Hai bài kiểm tra thực hành độc lập được tích hợp tại Bài 2 (2 giờ) và Bài 5 (2 giờ).
  • Hướng dẫn tự học: Học viên tự tra cứu bảng công suất ngọn lửa, luyện tập kỹ năng tính toán lưu lượng khí $C_2H_2$ theo chiều dày $S$, nghiên cứu bảng phân tích khuyết tật (nguyên nhân và biện pháp khắc phục) để hoàn thiện kỹ năng kiểm soát vũng hàn.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các chuẩn hóa kỹ thuật và quy định an toàn chuyên ngành cơ khí hàn:

  1. Chuẩn hóa hệ thống thiết bị an toàn chống cháy ngược: Giáo trình mô tả chi tiết nguyên lý cấu tạo và quy trình lắp đặt của bình ngăn ngọn lửa tạt lại dùng môi chất nước cùng thiết bị chống cháy ngược lắp ở đuôi mỏ hàn hoặc lối ra của van giảm áp. Tài liệu nêu rõ quy chuẩn: các cơ cấu an toàn phải được kiểm tra chức năng định kỳ hàng năm bởi nhà chuyên môn được phê chuẩn.
  2. Hệ thống hóa thông số công nghệ theo định lượng: Thay vì mô tả định tính, giáo trình cung cấp bảng tra số hiệu bép hàn (từ số 1 đến số 7 tương ứng với các dải chiều dày kim loại từ $0,8\text{ mm}$ đến $20\text{ mm}$), thông số áp lực khí làm việc cụ thể bằng đơn vị bar ($O_2: 2,5 \div 3,0\text{ bar}$; $C_2H_2: 0,25 \div 0,3\text{ bar}$ khi hàn thép $3\text{ mm}$), góc nghiêng mỏ hàn theo từng dạng liên kết ($20^\circ \div 25^\circ$ đối với tấm mỏng gấp mép; $25^\circ \div 30^\circ$ đối với giáp mối hàn bằng).
  3. Quy chuẩn đo kiểm khuyết tật hình học: Tài liệu tích hợp hướng dẫn sử dụng dưỡng đo chuyên dụng trong nghề hàn để xác định chính xác độ lệch phôi, chiều sâu khuyết tật cháy chân rãnh hàn ($0 \div 5\text{ mm}$) và chiều cao kim loại đắp (đo đến $25\text{ mm}$), phục vụ công tác kiểm định chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn kỹ thuật cơ khí.
  4. Tính ứng dụng sản xuất: Nội dung bài học gắn liền với các công việc chế tạo và sửa chữa thực tế như kỹ thuật hàn đắp phục hồi trục tròn bị mòn cơ học, hàn chi tiết vỏ hộp tấm mỏng bằng phương pháp gấp mép không tiêu hao que hàn phụ.

Đối tượng sử dụng giáo trình

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

  • Sinh viên, học viên: Dành cho sinh viên năm thứ hai theo học hệ Cao đẳng nghề và học viên hệ Trung cấp nghề ngành Hàn. Phục vụ học tập mô đun chuyên môn $MĐ18$ trong chương trình đào tạo chính quy.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học/mô đun trước đó bao gồm:
    • Chế tạo phôi hàn (nắm vững kỹ năng nguội, vạch dấu, cưa, giũa, uốn phôi).
    • Gá lắp kết cấu hàn (kỹ năng sử dụng đồ gá, ke vuông, kìm kẹp định vị).
    • Thiết bị hàn (nguyên lý cấu tạo thiết bị áp lực, bình khí nén).
  • Giảng viên chuyên ngành cơ khí hàn: Sử dụng làm giáo trình giảng dạy tiêu chuẩn, căn cứ xây dựng kế hoạch bài giảng tích hợp 60 giờ, chuẩn bị vật tư thực hành (thép tấm $CT3$, thép tròn $\phi 30\text{ mm}$, que hàn thép cácbon thấp $\phi 2,4\text{ mm}$, khí $O_2$, $C_2H_2$, đá đất đèn $CaC_2$) và thiết lập barem chấm điểm kiểm tra mối hàn.
  • Kỹ thuật viên và công nhân cơ khí: Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các khóa đào tạo ngắn hạn, bồi dưỡng nâng bậc thợ, tra cứu quy trình vận hành hệ thống cấp khí an toàn và kỹ thuật hàn đắp phục hồi chi tiết máy tại các phân xưởng cơ khí, công trường xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ đào tạo nghề Hàn trình độ Cao đẳng và Trung cấp (chủ yếu cho sinh viên năm thứ hai), đồng thời dùng làm tài liệu tham khảo cho công nhân kỹ thuật cơ khí, cán bộ quản lý phân xưởng và các khóa đào tạo ngắn hạn.

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

Người học cần hoàn thành 3 môn học/mô đun nền tảng: Chế tạo phôi hàn, Gá lắp kết cấu hàn, và Thiết bị hàn; đồng thời nắm vững kỹ năng cơ khí nguội cơ bản (vạch dấu bằng mũi vạch, cưa, giũa phẳng mép phôi, sử dụng ê-tô) và an toàn thiết bị áp lực.

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

Giáo trình thiết kế theo cấu trúc mô-đun tích hợp với thời lượng thực hành chiếm 76,7% (46/60 giờ). Mọi thông số kỹ thuật (số hiệu bép hàn 1–7, áp suất $O_2/C_2H_2$, công thức $V_{C_2H_2}$, góc nghiêng mỏ hàn) đều được lượng hóa cụ thể kèm theo quy trình đo kiểm khuyết tật bằng dưỡng đo chuyên dụng và giải pháp phòng chống cháy ngược.

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

Học viên cần nắm vững quy tắc an toàn và các tỷ lệ ngọn lửa ở Bài 1; khi thực hành cần chuẩn bị phôi đúng kích thước bản vẽ (làm sạch mép $20 \div 30\text{ mm}$), tính toán đúng lưu lượng khí theo chiều dày thép $CT3$, sau đó đối chiếu sản phẩm với bảng nguyên nhân - biện pháp khắc phục khuyết tật (cháy cạnh, ngậm xỉ, đóng cục) để điều chỉnh tốc độ và góc nghiêng mỏ hàn.

5. Có tài liệu và bản vẽ bổ trợ nào kèm theo trong giáo trình?

Giáo trình tích hợp sẵn bản vẽ chi tiết các mẫu phôi gia công thực hành (thép tấm $CT3$ dày $1\text{ mm}$ và $3\text{ mm}$, thép tròn $\phi 30\text{ mm}$), bảng phân loại bép hàn, sơ đồ cấu tạo bình ngăn lửa tạt lại, sơ đồ thứ tự các đường hàn đắp phân bố nhiệt đối xứng và hướng dẫn sử dụng dưỡng kiểm tra mối hàn.

Kết luận

Giáo trình môn học/mô đun Hàn khí (MĐ18) của Trường Cao đẳng Nghề Xây dựng cung cấp hệ thống kiến thức kỹ thuật và quy trình thực hành chuẩn mực về phương pháp hàn khí $O_2 - C_2H_2$. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở tính định lượng kỹ thuật cao, kết hợp chặt chẽ giữa an toàn vận hành nguồn khí, kỹ thuật điều khiển vũng hàn lỏng và quy trình kiểm định chất lượng mối liên kết theo tiêu chuẩn cơ khí.

Lộ trình học tập được thiết lập tuần tự qua 5 bài học: bắt đầu từ kỹ năng lắp ráp và vận hành an toàn hệ thống thiết bị khí $\rightarrow$ thực hiện mối hàn giáp mối cơ bản trên thép tấm $\rightarrow$ xử lý liên kết gấp mép tấm mỏng không que phụ $\rightarrow$ kiểm soát góc hàn không gian $\rightarrow$ hoàn thiện kỹ thuật hàn đắp phục hồi bề mặt chi tiết trục tròn. Mô đun này là cơ sở kỹ thuật hỗ trợ người học chuyển tiếp sang các mô đun công nghệ hàn nâng cao trong chương trình đào tạo nghề Hàn như hàn hồ quang tay ($SMAW$), hàn trong môi trường khí bảo vệ ($GMAW/FCAW/GTAW$) và chế tạo kết cấu cơ khí phức tạp.