TỔNG QUAN VÀ PHÂN TÍCH HỌC THUẬT GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 17: HÀN TIG

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mô đun 17: Hàn TIG (Mã mô đun: MĐ17) là tài liệu đào tạo chuyên môn thuộc chương trình đào tạo nghề Hàn ở trình độ Cao đẳng, được ban hành kèm theo Quyết định số 99/QĐ-CĐKTCNQN ngày 14 tháng 3 năm 2018 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Quy Nhơn. Trong tiến trình đào tạo, mô đun này được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành hai mô đun tiên quyết là Chế tạo phôi hàn và Hàn hồ quang tay.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới việc trang bị hệ thống kiến thức toàn diện và kỹ năng chuyên ngành về công nghệ hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (Tungsten Inert Gas - TIG). Cụ thể, sau khi hoàn thành mô đun, người học có khả năng giải thích thực chất, đặc điểm, công dụng của phương pháp; phân loại chính xác vật liệu hàn (khí bảo vệ, điện cực Wolfram, que hàn phụ); phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của trang thiết bị; đồng thời vận hành thiết bị để thực hiện các mối hàn giáp mối và mối hàn góc trên thép tấm ở mọi vị trí không gian (1G, 2G, 3G, 4G, 1F, 2F, 3F, 4F) bảo đảm kích thước bản vẽ, độ sâu ngấu, không khuyết tật và tuân thủ các quy chuẩn an toàn lao động.

Giáo trình có tổng thời lượng 90 giờ, được thiết kế theo phương thức tích hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực hành, bao gồm 30 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành và 02 giờ kiểm tra. Cấu trúc nội dung gồm 01 bài mở đầu và 10 bài học chuyên đề, phân bổ từ kiến thức cơ sở, nguyên lý thiết bị cho đến quy trình công nghệ hàn chi tiết theo từng vị trí liên kết. Điểm đặc thù của tài liệu là phương pháp tiếp cận dựa trên năng lực thực hành sản xuất, chuẩn hóa quy trình thao tác kỹ thuật 6 bước và tích hợp trực tiếp bảng tiêu chí đánh giá định lượng 10 điểm cho từng bài tập ứng dụng.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc nội dung giáo trình được triển khai theo tiến trình logic từ trang bị kiến thức cơ sở, vận hành thiết bị đến rèn luyện kỹ năng công nghệ chuyên sâu qua 11 bài học:

