GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: HÀN TIẾP XÚC (HÀN ĐIỆN TRỞ) – NGHỀ HÀN (TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hàn tiếp xúc (Hàn điện trở), mã số MĐ29, do Huỳnh Văn Mà chủ biên, được biên soạn và ban hành nội bộ tại Trường Cao đẳng Cơ giới (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn). Mô đun này thuộc khối các môn học, mô đun đào tạo chuyên môn nghề bắt buộc trong chương trình khung trình độ Cao đẳng nghề Hàn. Trong cấu trúc chương trình đào tạo gồm 128 tín chỉ (2835 giờ), mô đun MĐ29 có tổng thời lượng 30 giờ (tương ứng 2 tín chỉ), được bố trí giảng dạy sau các môn học chung (từ MH01 đến MH06) và học đồng thời hoặc sau các môn học, mô đun chuyên môn cơ sở từ MH07 đến MĐ23 (như Vẽ kỹ thuật cơ khí, Dung sai lắp ghép và đo lường kỹ thuật, Vật liệu cơ khí, Cơ kỹ thuật, Kỹ thuật điện – Điện tử công nghiệp, Kỹ thuật an toàn và bảo hộ lao động, Chế tạo phôi hàn, Gá lắp kết cấu hàn).

Mục tiêu học tập của mô đun tập trung vào việc trang bị cho người học năng lực mô tả cấu tạo, giải thích nguyên lý hoạt động của các thiết bị hàn điện trở; tính toán và thiết lập các thông số chế độ hàn (cường độ dòng điện, lực ép cơ học, thời gian duy trì dòng điện, chu trình hàn) phù hợp với chiều dày, đặc tính nhiệt - lý của kim loại và kiểu liên kết; đồng thời thực hiện thành thạo các thao tác hàn điểm, hàn đường và hàn giáp mối đạt yêu cầu kỹ thuật, không bị khuyết tật rỗ khí, ngậm xỉ, cháy thủng hay biến dạng kết cấu. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm, giáo trình định hình ý thức tuân thủ quy trình an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp và quy chuẩn công nghệ.

Cấu trúc giáo trình được thiết kế theo phương thức tích hợp chặt chẽ giữa lý thuyết công nghệ và bài tập thực hành. Điểm đặc trưng của tài liệu là nội dung được xây dựng bám sát chuẩn đào tạo 3 cấp trình độ liên thông (Sơ cấp, Trung cấp, Cao đẳng), đồng thời tham chiếu các tiêu chuẩn công nghệ quốc tế và thực tế sản xuất tại các doanh nghiệp cơ khí chế tạo.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ qua 4 bài học chuyên đề và 1 phần kiểm tra đánh giá:

  • Bài 1: Các kiến thức cơ bản hàn tiếp xúc điểm, đường (Mã bài: MĐ29-01; Thời lượng: 4 giờ – 3 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra): Trình bày bản chất vật lý của quá trình hàn điện trở dựa trên sự nung nóng kim loại bởi dòng điện có cường độ lớn tại vùng tiếp xúc có điện trở cao kết hợp tác dụng của lực ép cơ học; phân loại các phương pháp hàn tiếp xúc gồm hàn điểm (hàn 1 điểm, hàn 2 điểm, hàn nhiều điểm, hàn điểm nhô - projection welding, hàn một phía và hai phía), hàn đường (hàn liên tục, hàn gián đoạn, hàn bước) và hàn giáp mối (hàn điện trở nung dẻo và hàn nóng chảy liên tục hoặc gián đoạn); phạm vi ứng dụng trong chế tạo máy, công nghiệp ô tô, giao thông và tiêu dùng.
  • Bài 2: Vận hành, sử dụng máy hàn tiếp xúc điểm, đường (Mã bài: MĐ29-02; Thời lượng: 2 giờ – 1 giờ lý thuyết, 1 giờ thực hành): Cung cấp cấu tạo chi tiết máy biến áp hàn, mạch thứ cấp, hệ thống điều khiển chu trình, cơ cấu ép điện cực bằng khí nén hoặc cơ khí, hệ thống làm mát bằng nước; quy trình lắp ráp, căn chỉnh đồng tâm điện cực, làm sạch và mài sửa định hình hình học đầu điện cực tiếp xúc.
  • Bài 3: Hàn tiếp xúc điểm (Mã bài: MĐ29-03; Thời lượng: 10 giờ – 3 giờ lý thuyết, 6 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Trình bày công nghệ chuẩn bị phôi (yêu cầu khe hở giữa 2 tấm kim loại nhỏ hơn $1{,}5 \div 1{,}8\text{ mm}$); phương pháp tính toán đường kính làm việc của điện cực ($d_{\text{E}} = 2S + 3\text{ mm}$ khi chiều dày tấm $S \le 3\text{ mm}$; $d_{\text{E}} = 1{,}5S + 5\text{ mm}$ khi $S > 3\text{ mm}$); kỹ thuật thiết lập chế độ hàn cứng ($t = 0{,}2 \div 1{,}5\text{ s}$, mật độ dòng $120 \div 360\text{ A/mm}^2$, áp lực $15 \div 100\text{ N/mm}^2$) và chế độ mềm ($t = 2 \div 3\text{ s}$, mật độ dòng $80 \div 160\text{ A/mm}^2$, áp lực $20 \div 40\text{ N/mm}^2$); quy định khoảng cách giữa hai điểm hàn kế tiếp ($\ge 2d_{\text{t}}$) và khoảng cách từ tâm điểm hàn đến mép phôi ($\ge 1{,}5d_{\text{t}}$).
  • Bài 4: Hàn tiếp xúc đường (Mã bài: MĐ29-04; Thời lượng: 10 giờ – 3 giờ lý thuyết, 7 giờ thực hành): Phân tích kỹ thuật chuyển động của điện cực con lăn; thông số công nghệ của chế độ hàn đường liên tục và hàn đường gián đoạn (chu trình thời gian đóng điện $t_{\text{đ}}$ và thời gian nghỉ $t_{\text{n}}$ qua hệ thống chỉnh lưu); kỹ thuật kiểm soát bề rộng con lăn, lực ép, tốc độ hàn ($m/\text{phút}$) và mật độ dòng điện; an toàn vận hành.
  • Kiểm tra kết thúc mô đun (Thời lượng: 4 giờ): Đánh giá tổng hợp kiến thức lý thuyết và kỹ năng thao tác thực hành của người học.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xác lập cơ sở lý thuyết nhiệt - điện dựa trên định luật Joule - Lenz ($Q = 0{,}24 \cdot I^2 \cdot R \cdot t$ hoặc $Q = I^2 \cdot R \cdot t$). Kim loại tại vị trí tiếp xúc có điện trở chuyển tiếp $R_{\text{tx}}$ lớn sẽ bị nung nóng cục bộ tới trạng thái dẻo hoặc nóng chảy. Dưới tác động đồng thời của lực ép cơ học ($P$), các nguyên tử kim loại khuếch tán qua bề mặt phân chia để hình thành mối liên kết đồng nhất.

Giáo trình cũng xây dựng các công thức xác định công suất nung chảy khi hàn nóng chảy liên tục thép carbon thấp:

$$W = \frac{1}{40} \cdot F \cdot T \cdot V$$

Trong đó:

