Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mô đun: Hàn TIG cơ bản (Mã mô đun: HAN19MĐ07) là tài liệu đào tạo chuyên môn bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ Cao đẳng, được ban hành chính thức kèm theo Quyết định số 196/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Tài liệu do tập thể giảng viên khoa chuyên ngành biên soạn, gồm ông Trần Nam An (Chủ biên), ông Trần Thanh Ngọc và ông An Đình Quân.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo nghề Hàn hệ Cao đẳng với tổng khối lượng 98 tín chỉ (2500 giờ), mô đun Hàn TIG cơ bản có thời lượng 75 giờ (tương đương 3 tín chỉ), bao gồm 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 3 giờ kiểm tra. Về mặt vị trí, mô đun được bố trí giảng dạy ở giai đoạn giữa khóa học, sau hoặc song song với các môn học cơ sở như Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Dung sai (CK19MH05), An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01), đồng thời tiếp nối sau các mô đun thực hành kỹ thuật tiền đề gồm Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01), Gá lắp kết cấu hàn (HAN19MĐ02), Hàn hồ quang tay cơ bản (HAN19MĐ03), Hàn hồ quang tay nâng cao (HAN19MĐ04), Hàn MIG/MAG cơ bản (HAN19MĐ05) và Hàn FCAW cơ bản (HAN19MĐ06).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể theo 3 nhóm chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1–A4): Trình bày nguyên lý, bản chất, phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn GTAW (Gas Tungsten Arc Welding); nhận biết các loại khí bảo vệ, que hàn phụ, điện cực Wolfram; giải thích cấu tạo và nguyên lý thiết bị hàn; tính toán lựa chọn chế độ hàn phù hợp với chiều dày và cơ tính vật liệu.
  • Kỹ năng (B1–B3): Vận hành thiết bị, mài sửa điện cực đúng kỹ thuật; thực hiện các đường hàn góc ở vị trí 1F, 2F, 3F và hàn giáp mối vị trí 1G trên thép carbon thấp đạt yêu cầu kích thước, độ ngấu, khuyết tật nằm trong giới hạn cho phép; kiểm tra, đánh giá chất lượng mối hàn bằng phương pháp trực quan.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C2): Tuân thủ quy định an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp trong môi trường khí bảo vệ và điện cao tần; hình thành tác phong làm việc cẩn thận, chính xác.

Cấu trúc giáo trình gồm 6 bài học được thiết kế tích hợp giữa lý thuyết công nghệ và bài tập thực hành. Nội dung xây dựng dựa trên hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế (ASME, AWS, ABS, API) và đối chiếu với thiết bị công nghiệp của các hãng Lincoln Electric, Miller, ESAB, Metrode.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 6 bài học, phân bổ theo tiến trình từ cơ sở nguyên lý, vận hành thiết bị đến kỹ thuật thao tác trên các liên kết hàn cụ thể:

  • Bài 1: Những kiến thức cơ bản về hàn TIG (7 giờ): Giới thiệu thực chất quá trình hàn GTAW; phân loại và đặc tính của khí bảo vệ (Argon, Heli, hỗn hợp khí theo chuẩn EN 439); chủng loại điện cực Wolfram theo AWS A5.12; phân loại que hàn phụ theo mã AWS ER XX S; cấu tạo trạm hàn; các dạng khuyết tật mối hàn (rỗ khí, lẫn Wolfram, oxy hóa đáy, lệch mép, lệch góc); an toàn lao động và độc hại từ hồ quang, khí trơ.
  • Bài 2: Vận hành thiết bị hàn TIG (2 giờ: 1 LT, 1 TH): Cấu tạo nguồn hàn AC/DC (khảo sát máy Lincoln 275 AC/DC); cấu tạo mỏ hàn làm mát bằng khí (<150A) và làm mát bằng nước (>150A); bộ điều áp và đo lưu lượng khí; kỹ thuật mài góc điện cực (30°–40° cho DCEN, mài tù cho AC); kỹ thuật mồi hồ quang bằng cao tần (HF) và mồi chạm tiếp xúc; kỹ thuật kết thúc hồ quang và điều chỉnh khí trễ (5–10 giây).
  • Bài 3: Hàn góc thép các bon thấp vị trí hàn (1F) (12 giờ: 1 LT, 11 TH): Đọc bản vẽ chi tiết mối hàn góc chữ T; chuẩn bị và làm sạch phôi hàn; gá đính liên kết; cài đặt chế độ hàn ($I_h, U_h, V_h$, lưu lượng khí); góc nghiêng mỏ hàn và que hàn phụ; kiểm tra kích thước chân mối hàn, xử lý khuyết tật rỗ khí, cháy lẹm.
  • Bài 4: Hàn góc thép các bon thấp vị trí hàn (2F) (10 giờ: 1 LT, 9 TH): Kỹ thuật hàn góc chữ T ở vị trí hàn bằng/ngang không vát mép (2F); kiểm soát bể chảy tránh hiện tượng chảy tràn; đo kiểm mối hàn bằng thước chuyên dụng; an toàn bức xạ hồ quang.
  • Bài 5: Hàn góc thép các bon thấp vị trí hàn (3F) (16 giờ: 1 LT, 14 TH, 1 KT): Kỹ thuật hàn góc chữ T ở vị trí hàn đứng (3F); kỹ thuật dao động mỏ hàn đi lên; kiểm soát nhiệt độ vũng hàn để chống khuyết tật chảy sệ và rỗ khí; đánh giá chất lượng đường hàn.
  • