Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mô đun: Hàn MIG/MAG cơ bản (Mã mô đun: MĐ18) là tài liệu đào tạo chuyên ngành thuộc chương trình đào tạo nghề Hàn ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp. Giáo trình được ban hành chính thức kèm theo Quyết định số 285/QĐ-CĐN ngày 21 tháng 7 năm 2017 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Hà Nam (thuộc Sở Lao động – Thương binh và Xã hội tỉnh Hà Nam), do chuyên gia Vũ Quang Phiệt làm chủ biên. Trong khung chương trình đào tạo nghề Hàn, mô đun MĐ18 được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành hoặc học song song với các môn học kỹ thuật cơ sở từ MH07 đến MH12 cùng các mô đun kỹ thuật liên quan từ MĐ13 đến MĐ16.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới việc trang bị cho người học hệ thống kiến thức toàn diện về công nghệ hàn hồ quang kim loại trong môi trường khí bảo vệ (GMAW - Gas Metal Arc Welding). Sau khi hoàn thành mô đun, người học có khả năng giải thích nguyên lý hoạt động của thiết bị hàn một chiều (DC), phân loại chính xác các loại vật liệu tiêu hao (dây hàn, khí bảo vệ), tính toán và thiết lập các thông số chế độ hàn phù hợp với tính chất và chiều dày vật liệu. Về mặt kỹ năng, giáo trình chuẩn hóa quy trình thực hành hàn các liên kết góc và liên kết giáp mối ở các vị trí không gian 1F, 1G, 2F và 3F trên thép cacbon thấp, đảm bảo đúng yêu cầu kích thước bản vẽ và tiêu chuẩn kỹ thuật kiểm tra khuyết tật mối hàn.

Giáo trình được biên soạn theo hình thức mô đun tích hợp chặt chẽ giữa lý thuyết kỹ thuật và thực hành tay nghề. Cấu trúc bài giảng đi từ lý thuyết cơ sở về hồ quang và an toàn phân xưởng, nguyên lý vận hành thiết bị, đến các bài tập thực hành từng vị trí hàn cụ thể. Điểm đặc trưng của tài liệu là tính định lượng rõ ràng thông qua hệ thống bảng tra thông số công nghệ chuẩn (dòng điện $I_h$, điện áp $U_h$, tốc độ cấp dây, lưu lượng khí) và sự đối chiếu với các tiêu chuẩn quốc tế như AWS (Hoa Kỳ) và DIN (Đức).


Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ thành 6 bài học chính theo tiến trình sư phạm kỹ thuật:

  • Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn MIG, MAG (Mã bài: 18.01): Trình bày nguyên lý hàn GMAW, phân biệt phương pháp hàn MAG (khí hoạt tính: $\text{CO}_2$, $\text{CO}_2+\text{O}_2$, $\text{CO}_2+\text{Ar}$) và MIG (khí trơ: $\text{Ar}$, $\text{He}$); phân loại dây hàn mạ đồng theo tiêu chuẩn AWS (từ E70S-2 đến E70S-7); quy chuẩn thành phần khí theo DIN 32 526; nhận diện các dạng khuyết tật mối hàn; các quy định an toàn vệ sinh lao động về điện áp sơ cấp ($230\text{V} \div 460\text{V}$), điện áp thứ cấp ($60\text{V} \div 100\text{V}$), bức xạ cực tím (UV), hồng ngoại (IR) và áp suất chai chứa khí.
  • Bài 2: Vận hành máy hàn MIG/MAG (Mã bài: 18.02): Khảo sát cấu tạo máy biến áp - chỉnh lưu; đặc tính ngoài nằm ngang của nguồn điện áp không đổi (Constant Voltage - CV); cơ cấu cấp dây 2 bánh xe và 4 bánh xe với dải tốc độ $1 \div 18\text{ m/phút}$; cấu tạo mỏ hàn, ống dẫn hướng và bép tiếp điện (contact tip); phân tích các kiểu chuyển dịch kim loại (ngắn mạch, cầu, tia, xung, xoáy); kỹ thuật dao động mỏ hàn (đường thẳng, răng cưa, bán nguyệt, tam giác).
  • Bài 3: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn 1F (Mã bài: 18.03): Quy trình chuẩn bị phôi thép CT3 kích thước $200 \times 40 \times 4\text{ mm}$; kỹ thuật hàn đính cách mép $10\text{ mm}$, chiều dài mối đính $15\text{ mm}$; chế độ hàn góc 1F ($I_h = 100\text{ A}$, $U_h = 18 \div 20\text{ V}$, tốc độ hàn $16 \div 20\text{ m/h}$, lưu lượng khí $\text{CO}_2$ $8 \div 10\text{ l/phút}$); kiểm tra và sửa chữa khuyết tật rỗ khí, cháy cạnh, không ngấu.
  • Bài 4: Hàn giáp mối thép cacbon thấp – Vị trí hàn 1G (Mã bài: 18.04): Quy trình hàn liên kết giáp mối không vát mép và có vát mép; kỹ thuật tăng dòng hàn khi đính từ $10% \div 15%$; thiết lập thông số hàn giáp mối tấm dày $4\text{ mm}$ sử dụng dây $\phi 1.4\text{ mm}$ ($I_h = 280\text{ A}$, $U_h = 22 \div 39\text{ V}$, tốc độ hàn $20 \div 25\text{ m/h}$, khí $\text{CO}_2$ $14 \div 16\text{ l/phút}$); phương pháp dao động mỏ hàn bán nguyệt hoặc răng cưa biên độ $4 \div 5\text{ mm}$.
  • Bài 5: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn 2F (Mã bài: 18.05): Kỹ thuật định vị liên kết góc ở vị trí hàn ngang 2F; điều chỉnh góc độ mỏ hàn đối với hai mặt phẳng phôi nhằm kiểm soát lực trọng trường tác động lên vũng hàn lỏng; chế độ công nghệ và quy trình làm sạch, đánh giá mối hàn kết cấu dầm, khung tàu.
  • Bài 6: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn 3F (Mã bài: 18.06): Kỹ thuật hàn góc đứng ở tư thế 3F (hàn leo từ dưới lên); phương pháp kiểm soát nhiệt lượng đầu vào nhằm ngăn ngừa chảy xệ kim loại mối hàn; các thao tác dừng biên mỏ hàn để điền đầy chân mối hàn.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp các nguyên lý cơ bản của quá trình luyện kim hàn và vật lý hồ quang:

  • Bản chất vật lý của hồ quang GMAW: Nguồn nhiệt sinh ra từ hồ quang giữa điện cực nóng chảy cấp liên tục và vật hàn. Năng lượng dòng điện tận dụng tác dụng nhiệt (nung nóng bằng điện trở tiếp xúc và nhiệt hồ quang) cùng tác dụng từ (lực co thắt điện từ pinching effect tạo sự tách giọt kim loại lỏng).
  • Đặc tính nguồn điện: Sử dụng dòng điện một chiều đấu nghịch DCEP (cực dương nối súng hàn, cực âm nối vật hàn). Đường đặc tính ngoài nguồn hàn dạng phẳng (nằm ngang), trong đó dòng điện hàn được tự động điều chỉnh thông qua việc thay đổi tốc độ cấp dây. Điện áp không tải thiết bị giới hạn dưới $113\text{V}$, điện áp hàn làm việc từ $15\text{V} \div 30\text{V}$.
  • Phân loại và luyện kim dây hàn: Yêu cầu thành phần hợp kim hóa khử oxy ($\text{Si}$, $\text{Mn}$, $\text{Ti}$) nhằm bù trừ các nguyên tố bị cháy trong vũng hàn do tác dụng của khí hoạt tính. Tiêu chuẩn AWS quy định cơ tính dây hàn: giới hạn bền kéo tối thiểu $72.000\text{ psi}$, giới hạn chảy tối thiểu $60.000\text{ psi}$, độ giãn dài tối thiểu $22%$.
  • Nhiệt động học khí bảo vệ: Tác động của các loại khí đến hình dạng tiết diện vũng hàn: khí $\text{Ar}$ cho tiết diện dạng núm vú, khí $\text{He}$ cho tiết diện hình parabol ngấu sâu và rộng; khí $\text{CO}_2$ nguyên chất tạo hồ quang ngấu sâu, năng suất đắp cao nhưng tăng mức độ bắn tóe. Phân loại khí theo tiêu chuẩn DIN 32 526 quy định các tỷ lệ phối trộn ($\text{Ar} + \text{He}$, $\text{Ar} + \text{CO}_2$, $\text{Ar} + \text{O}_2$).
                      HÌNH DẠNG TIẾT DIỆN VŨNG HÀN THEO KHÍ BẢO VỆ
      Khí Argon (Ar)           Khí Heli (He)            Khí CO2 / Hỗn hợp
      (Dạng núm vú)            (Dạng parabol)             (Ngấu sâu)
  • Cơ chế chuyển dịch kim loại: Phân tích 5 trạng thái chuyển dịch giọt lỏng: chuyển dịch ngắn mạch ($I_h = 50 \div 150\text{A}$, $U_h = 14 \div 22\text{V}$), chuyển dịch cầu ($I_h = 150 \div 300\text{A}$, $U_h = 19 \div 27\text{V}$), chuyển dịch dạng tia ($I_h > 300\text{A}$, $U_h = 20 \div 45\text{V}$, yêu cầu khí bảo vệ chứa $>80% \text{Ar}$), hồ quang xung và hồ quang xoáy (khi mật độ dòng $>300\text{A/mm}^2$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Căn chỉnh và thay thế bánh xe chuyển dây (rãnh hình nêm cho dây thép, rãnh tròn cho dây mềm như nhôm); lắp đặt ống dẫn hướng, contact tip đồng tâm với mỏ phun khí; thao tác điều chỉnh lưu lượng khí trên van giảm áp tích hợp bộ sấy nhiệt.
  • Kỹ năng phân tích và tính toán công nghệ: Tính toán và lựa chọn thông số chế độ hàn ($I_h$, $U_h$, $v_h$, lưu lượng khí, tầm với điện cực $L_d = 8 \div 15\text{ mm}$) tương ứng với đường kính dây hàn danh nghĩa ($\phi 0.8 \div 2.4\text{ mm}$) và chiều dày liên kết phôi thép CT3.
  • Kỹ năng thao tác thực tế: Cầm mỏ hàn theo phương pháp hàn tiến (nghiêng về phía trước) hoặc hàn lùi (nghiêng về phía sau $75^\circ \div 80^\circ$); thao tác bù nhiệt điểm bắt đầu và chấm ngắt hồ quang kết thúc mối hàn trong 5 giây để khử rãnh lõm; thực hiện các đường dao động răng cưa, bán nguyệt, tam giác ở các vị trí 1F, 1G, 2F, 3F; xử lý loại bỏ khuyết tật mối hàn (rỗ xốp, cháy cạnh, không thấu).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo tích hợp (kết hợp đồng thời giữa lý thuyết chuyên môn và thực hành nghề nghiệp). Tiến trình bài học được thiết kế theo cấu trúc module hóa: cung cấp nguyên lý -> hướng dẫn vận hành thiết bị -> thị phạm kỹ thuật thao tác -> tổ chức luyện tập trên phôi mẫu chuẩn -> kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm.

Hệ thống bài tập thực hành được tiêu chuẩn hóa cụ thể qua từng bài:

  • Quy cách phôi gia công: Phôi thép kết cấu CT3 kích thước $200 \times 40 \times 4\text{ mm}$, yêu cầu nắn phẳng, làm sạch gỉ sét mép hàn.
  • Trang thiết bị thực hành: Máy hàn MIG/MAG nguồn DC kèm bộ cấp dây tách rời, bình khí $\text{CO}_2$ tinh khiết $100%$, dây hàn ER 70S-6, đồ gá chuyên dụng cho các vị trí không gian (1F, 1G, 2F, 3F), dụng cụ mài tay và trang thiết bị bảo hộ lao động.
  • Tiêu chí đánh giá kết quả học tập:
    1. Đánh giá quá trình: Kiểm tra thao tác an toàn điện, kỹ thuật chuẩn bị phôi, tư thế cầm mỏ hàn, góc nghiêng và tầm với dây hàn, duy trì sự ổn định của cột hồ quang.
    2. Đánh giá chất lượng sản phẩm: Đo đạc kích thước mối hàn (chiều cao đắp, bề rộng, cạnh mối hàn góc $4\text{ mm}$); kiểm tra ngoại quan độ đồng đều của vẩy hàn; phát hiện khuyết tật (mức độ bắn tóe, rỗ khí, cháy cạnh, độ ngấu chân mối hàn).
    3. Đánh giá định mức thời gian và an toàn: Tuân thủ quy định thời gian gia công, quy chuẩn an toàn áp suất chai khí và an toàn bảo hộ mắt trước tia UV.

Hướng dẫn tự học đối với người học tập trung vào việc rèn luyện kỹ năng quan sát đồng hồ đo lưu lượng khí, vôn kế, ampe kế trên bảng điều khiển nguồn hàn; đối chiếu tiếng rít hồ quang thực tế ("tiếng cháy re re và giòn") để tinh chỉnh tốc độ cấp dây và điện áp hồ quang; phân tích nguyên nhân các dạng khuyết tật từ bảng hướng dẫn xử lý sự cố để tự hiệu chỉnh góc độ mỏ hàn.


Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp công nghệ thiết bị hiện đại: Giáo trình cập nhật nguyên lý cấu tạo của nguồn hàn MIG/MAG ứng dụng công nghệ nghịch lưu (Inverter) và kỹ thuật điều khiển số, phân tích ưu điểm tiết kiệm điện năng, dải điều chỉnh dòng hàn mịn và nâng cao độ ổn định của cột hồ quang so với máy biến áp chỉnh lưu truyền thống.
  • Hệ thống hóa các chế độ dịch chuyển hồ quang: Tài liệu phân loại chi tiết các kiểu dịch chuyển hồ quang tiên tiến gồm hồ quang xung (Pulsed Arc) và hồ quang xoáy (Rotational Arc). Trong đó nêu rõ điều kiện ứng dụng hồ quang xung với hàm lượng $\text{Ar} > 70%$ để kiểm soát nhiệt lượng khi hàn kết cấu thép hợp kim và nhôm mỏng, giúp giảm tối đa biến dạng nhiệt.
                      CÁC DẠNG CHUYỂN DỊCH KIM LOẠI TRONG HỒ QUANG
  • Chuẩn hóa dữ liệu theo tiêu chuẩn quốc tế: Tài liệu tích hợp hệ thống ký hiệu phân loại dây hàn thép cacbon theo tiêu chuẩn AWS của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ (với các mác dây từ E70S-2 đến E70S-7) và bảng phân loại thành phần hỗn hợp khí bảo vệ theo tiêu chuẩn DIN 32 526 (ký hiệu nhóm I1, I3, M1.1, M2.3, C).
  • Liên kết chặt chẽ với thực tế chế tạo công nghiệp: Các bài tập thực hành được xây dựng trực tiếp trên các dạng liên kết điển hình trong sản xuất cơ khí: liên kết góc chế tạo kết cấu dầm xà công nghiệp (Bài 3, Bài 5) và liên kết giáp mối chế tạo vỏ tàu thủy, bồn bể áp lực (Bài 4).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Áp dụng cho sinh viên theo học trình độ Cao đẳng và học sinh trình độ Trung cấp thuộc nhóm ngành/nghề Hàn, Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo thiết bị cơ khí và Cơ khí đóng tàu.
  • Điều kiện tiên quyết: Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở gồm các môn học kỹ thuật đại cương và cơ sở nghề từ MH07 đến MH12 (Vẽ kỹ thuật, Cơ học cơ sở, Vật liệu học, Dung sai lắp ghép) cùng các mô đun kỹ năng nền tảng từ MĐ13 đến MĐ16 (Nguội cơ bản, Hàn hồ quang tay cơ bản).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm giáo trình giảng dạy chính thức cho mô đun MĐ18; làm căn cứ xây dựng đề cương chi tiết, giáo án tích hợp, phiếu hướng dẫn thực hành và thang tiêu chí chấm điểm kiểm tra tay nghề kết thúc mô đun.
  • Kỹ thuật viên và công nhân sản xuất: Tài liệu đóng vai trò sổ tay tra cứu thông số kỹ thuật công nghệ cho thợ hàn, giám sát hàn tại các phân xưởng cơ khí, nhà máy chế tạo kết cấu thép nhằm đối chiếu tiêu chuẩn dây hàn AWS, điều chỉnh tỷ lệ khí trộn và xử lý khuyết tật mối hàn.

Câu hỏi thường gặp

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

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho chương trình đào tạo nghề Hàn ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp theo chuẩn chương trình khung của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội ban hành cho Trường Cao đẳng nghề Hà Nam. Ngoài ra, giáo trình có thể sử dụng để đào tạo bổ sung cho các nghề cơ khí chế tạo liên quan.

2. Cần hoàn thành những môn học tiên quyết nào trước khi học mô đun này?

Người học bắt buộc phải học trước hoặc bố trí học song song các môn học kỹ thuật cơ sở MH07 – MH12 và các mô đun kỹ năng cơ bản MĐ13 – MĐ16 nhằm nắm vững kiến thức đọc bản vẽ cơ khí, dung sai, tính chất vật liệu kim loại và thao tác dụng cụ nguội, gá lắp liên kết.

3. Điểm đặc thù về công nghệ của phương pháp hàn MIG/MAG trong giáo trình là gì?

Phương pháp hàn MIG/MAG (GMAW) sử dụng hồ quang được tạo bởi điện cực nóng chảy cấp tự động liên tục trong môi trường khí bảo vệ trơ hoặc hoạt tính. Đặc trưng công nghệ là năng suất đắp cao gấp 2,5 lần so với hàn hồ quang tay, vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp, mức độ biến dạng liên kết thấp và khả năng hàn được ở mọi vị trí không gian.

4. Làm thế nào để tự học và rèn luyện kỹ năng thực hành hiệu quả theo giáo trình?

Người học cần kết hợp việc nắm vững bảng thông số công nghệ ($I_h$, $U_h$, $v_h$, tầm với điện cực $L_d$) với việc quan sát các hiện tượng cháy của hồ quang. Thực hiện kiểm soát tư thế cầm mỏ hàn nghiêng $75^\circ \div 80^\circ$, căn chỉnh tốc độ dao động mỏ hàn dừng tại hai biên để chống khuyết cạnh và tuân thủ tuyệt đối quy trình chấm ngắt hồ quang kết thúc mối hàn.

5. Tài liệu cung cấp những thông số tra cứu kỹ thuật tiêu chuẩn nào?

Giáo trình cung cấp các bảng tra cứu kỹ thuật chuẩn hóa: Bảng phân loại dây hàn thép cacbon theo AWS (E70S-2 đến E70S-7); Bảng thành phần hỗn hợp khí bảo vệ theo DIN 32 526; Bảng chế độ hàn tương quan giữa chiều dày phôi ($4\text{ mm}$), đường kính dây ($1.0 \div 1.4\text{ mm}$), dòng điện, điện áp và lưu lượng khí cho các vị trí hàn 1F, 1G, 2F.


Kết luận

Giáo trình Hàn MIG/MAG cơ bản (MĐ18) do Trường Cao đẳng nghề Hà Nam biên soạn cung cấp hệ thống tri thức hoàn chỉnh và chuẩn mực về kỹ thuật hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ. Nội dung tài liệu kết hợp giữa cơ sở lý thuyết luyện kim, vật lý hồ quang, đặc tuyến thiết bị điều khiển với quy trình hướng dẫn thực hành chi tiết trên phôi thép kết cấu CT3. Lộ trình học tập được cấu trúc tuần tự từ nguyên lý cơ bản, kỹ năng vận hành thiết bị, đến các kỹ thuật hàn liên kết góc và giáp mối ở các vị trí 1F, 1G, 2F, 3F. Đây là tài liệu phục vụ đắc lực cho công tác đào tạo chuyên ngành hàn tại các cơ sở giáo dục nghề nghiệp và làm tài liệu tham khảo kỹ thuật trong thực tế sản xuất cơ khí chế tạo.