  1. Bài mở đầu: Giới thiệu mô đun, an toàn lao động (1 giờ LT): Giới thiệu mục tiêu, bố cục chương trình đào tạo, tài liệu tham khảo chuyên ngành và hệ thống văn bản pháp luật, quy định an toàn lao động, vệ sinh phân xưởng hàn (phòng tránh điện giật, nguồn nhiệt, tia hồ quang, khói và khí hàn).
  2. Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn TIG (11 giờ LT): Khái quát thực chất phương pháp hàn nóng chảy bằng điện cực Wolfram; đặc điểm hồ quang tập trung nhiệt độ cao (khoảng 6000°C); phân tích tính chất các loại khí bảo vệ (Argon tinh khiết 99,9%, Heli, hỗn hợp Ar-He, Ar-H2, N2); phân loại và nhận dạng mã màu điện cực Tungsten (EWP, EWTh, EWZr, EWCe, EWLa); kỹ thuật mài điện cực; đặc tính que hàn phụ và các thông số chế độ hàn (chiều dài hồ quang từ 0,5 đến 3 mm, tốc độ hàn 100–250 mm/phút, dòng điện hàn 40A/mm bề dày ở tốc độ 250 mm/phút).
  3. Bài 2: Vận hành thiết bị hàn TIG (6 giờ: 2 LT - 4 TH): Phân tích cấu tạo máy hàn, chức năng mỏ hàn (làm mát bằng khí hoặc nước cho dòng 150–500A), chụp khí (ceramic, oxit nhôm, oxit silic), van giảm áp và lưu lượng kế (đơn vị cfh hoặc m³/h); đặc tính nguồn điện hàn dòng không đổi (CC) dạng sóng sin, sóng vuông xung, dòng DCEN và DCEP; kỹ thuật gây hồ quang cao tần (HF) không tiếp xúc và phương pháp chạm quẹt tiếp xúc; quy trình 4 bước vận hành và tắt máy.
  4. Bài 3: Hàn thép tấm ở vị trí 1G (12 giờ: 3 LT - 8 TH - 1 KT): Kỹ thuật hàn giáp mối thép tấm ở vị trí hàn bằng; thiết lập góc độ mỏ hàn (70°–80°), que hàn phụ (15°–20°); kỹ thuật dao động mỏ hàn (răng cưa, bán nguyệt); bảng nhận diện và xử lý sai hỏng (rỗ khí, không ngấu, kích thước không đều); thực hành trên phôi thép CT38 (200x140x3 mm).
  5. Bài 4: Hàn thép tấm ở vị trí 2G (6 giờ: 1 LT - 5 TH): Kỹ thuật hàn giáp mối ở vị trí ngang; quy tắc giảm dòng điện từ 10% đến 15% so với vị trí 1G; kiểm soát góc độ mỏ hàn và kỹ thuật dừng ở cạnh trên để chống chảy xệ kim loại lỏng.
  6. Bài 5: Hàn thép tấm ở vị trí 3G (6 giờ: 1 LT - 5 TH): Kỹ thuật hàn giáp mối ở vị trí đứng theo hướng hàn leo từ dưới lên; hiệu chỉnh dòng điện hàn giảm 10%–15%; duy trì góc mỏ 70°–80° và góc que hàn phụ 10°–15°.
  7. Bài 6: Hàn thép tấm ở vị trí 4G (12 giờ: 3 LT - 8 TH - 1 KT): Kỹ thuật hàn giáp mối ở vị trí trần; kiểm soát khoảng cách điện cực 1–4 mm; điều chỉnh giảm dòng điện 10%–15%; thao tác dao động và bón que hàn phụ trong điều kiện trọng lực tác động tiêu cực lên vũng hàn.
  8. Bài 7: Hàn thép tấm ở vị trí 1F (6 giờ: 1 LT - 5 TH): Kỹ thuật hàn góc ở vị trí bằng; góc nghiêng mỏ hàn 70°–80° so với trục đường hàn và 40°–45° so với tấm đứng và tấm đáy; kỹ thuật vát mép khi chiều dày lớn hơn 6 mm để bảo đảm độ ngấu chân.
  9. Bài 8 đến Bài 10: Hàn thép tấm ở các vị trí 2F, 3F, 4F (Thời lượng lần lượt 12 giờ, 6 giờ, 12 giờ): Kỹ thuật liên kết hàn góc ở các vị trí ngang (2F), đứng (3F) và trần (4F); kiểm soát kích thước cạnh hàn, chiều cao mối hàn và phương pháp dịch chuyển mỏ hàn nhằm ngăn chặn khuyết tật chảy xệ, cháy cạnh và lẫn tạp chất Wolfram.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Nội dung giáo trình thiết lập nền tảng lý thuyết và công nghệ hàn vững chắc thông qua các khối kiến thức:

  • Cơ sở lý thuyết nhiệt luyện và điện tích hồ quang: Cơ chế phát xạ điện tử, tính chất ion hóa hồ quang hàn của điện cực Wolfram chịu nhiệt (nhiệt độ nóng chảy đạt 3410°C); quy luật phân bố năng lượng nhiệt hồ quang theo cực tính dòng điện: dòng một chiều nối thuận DCEN (70% nhiệt lượng tập trung ở vật hàn, 30% ở điện cực, tạo vùng ngấu hẹp và sâu) và dòng một chiều nối nghịch DCEP (30% nhiệt lượng ở vật hàn, 70% ở điện cực, hỗ trợ phá vỡ màng oxit nhưng làm mòn điện cực nhanh).
  • Lý thuyết nguồn điện và điều khiển hồ quang: Cơ chế hoạt động của nguồn hàn đặc tính dốc đứng/dòng không đổi (CC); ứng dụng dòng điện xoay chiều AC sóng sin và AC sóng vuông xung để kiểm soát chu kỳ tẩy màng oxit nhôm/magie, hạn chế biến dạng nhiệt và hiện tượng nhiễm Wolfram vào bể hàn; nguyên lý mồi hồ quang bằng xung cao tần (250–300W, 2–3 kV, tần số 250–1000 kHz).
  • Khí động học và bảo vệ luyện kim: Tính chất hóa lý của khí Argon (tỷ trọng 1,33 so với không khí, độ tinh khiết 99,9%) và khí Heli (tỷ trọng 0,13, năng lượng ion hóa cao); nguyên lý tạo màn khí bảo vệ ngăn chặn oxy và nitơ xâm nhập vùng kim loại lỏng; tác động luyện kim của các hỗn hợp khí Ar-He, Ar-H2, Ar-N2 đối với năng lượng hồ quang và hình dáng tiết diện mối hàn.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác mài điện cực chuẩn xác theo yêu cầu hình học (mài côn chiều cao từ 1,5 đến 3 lần đường kính đối với DCEN; mài tù hoặc tạo đầu bán cầu đối với AC/DCEP); lắp ráp và điều chỉnh đồng bộ hệ thống cấp khí, van giảm áp, chụp khí và lưu lượng kế; cài đặt chính xác các thông số công nghệ (cường độ dòng điện hàn, thời gian cấp khí trước và sau khi hàn, chu trình bấm công tắc 2T/4T).
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích bản vẽ kỹ thuật gia công hàn; tra cứu và tính toán chế độ hàn tối ưu theo chiều dày và vật liệu chi tiết; chẩn đoán bản chất nguyên nhân các dạng sai hỏng (rỗ khí do thiếu khí bảo vệ hoặc gió thổi >5 m/s, không ngấu do dòng điện yếu, cháy cạnh do dao động sai kỹ thuật, mối hàn lẫn Wolfram do điện cực chạm kim loại lỏng) và đưa ra biện pháp khắc phục kỹ thuật.
  • Kỹ năng thực hành (Practical competencies): Vận hành thành thạo máy hàn TIG (ví dụ dòng máy SAF-FRO); thực hiện kiểm soát vũng hàn lỏng, duy trì chiều dài hồ quang ổn định từ 0,5 đến 3 mm; phối hợp nhịp nhàng giữa tay cầm mỏ hàn và tay bón que hàn phụ theo các phương pháp dao động răng cưa, bán nguyệt; gia công hoàn thiện các kết cấu hàn giáp mối và hàn góc trên thép tấm ở các tư thế 1G, 2G, 3G, 4G, 1F, 2F, 3F, 4F; làm sạch và kiểm tra đánh giá kích thước mối hàn bằng dụng cụ đo chuyên dụng (thước lá, dưỡng kiểm tra).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo tích hợp (Integrated Competency-Based Training), gắn kết lý thuyết công nghệ vào quy trình thực hành thao tác tại xưởng. Bài giảng được tổ chức theo quy trình chuẩn 6 bước:

  1. Đọc bản vẽ kỹ thuật: Xác định kích thước phôi và yêu cầu kỹ thuật chi tiết của mối hàn.
  2. Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ và phôi hàn: Chuẩn bị máy hàn TIG, khí bảo vệ Ar, que hàn phụ, điện cực Wolfram (EWTh-2), dụng cụ làm sạch phôi thép CT38 đạt yêu cầu phẳng, sạch gỉ sét và dầu mỡ.
  3. Thiết lập chế độ hàn: Tra bảng thông số để cài đặt dòng điện, lưu lượng khí, loại dòng điện (DC, AC, xung) và chế độ công tắc mỏ hàn (2T/4T).
  4. Gá và hàn đính phôi: Hàn các mối đính kích thước tiêu chuẩn (chiều rộng Bđ = 5 mm, chiều cao hđ = 1 mm, cách mép 15 mm) và hiệu chỉnh biến dạng.
  5. Hàn hoàn thiện: Thực hiện mồi hồ quang, gia nhiệt vũng hàn 3–5 giây, dịch chuyển mỏ hàn kết hợp bón que hàn phụ theo góc độ quy định, giữ mỏ lưu khí bảo vệ cuối đường hàn.
  6. Làm sạch và kiểm tra: Dùng bàn chải thép làm sạch mối hàn, kiểm tra ngoại dạng bằng mắt thường và đo đạc kích thước bằng dưỡng đo.
+-------------------------------------------------------------------------------+
|                      TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ ĐỊNH LƯỢNG (10 ĐIỂM)                   |
+----+---------------+----------------------------------------------+-----------+
| TT | Tiêu chí      | Yêu cầu kỹ thuật chi tiết                    | Thang điểm|
+----+---------------+----------------------------------------------+-----------+
| 1  | Kỹ thuật      | - Mối hàn không bị rỗ khí bề mặt             | 1,5 điểm  |
|    |               | - Mối hàn không cháy chân                    | 1,5 điểm  |
|    |               | - Đường hàn thẳng (lệch <= 10mm tính lỗi)    | 2,0 điểm  |
|    |               | - Kích thước đạt chuẩn (chiều rộng b, cao h) | 2,0 điểm  |
| 2  | An toàn       | Sử dụng đầy đủ BHLĐ, không gây hư hỏng đồ nghề| 1,0 điểm  |
| 3  | Thời gian     | Hoàn thành trong định mức thời gian quy định | 1,0 điểm  |
| 4  | Mỹ thuật      | Mối hàn sạch xỉ, vẩy hàn đều (sai lệch <=1.5mm)| 1,0 điểm  |
+----+---------------+----------------------------------------------+-----------+
| TỔNG CỘNG: 10 ĐIỂM (Đạt yêu cầu khi điểm tổng >= 5 và Điểm kỹ thuật >= 4)    |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Phương pháp đánh giá kết hợp giữa tự đánh giá của sinh viên và đánh giá định lượng của giảng viên thông qua Bảng tiêu chí đánh giá bài tập thực hành. Hệ thống câu hỏi ôn tập cuối mỗi bài học định hướng sinh viên rèn luyện tư duy tính toán thông số chế độ hàn, giải thích hiện tượng luyện kim và quy trình an toàn lao động.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp công nghệ nguồn hàn tiên tiến: Giáo trình phân tích chi tiết nguyên lý điều khiển xung (Pulse) và nguồn điện xoay chiều dạng sóng vuông (Square Wave) ứng dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM, làm rõ khả năng giảm 30% công suất nhiệt đỉnh so với sóng sin truyền thống, giúp hạn chế nguy cơ nhiễm Wolfram và cho phép hàn các chi tiết mỏng dưới 1 mm hoặc hàn liên kết không đồng nhất.
  • Tiếp cận hệ thống tiêu chuẩn quốc tế và trong nước: Nội dung giáo trình được biên soạn dựa trên sự đối chiếu các tài liệu và quy chuẩn kỹ thuật hàn uy tín, bao gồm:
    1. ASME Section IX ("Welding and Brazing Qualifications", American Society of Mechanical Engineers, 2015).
    2. AWS D1.1 ("Welding Structure Steel", American Welding Society, 2012).
    3. Ngô Lê Thông, Công nghệ hàn điện nóng chảy (tập 1 - cơ sở lý thuyết), NXB Giáo dục, 2016.
    4. Nguyễn Thúc Hà, Bùi Văn Hạnh, Giáo trình công nghệ hàn, NXB Giáo dục, 2016.
    5. The Handbook Electrode, Kobelco, 2012.
  • Tính ứng dụng kỹ thuật cao: Giáo trình phản ánh phạm vi ứng dụng rộng rãi của phương pháp TIG trong sản xuất cơ khí hiện đại: hàn thép cacbon kết cấu, thép không gỉ (Inox), thép chịu nhiệt, hợp kim nhôm, magie, đồng, chế tạo bồn chứa bằng thép không rỉ và hàn lót đáy các đường ống áp lực nhiều lớp.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và học viên đào tạo nghề: Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Hàn, sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Chế tạo máy học phần công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ.
  • Yêu cầu điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học bắt buộc phải hoàn thành các mô đun kỹ thuật cơ sở trước đó, bao gồm:
    • Mô đun Chế tạo phôi hàn (đọc bản vẽ, cắt, mài, vát mép phôi).
    • Mô đun Hàn hồ quang tay (kiểm soát vũng hàn cơ bản, an toàn điện và hồ quang).
  • Giảng viên và cán bộ giảng dạy kỹ thuật: Tài liệu cung cấp cấu trúc bài giảng tích hợp chuẩn hóa, định mức phân bổ thời gian (lý thuyết, thực hành, kiểm tra), hệ thống bài tập thực hành mẫu và khung tiêu chí đánh giá định lượng phục vụ công tác giảng dạy, chấm điểm.
  • Kỹ thuật viên tự học và tra cứu: Kỹ thuật viên sản xuất có thể sử dụng giáo trình để tra cứu trực tiếp các bảng chế độ hàn thực nghiệm (quan hệ giữa chiều dày vật liệu, đường kính điện cực, que hàn, cường độ dòng điện, lưu lượng khí), quy chuẩn mài điện cực và bảng chẩn đoán nguyên nhân, biện pháp khắc phục sai hỏng mối hàn.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được thiết kế cho người học trình độ Cao đẳng nghề Hàn thuộc hệ thống giáo dục nghề nghiệp, đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho sinh viên các chuyên ngành cơ khí và công nhân kỹ thuật cần nâng cao tay nghề hàn khí trơ.

