Tổng quan về giáo trình
Giáo trình "Tài liệu giảng dạy Mô đun: Thực hành hàn" được biên soạn bởi Khoa Cơ khí – Xây dựng thuộc Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp, ban hành theo Quyết định của Hiệu trưởng vào năm 2017. Tài liệu được thiết kế chuyên biệt cho chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại ở trình độ Cao đẳng. Trong cấu trúc chương trình đào tạo cơ khí, mô đun này giữ vai trò trang bị khối kiến thức và kỹ năng gia công liên kết kim loại cơ bản, bổ trợ trực tiếp cho các công đoạn phôi mẫu, gá đặt kết cấu và phục hồi chi tiết máy trước hoặc sau quá trình cắt gọt.
Mục tiêu học tập của giáo trình hướng đến việc cung cấp cho người học hệ thống lý thuyết về bản chất nhiệt - điện của quá trình hàn, nguyên lý hình thành mối liên kết không tháo rời và kỹ thuật tính toán thông số công nghệ hàn hồ quang tay (SMAW). Về mặt thực hành, tài liệu chuẩn hóa các thao tác chuẩn bị phôi, gá đặt bù biến dạng, kỹ thuật mồi - duy trì hồ quang, kỹ thuật dao động mỏ/que hàn ở nhiều vị trí không gian (hàn bằng, hàn đứng, hàn chếch, hàn ngang) và quy trình xử lý khuyết tật cơ bản.
Cấu trúc giáo trình đi từ các quy định an toàn phân xưởng, lý thuyết đại cương, phương pháp tính toán chế độ công nghệ đến chuỗi bài tập thực hành theo mức độ tăng dần về độ khó không gian và hình thái liên kết. Cách tiếp cận của tài liệu mang tính quy chuẩn thao tác kỹ thuật cơ điện tử - cơ khí chế tạo, định lượng cụ thể các thông số kích thước phôi, cường độ dòng điện, góc nghiêng que hàn và chuẩn đánh giá mối ghép.
Nội dung kiến thức cốt lõi
Các chương/chủ đề chính
Nội dung tài liệu được chia thành phần mở đầu về nội quy xưởng và Phần I tập trung vào kỹ thuật Hàn điện thông qua các chủ đề kỹ thuật then chốt:
- Bài mở đầu và Bài 1: Nội quy xưởng - Khái niệm chung về hàn - Kỹ thuật an toàn khi hàn điện: Xác lập 12 điều quy định an toàn xưởng thực tập. Trình bày bản chất quá trình nung nóng cục bộ vật liệu đến trạng thái nóng chảy/chảy dẻo; phân tích ưu điểm (tiết kiệm 10–20% kim loại so với tán đinh, liên kết kín, giảm ồn) và nhược điểm (ứng suất dư, biến dạng cong vênh). Phân loại phương pháp hàn theo dạng năng lượng (điện, hóa học) và trạng thái kim loại (nóng chảy, áp lực); phân nhóm tính hàn của vật liệu thành 4 cấp độ (tốt, trung bình, hạn chế, xấu). Quy chuẩn hóa an toàn quang học, an toàn điện (tiết diện dây mát $\ge 25\text{ mm}^2$, nối đất vỏ máy) và phòng nổ, ngộ độc.
- Kỹ thuật hàn hồ quang tay & Tính toán chế độ hàn: Định nghĩa hiện tượng phóng điện trong môi trường khí ion hóa với nhiệt độ cột hồ quang đạt $1200^\circ\text{C}$ ở xung quanh và $6000^\circ\text{C}$ tại tâm. Hệ thống hóa công thức tính đường kính que hàn $d$, cường độ dòng điện $I_h$, điện áp $U_h$ và tốc độ hàn $V_h$. Phân tích 6 kiểu chuyển động que hàn: đường thẳng, đường thẳng đi lại, hình răng cưa, hình bán nguyệt, hình tam giác (tam giác cân, tam giác nghiêng), hình tròn (hình tròn đồng tâm, hình tròn lệch).