  • $F$ là tiết diện chi tiết tại vị trí hàn ($\text{cm}^2$).
  • $T$ là nhiệt độ nóng chảy của kim loại ($\text{^\circ C}$).
  • $V$ là tốc độ nóng chảy ($\text{cm/s}$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Tính toán và tra cứu thông số chế độ hàn (cường độ dòng điện, áp lực nén, thời gian cấp điện, tốc độ hàn); căn chỉnh cơ cấu gá kẹp, đấu nối hệ thống khí nén và nước làm mát cho điện cực.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích ảnh hưởng của chiều dày phôi ($S$), độ sạch bề mặt, khe hở lắp ghép và thành phần hóa học của vật liệu (thép carbon thấp, thép carbon cao, thép hợp kim) đến việc lựa chọn chế độ hàn cứng hay mềm.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Thực hiện chuẩn bị mép phôi, mài sửa đầu điện cực đúng góc độ tiếp xúc; thao tác vận hành thiết bị hàn điểm, hàn đường và hàn giáp mối đạt độ sâu ngấu, không tạo bọt khí, ngậm xỉ hay biến dạng kết cấu; kiểm tra phát hiện sai hỏng cơ học và xử lý lỗi vận hành máy.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình xác định phương thức giảng dạy tích hợp (kết hợp lý thuyết chuyên ngành và thực hành xưởng) với các định hướng cụ thể:

  • Phương pháp giảng dạy của giáo viên: Áp dụng các phương pháp sư phạm tích cực gồm thuyết trình ngắn, diễn giảng, vấn đáp, dạy học nêu vấn đề. Trong các giờ thực hành, giáo viên thực hiện thao tác mẫu, phân chia người học thành từng nhóm nhỏ, trực tiếp hướng dẫn và sửa sai tại chỗ cho từng học viên. Sử dụng bổ trợ các phương tiện trực quan như máy chiếu (projector), tranh vẽ cấu tạo, mô hình học cụ mô phỏng hệ truyền động điện tử công suất và thiết bị điều khiển.
  • Phương pháp học tập của sinh viên: Học viên được tổ chức làm việc theo nhóm từ 2 đến 3 người. Các nhóm nhận chủ đề thảo luận trước giờ học, tự phân công thành viên nghiên cứu tài liệu, ghi chép và lập báo cáo kết quả thực hành. Sinh viên phải tham dự tối thiểu 70% tổng số giờ giảng tích hợp của mô đun; trường hợp vắng mặt quá 30% thời lượng sẽ không đủ điều kiện dự thi kết thúc mô đun và phải học lại theo quy định.
       HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁ MÔ ĐUN HÀN TIẾP XÚC (MĐ29)
  • Quy chế đánh giá kết quả học tập: Thực hiện theo Quy chế đào tạo ban hành kèm Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. Điểm đánh giá gồm hai phần:
    1. Điểm quá trình (trọng số 40%): Bao gồm điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, thực hiện sau 10 giờ học bằng hình thức viết, vấn đáp hoặc báo cáo) và điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2, thực hiện sau 20 giờ học bằng hình thức kiểm tra viết kết hợp bài thực hành thao tác).
    2. Điểm thi kết thúc mô đun (trọng số 60%): Tổ chức sau khi hoàn thành thời lượng 30 giờ theo hình thức thi vấn đáp kết hợp thực hành trực tiếp trên thiết bị hoặc mô hình.
    3. Điểm môn học tính theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 đối với hệ thống đào tạo theo tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuyển đổi theo chương trình đào tạo tích hợp tín chỉ: Giáo trình được cấu trúc lại hoàn toàn theo chương trình khung của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, đáp ứng trực tiếp tiêu chuẩn năng lực thực hiện của kỹ thuật viên hàn trình độ cao đẳng.
  • Hệ thống bảng số liệu và chế độ công nghệ định lượng: Tài liệu cung cấp hệ thống thông số kỹ thuật chi tiết giúp người học tính toán và cài đặt chế độ hàn chính xác mà không dựa vào trực giác:
    • Bảng 1 – Số liệu chế độ hàn nóng chảy liên tục và gián đoạn thép carbon thấp: Quy định công suất riêng ($0{,}2 \div 0{,}8\text{ kVA/mm}^2$ cho hàn liên tục, $0{,}1 \div 0{,}5\text{ kVA/mm}^2$ cho hàn gián đoạn), mật độ dòng điện ($50 \div 150\text{ A/mm}^2$ và $30 \div 80\text{ A/mm}^2$), áp lực riêng ($50 \div 80\text{ N/mm}^2$ và $30 \div 40\text{ N/mm}^2$), tốc độ nóng chảy ($1 \div 7\text{ mm/s}$), lượng thừa choồn ($(0{,}5 \div 0{,}75)d$ và $(0{,}3 \div 0{,}5)d$).
    • Bảng 2 – Chế độ hàn đường liên tục của thép carbon thấp: Chiều dày kim loại $0{,}2 + 0{,}2\text{ mm}$, bề rộng con lăn $4\text{ mm}$, áp lực con lăn $800\text{ N}$, tốc độ hàn $1\text{ m/phút}$, cường độ dòng điện $2.000\text{ A}$.
    • Bảng 3 – Chế độ hàn đường gián đoạn của thép carbon thấp: Xác định chu trình đóng ngắt dòng điện và tốc độ dịch chuyển con lăn.
  • Liên hệ thực tiễn thiết bị công nghiệp: Trình bày thông số vận hành của các dòng máy công nghiệp thực tế như máy hàn điểm ép khí nén công suất $85\text{ kVA}$ (lực ép $16.000\text{ N}$) dùng cho thép hợp kim, máy hàn giáp mối công suất $160\text{ kVA}$ (lực ép $160\text{ kN}$) hàn thép có tiết diện đến $4.000\text{ mm}^2$.
  • Kế thừa hệ thống tài liệu chuyên ngành chuẩn hóa: Giáo trình trích dẫn và đối chiếu từ các nguồn tài liệu kỹ thuật trong nước và quốc tế:
    • Giáo trình công nghệ hàn – Nguyễn Thúc Hà, Bùi Văn Hạnh, Võ Văn Phong (NXB Giáo dục, 2002).
    • General Welding – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội biên dịch (NXB Lao động – Xã hội, 2002).
    • Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn quốc tế – Trung tâm Đào tạo và Chuyển giao Công nghệ Việt – Đức (2006).
    • Metal and How to Weld Them – The James F. Lincoln Arc Welding Foundation (USA, 1990).
    • The Procedure Handbook of Arc Welding – The Lincoln Electric Company (USA).
    • Welding Science & Technology (Volume 1) – American Welding Society (AWS, 2006).
    • Structural Welding Code – Steel (AWS D1.1/D1.1M, 2008).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và ngành đào tạo: Giáo trình là tài liệu học tập bắt buộc đối với sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề Hàn tại Trường Cao đẳng Cơ giới. Ngoài ra, nội dung cũng được sử dụng làm tài liệu đào tạo liên thông cho các hệ Sơ cấp và Trung cấp nghề thuộc chuyên ngành Hàn và Cắt gọt kim loại.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Để tiếp thu hiệu quả nội dung mô đun MĐ29, người học cần hoàn thành khối kiến thức chung và các môn học kỹ thuật cơ sở bao gồm:
    • MH07: Vẽ kỹ thuật cơ khí (đọc hiểu bản vẽ lắp và liên kết hàn).
    • MH08: Dung sai lắp ghép và đo lường kỹ thuật (kiểm soát kích thước khe hở và sai lệch hình học).
    • MH09: Vật liệu cơ khí (tính chất nhiệt - lý của thép carbon và thép hợp kim).
    • MH11: Kỹ thuật điện – Điện tử công nghiệp (nguyên lý biến áp, dòng điện ngắn mạch và mạch chỉnh lưu).
    • MH12: Kỹ thuật an toàn và bảo hộ lao động (an toàn điện, áp lực khí nén).
    • MĐ18 & MĐ19: Chế tạo phôi hàn và Gá lắp kết cấu hàn.
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng giáo trình làm khung chuẩn để xây dựng giáo án tích hợp, thiết kế bài tập thực hành xưởng, lập phiếu hướng dẫn luyện tập và xây dựng ngân hàng đề kiểm tra đánh giá theo chuẩn đầu ra A1–A2, B1–B4, C1–C2.
  • Kỹ thuật viên tại doanh nghiệp: Làm tài liệu tham khảo kỹ thuật phục vụ việc tra cứu thông số chế độ hàn khi vận hành các dây chuyền hàn điểm, hàn đường và hàn đối đầu trong sản xuất công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Hàn, Trung cấp nghề Hàn, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho sinh viên khối ngành cơ khí chế tạo máy và kỹ thuật viên vận hành thiết bị hàn áp lực tại các nhà máy.