2. Cần hoàn thành những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun 17?

Người học cần hoàn thành hai mô đun tiên quyết trong chương trình đào tạo là Chế tạo phôi hàn và Hàn hồ quang tay để nắm vững kỹ năng chuẩn bị phôi, an toàn lao động cơ khí và nguyên lý kiểm soát hồ quang điện.

3. Điểm khác biệt cốt lõi giữa hàn TIG và hàn hồ quang tay truyền thống được nêu trong giáo trình là gì?

Hàn TIG sử dụng điện cực không nóng chảy bằng Wolfram trong môi trường khí trơ bảo vệ (Argon, Heli), quá trình hàn không sử dụng thuốc hàn nên không tạo xỉ hàn, hồ quang tập trung nhiệt độ cao (khoảng 6000°C), cho phép quan sát vũng hàn rõ ràng và hàn được các kim loại đặc biệt như inox, nhôm, magie, ống dẫn áp lực.

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

Người học cần bám sát quy trình 6 bước thực hành chuẩn hóa, tuân thủ bảng thông số chế độ hàn cho từng bề dày phôi (tỷ lệ 40A/mm bề dày ở tốc độ 250 mm/phút), rèn luyện kỹ năng dao động mỏ hàn, góc bón que phụ và sử dụng Bảng tiêu chí đánh giá bài tập để tự đối soát khuyết tật sau mỗi mối hàn.

5. Giáo trình được xây dựng dựa trên những tài liệu tham khảo tiêu chuẩn nào?

Giáo trình tổng hợp và dẫn chiếu từ 5 nguồn tài liệu chuyên ngành: giáo trình của PGS. TS. Ngô Lê Thông (2016), giáo trình của Nguyễn Thúc Hà - Bùi Văn Hạnh (2016), tiêu chuẩn hàn ASME Section IX (2015), tiêu chuẩn kết cấu thép AWS D1.1 (2012) và sổ tay que hàn Kobelco (2012).

Kết luận

Giáo trình Mô đun 17: Hàn TIG của Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Quy Nhơn là tài liệu đào tạo chuyên môn có tính hệ thống cao, kết hợp toàn diện giữa lý thuyết luyện kim, nguyên lý nguồn điện hàn và quy trình công nghệ thực hành. Nội dung giáo trình định hình một lộ trình học tập chặt chẽ: bắt đầu từ việc nắm vững an toàn lao động, cơ sở vật liệu và thiết bị; tiến tới làm chủ kỹ thuật vận hành máy; và rèn luyện kỹ năng hàn thép tấm ở toàn bộ các vị trí liên kết giáp mối (1G đến 4G) cùng liên kết hàn góc (1F đến 4F). Việc kết hợp hệ thống tiêu chí đánh giá định lượng 10 điểm và dẫn chiếu các tiêu chuẩn hàn quốc tế (ASME, AWS) bảo đảm giáo trình đáp ứng chuẩn mực đào tạo kỹ thuật nghề nghiệp trong bối cảnh sản xuất cơ khí hiện đại.