- Bài 3: Mồi và duy trì hồ quang: Hướng dẫn kỹ thuật chuẩn bị phôi thép kích thước $5 \times 50 \times 200\text{ mm}$, thiết lập dòng $140\text{ A}$. Chuẩn hóa 2 phương pháp mồi: mồi ma sát (quẹt diêm với góc nghiêng $45^\circ$, biên độ quẹt $50–70\text{ mm}$) và mồi mổ thẳng (tiếp xúc vuông góc, nhấc nhanh duy trì khe hở $2–4\text{ mm}$, tốc độ dịch chuyển $2–3\text{ mm/s}$).
- Bài 4 & Bài 5: Hàn bằng trên mặt phẳng và Hàn bằng giáp mí tôn mỏng: Kỹ thuật dẫn dòng trên phôi phẳng; thao tác khởi đầu ($50\text{ mm}$ đầu), nối đoạn (gõ sạch xỉ, gây hồ quang cách điểm nối $20\text{ mm}$) và kết thúc đường hàn (lấp rãnh lõm). Hàn ghép 2 tấm $5 \times 50 \times 200\text{ mm}$ không vát mép, que $d=3,2\text{ mm}$, đính mặt sau với góc bù biến dạng ngược $2^\circ$, kiểm soát kích thước mối hàn bề rộng $b=6–8\text{ mm}$, chiều cao $c=1–2\text{ mm}$.
- Bài 6: Hàn bằng giáp mí tôn dày (có vát mép): Quy trình hàn thép tấm $10 \times 50 \times 200\text{ mm}$, góc vát $30^\circ$, phần không vát $p=2\text{ mm}$, khe hở $a=2\text{ mm}$. Phân bổ 4 đường hàn 4 lớp: lớp đáy dùng que $d=3,2\text{ mm}$ chuyển động đường thẳng; các lớp 3 và 4 dùng que $d=4\text{ mm}$ ($I_h = 160\text{ A}$) chuyển động răng cưa hoặc bán nguyệt.
- Bài 7 & Bài 8: Hàn bằng chồng mí, Hàn góc trong và góc ngoài: Gá ghép mối hàn chồng mí với cạnh $k=5\text{ mm}$, đoạn chồng $20\text{ mm}$; kỹ thuật hàn tì que. Thiết lập chế độ dòng hàn cho góc trong ($I_h = 140\text{ A}$) và góc ngoài ($I_h = 120\text{ A}$), kỹ thuật điều chỉnh mặt phẳng phân giác que hàn.
- Bài 9: Kỹ thuật hàn đắp mặt phẳng và hàn đắp trục: Hàn đắp phục hồi trên phôi $5 \times 150 \times 150\text{ mm}$ và phôi trụ. Quy định độ chồng lấn giữa các đường hàn kế tiếp từ $1/3$ đến $1/2$ bề rộng mối hàn, đảo chiều đường hàn giữa các lớp để triệt tiêu ứng suất dư và hạn chế biến dạng hình học.
- Bài 10, 11, 12, 13: Kỹ thuật hàn ở các vị trí không gian (Chếch $45^\circ$, $60^\circ$, Hàn đứng, Hàn ngang): Kỹ thuật thao tác trong điều kiện trọng lực tác động lên vũng hàn lỏng. Hướng dẫn kỹ thuật chấm ngắt hồ quang khi hàn leo từ dưới lên, kỹ thuật hàn ngang giáp mí (que hàn nghiêng $75^\circ$ so với phương thẳng đứng, mặt trước ngắt hồ quang, mặt sau duy trì liên tục) nhằm tránh lỗi chảy xệ và khuyết cạnh.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| TIẾN TRÌNH ĐÀO TẠO MÔ ĐUN THỰC HÀNH HÀN (CAO ĐẲNG) |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|
v
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| 1. CƠ SỞ AN TOÀN VÀ NGUYÊN LÝ |
| - Nội quy xưởng thực tập & An toàn điện/quang học/chống cháy nổ |
| - Bản chất hồ quang ($1200 - 6000^\circ\text{C}$), tính hàn 4 nhóm kim loại |
| - Công thức tính chế độ hàn ($d$, $I_h$, $U_h$, $V_h$) |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|
v
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| 2. KỸ THUẬT NỀN TẢNG (VỊ TRÍ HÀN BẰNG 1G/1F) |
| - Thao tác mồi hồ quang: Quẹt diêm vs Mổ thẳng ($V_h = 2-3\text{ mm/s}$) |
| - Đường hàn thẳng, nối đoạn, kết thúc lấp rãnh lõm |
| - Hàn giáp mí tôn mỏng ($5\text{ mm}$) & Tôn dày vát mép ($10\text{ mm}$, 4 lớp)|
| - Hàn liên kết góc trong, góc ngoài, mối hàn chồng mí |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|
v
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| 3. KỸ THUẬT NÂNG CAO & KHÔNG GIAN PHỨC TẠP |
| - Hàn đắp phục hồi: Mặt phẳng & Mặt trục (chồng lấn $1/3-1/2$, đảo chiều) |
| - Hàn chếch $45^\circ$, $60^\circ$ & Hàn đứng leo ($90^\circ$, ngắt chấm điểm) |
| - Hàn ngang giáp mí/chồng mí (khống chế chảy xệ kim loại lỏng) |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|
v
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| 4. KIỂM SOÁT VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG |
| - Nhận diện khuyết tật: Lẫn xỉ, cháy cạnh, cháy thủng, không ngấu |
| - Kiểm tra hình thái: Chiều cao $c$, bề rộng $b$, độ lồi mặt sau, vảy hàn |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
Kiến thức nền tảng được xây dựng
Giáo trình xây dựng cơ sở lý thuyết dựa trên các công thức tính toán thông số công nghệ chuẩn:
- Xác định đường kính que hàn $d$ theo chiều dày phôi $s$ hoặc cạnh hàn $k$:
- Mối hàn giáp mối: $d = \frac{s}{2} + 1\text{ (mm)}$
- Mối hàn góc chữ T: $d = \frac{k}{2} + 2\text{ (mm)}$
- Cường độ dòng điện hàn $I_h$:
- Công thức giải tích: $I_h = (\alpha + \beta d)d$ (với que hàn thép: $\alpha = 20, \beta = 6$)
- Công thức thực nghiệm: $I_h = (40 \div 60)d\text{ (A)}$ (hiệu chỉnh $+15%$ khi $s > 3d$, $-15%$ khi $s < 1,5d$)
- Tốc độ hàn thực tế:
$$V_h = \frac{I_h \cdot \alpha_d}{3600 \cdot F_d \cdot \gamma}\text{ (mm/s)}$$
Trong đó hệ số đắp $\alpha_d = 7 \div 11\text{ g/Ah}$, khối lượng riêng kim loại đắp $\gamma = 7,85 \cdot 10^{-3}\text{ g/mm}^3$, $F_d$ là diện tích tiết diện kim loại đắp.
Kỹ năng phát triển
Người học được rèn luyện các kỹ năng thực nghiệm định lượng:
- Kỹ năng thao tác thiết bị: Khởi động, đấu nối biến áp/máy hàn xoay chiều, hiệu chỉnh chính xác dòng điện hàn từ $120\text{ A}$ đến $160\text{ A}$ tương ứng với từng bài tập.
- Kỹ năng gá đặt và xử lý phôi: Cắt phôi kích thước chuẩn ($5 \times 50 \times 200\text{ mm}$, $10 \times 50 \times 200\text{ mm}$, $5 \times 150 \times 150\text{ mm}$), vạch dấu, làm sạch dầu mỡ/gỉ sét, đính định vị với khoảng cách mối đính $b = (30 \div 50)s$, chiều dài đính $a = (3 \div 5)s$, tạo góc bù biến dạng $2^\circ$.
- Kỹ năng kiểm soát vũng hàn: Phân biệt quang thái xỉ lỏng (màu vàng nâu) và kim loại lỏng (màu vàng sáng) để điều chỉnh góc nghiêng que hàn ($70^\circ–80^\circ$) ngăn xỉ chảy vượt trước kim loại.
- Kỹ năng phân tích khuyết tật: Xác định nguyên nhân và quy trình sửa chữa các lỗi rỗ khí, lẫn xỉ, lệch cạnh, chảy xệ, cháy cạnh và thủng đáy mối hàn.
Phương pháp giảng dạy và học tập
Tài liệu thiết kế quy trình giảng dạy tích hợp giữa lý thuyết công nghệ và rèn luyện kỹ năng thực hành phân xưởng theo tiến trình 4 bước chuẩn:
[Tiếp thu lý thuyết & An toàn]
[Tính toán chế độ & Chuẩn bị phôi mẫu]
[Thao tác mẫu & Thực hành nhóm phân trạm]
[Gõ xỉ, Đo kiểm kích thước & Đánh giá khuyết tật]
- Mô hình tổ chức thực hành: Học sinh/sinh viên được phân công luyện tập theo trạm hàn độc lập hoặc nhóm nhỏ. Quy trình thực hành bắt đầu từ khâu kiểm tra thiết bị bảo hộ cá nhân (quần áo da, mũ bảo hộ, kính hàn, găng tay khô), kiểm tra nối đất vỏ máy hàn, sau đó tiến hành gá kẹp phôi chắc chắn lên bàn hàn trước khi đóng cầu dao điện.
- Hệ thống bài tập định lượng: Từng bài học tích hợp bài tập tính toán và thực thi trực tiếp trên mẫu phôi cụ thể. Ví dụ: Bài tập tính chế độ hàn giáp mí cho phôi thép dày $s = 4\text{ mm}$, khe hở đáy $a = 1\text{ mm}$, chiều rộng mối hàn $b = 6\text{ mm}$, chiều cao đắp $c = 2\text{ mm}$; hoặc bài tập hàn đắp bề mặt yêu cầu tính toán số lớp và phân đoạn nhiệt.
- Phương pháp đánh giá kết quả: Chất lượng bài tập được nghiệm thu trực tiếp tại xưởng dựa trên các tiêu chí hình học: độ thẳng trục đường hàn, bề rộng vảy hàn đồng đều ($b = 6 \div 8\text{ mm}$), chiều cao gia cố ($c = 1 \div 2\text{ mm}$), độ ngấu đáy mối hàn giáp mí, mức độ sạch xỉ và sự hiện diện của các khuyết tật bề mặt/cháy cạnh.
- Hướng dẫn tự rèn luyện: Người học quan sát vũng hàn nóng chảy, thực hiện phân đoạn hàn $30–50\text{ mm}$ để gõ xỉ kiểm tra, so sánh mẫu với các bạn trong nhóm và điều chỉnh góc độ que hàn hoặc cường độ dòng điện $I_h$ để làm chủ tốc độ di chuyển que hàn ($2 \div 3\text{ mm/s}$).
Điểm nổi bật và tính thực tiễn
Tài liệu giảng dạy phản ánh trung thực yêu cầu công nghệ gia công cơ khí thực tế tại doanh nghiệp và xưởng sản xuất cơ khí chế tạo:
- Tính chuẩn mực thông số: Toàn bộ quy trình gá đặt, góc vát mép ($30^\circ$, phần cùn $p = 2\text{ mm}$), khe hở lắp ghép ($1 \div 2\text{ mm}$) và quy cách mối đính đều tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật gia công hàn kết cấu thép carbon.
- Liên kết ứng dụng ngành Cắt gọt kim loại: Giáo trình chú trọng nội dung hàn đắp mặt phẳng và hàn đắp phục hồi chi tiết dạng trục tròn (bài 9). Đây là kỹ năng trực tiếp phục vụ việc đắp bù kim loại cho các chi tiết bị mài mòn, nứt vỡ (ngõng trục, bánh răng, thân xilanh, lòng khuôn) trước khi chuyển sang nguyên công tiện, phay, bào để gia công đạt kích thước bản vẽ.
- Nhấn mạnh an toàn lao động đặc thù: Văn bản thiết lập chi tiết các tình huống xử lý sự cố an toàn điện (cấm dùng tay kéo nạn nhân, quy định găng tay khô khi ngắt cầu dao), an toàn quang học chống bức xạ tia cực tím/hồng ngoại của cột hồ quang nhiệt độ cao ($6000^\circ\text{C}$), quy chuẩn diện tích thoát khí khi hàn bồn bể kín hoặc két chứa nhiên liệu cũ.
Đối tượng sử dụng giáo trình
Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp:
- Học sinh, sinh viên ngành Cắt gọt kim loại (Hệ Cao đẳng và Trung cấp): Sử dụng làm tài liệu học tập bắt buộc cho mô đun Thực hành hàn trong chương trình đào tạo nghề cơ khí.
- Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các nội dung kiến thức về Dung sai - Đo lường kỹ thuật, Vẽ kỹ thuật cơ khí, Vật liệu học cơ khí (đặc tính thép carbon, gang và kim loại màu) và An toàn lao động đại cương.
- Giáo viên, giảng viên chuyên ngành Cơ khí: Sử dụng làm giáo án khung, chuẩn hóa bài giảng tích hợp lý thuyết - thực hành, hướng dẫn quy trình vận hành trạm thực tập xưởng và thang chấm điểm kỹ năng gia công phôi mẫu.
- Kỹ thuật viên, công nhân cơ khí: Dùng làm tài liệu tham khảo nhanh để tra cứu công thức tính toán cường độ dòng điện $I_h$, phương pháp dao động que hàn và quy trình sửa chữa phục hồi bề mặt chi tiết máy tại xưởng gia công.
Câu hỏi thường gặp
1. Giáo trình này được áp dụng cho chương trình đào tạo nào?
Tài liệu được ban hành chính thức năm 2017 để phục vụ giảng dạy mô đun Thực hành hàn cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại tại Khoa Cơ khí – Xây dựng, Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp.
2. Người học cần chuẩn bị kiến thức nền tảng gì trước khi học mô đun này?
Sinh viên cần nắm vững kiến thức về vật liệu kim loại (thành phần carbon, tính hàn của vật liệu), đọc bản vẽ kỹ thuật cơ khí để xác định quy cách mối ghép, và các nguyên tắc an toàn điện - cơ khí cơ bản.
3. Sự khác biệt giữa phương pháp mồi hồ quang quẹt diêm và mổ thẳng là gì?
- Mồi ma sát (quẹt diêm): Que hàn đặt nghiêng $45^\circ$, quẹt đoạn ngắn $50–70\text{ mm}$ trên phôi rồi nhấc lên $2–4\text{ mm}$. Ưu điểm dễ bắt cháy hồ quang nhưng dễ làm xước hỏng bề mặt phôi ngoài vùng hàn.
- Mồi mổ thẳng: Đặt que hàn vuông góc, gõ nhẹ đầu que vào phôi rồi nhấc nhanh $2–4\text{ mm}$. Phương pháp này khó điều khiển hơn, dễ gây dính que nếu thao tác chậm, nhưng giữ sạch bề mặt xung quanh mối hàn.
4. Tại sao khi hàn đứng hoặc hàn ngang phải áp dụng kỹ thuật chấm ngắt hồ quang?
Do tác dụng của trọng lực, kim loại lỏng ở bể hàn có xu hướng bị chảy xệ xuống phía dưới gây khuyết tật tràn kim loại và cháy cạnh. Thao tác chấm ngắt hồ quang cho phép bể hàn có thời gian hạ nhiệt chuyển sang màu sẫm (đông đặc cục bộ) trước khi tiếp tục cấp nhiệt bằng giọt kim loại tiếp theo.
5. Giáo trình quy định kích thước phôi mẫu thực hành tiêu chuẩn như thế nào?
Các bài tập thực hành cơ bản sử dụng kích thước phôi thép chuẩn gồm $5 \times 50 \times 200\text{ mm}$ (dành cho hàn giáp mí, hàn góc, hàn chếch, hàn đứng, hàn ngang) và $10 \times 50 \times 200\text{ mm}$ (dành cho bài tập hàn giáp mí tôn dày vát mép $30^\circ$ và hàn chồng mí).
Kết luận
Giáo trình "Tài liệu giảng dạy Mô đun: Thực hành hàn" của Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp là tài liệu đào tạo thực hành chuẩn mực, kết hợp chặt chẽ giữa công thức tính toán chế độ công nghệ hàn hồ quang tay và các kỹ năng gia công phôi thực tế. Văn bản cung cấp lộ trình bài giảng từ cơ bản đến phức tạp, trang bị đầy đủ năng lực gá đặt, khống chế vũng hàn và kiểm soát khuyết tật mối nối. Đây là tài liệu học tập và tra cứu kỹ thuật chuẩn xác cho người học và kỹ thuật viên thuộc khối ngành cơ khí chế tạo máy và cắt gọt kim loại.