2. Người học cần hoàn thành các môn học tiên quyết nào trước khi học mô đun này?

Sinh viên cần học xong các môn học chung (Chính trị, Pháp luật, Ngoại ngữ) và các môn học/mô đun kỹ thuật cơ sở gồm Vẽ kỹ thuật cơ khí (MH07), Dung sai đo lường (MH08), Vật liệu cơ khí (MH09), Cơ kỹ thuật (MH10), Kỹ thuật điện – Điện tử công nghiệp (MH11), An toàn lao động (MH12), Chế tạo phôi hàn (MĐ18) và Gá lắp kết cấu hàn (MĐ19).

3. Điểm khác biệt về mặt công nghệ của phương pháp hàn trong giáo trình này so với các mô đun hàn hồ quang là gì?

Khác với hàn hồ quang tay (MĐ20/21), hàn MIG/MAG (MĐ24/25) hay hàn TIG (MĐ26/27) sử dụng nhiệt của cột hồ quang và kim loại điền đầy (que hàn/dây hàn), hàn tiếp xúc trong mô đun MĐ29 là phương pháp hàn áp lực, sử dụng nguồn nhiệt sinh ra từ điện trở tiếp xúc theo định luật Joule - Lenz kết hợp với lực ép cơ học để tạo mối nối mà không cần sử dụng kim loại phụ hay thuốc hàn bảo vệ.

4. Phương pháp tự học và làm việc nhóm được triển khai như thế nào?

Người học được phân chia thành các nhóm nhỏ từ 2 đến 3 người, nghiên cứu tài liệu trước khi lên lớp, phân công giải quyết từng nội dung trong chủ đề thảo luận, thực hiện thao tác thực hành gá kẹp, tính toán thông số chế độ hàn và viết báo cáo kết quả kỹ thuật theo quy định của giáo viên hướng dẫn.

5. Giáo trình có các tài liệu bổ trợ và tiêu chuẩn tham khảo nào?

Giáo trình đi kèm hệ thống câu hỏi ôn tập sau mỗi bài học, đồng thời kế thừa các tiêu chuẩn và tài liệu kỹ thuật chuyên ngành như Giáo trình Công nghệ hàn (Đại học Bách khoa Hà Nội / NXB Giáo dục), tài liệu Chuyên gia hàn quốc tế (Việt – Đức), và các tiêu chuẩn quốc tế của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ (AWS D1.1/D1.1M).

Kết luận

Giáo trình Hàn tiếp xúc (Hàn điện trở) (MĐ29) do Trường Cao đẳng Cơ giới ban hành là tài liệu đào tạo chuyên môn có tính chuẩn hóa cao trong chương trình Cao đẳng nghề Hàn. Nội dung giáo trình cung cấp đầy đủ cơ sở lý thuyết nhiệt - điện, phân loại công nghệ hàn áp lực và hệ thống thông số kỹ thuật định lượng cho các phương pháp hàn điểm, hàn đường và hàn giáp mối.

Lộ trình học tập đề xuất được thiết kế tuần tự từ việc tiếp thu nguyên lý sinh nhiệt Joule - Lenz và cấu tạo thiết bị (Bài 1, Bài 2), tiến tới thực hành tính toán chế độ hàn và làm chủ kỹ thuật thao tác hàn điểm (Bài 3), hàn đường (Bài 4), kết thúc bằng quá trình kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm theo quy chuẩn Thông tư 09/2017/TT-BLĐTBXH. Tài liệu đồng thời tích hợp các nguồn tham khảo học thuật chuẩn mực từ NXB Giáo dục, Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ (AWS) và Lincoln Electric Company, đáp ứng yêu cầu đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật hàn phục vụ sản xuất công nghiệp.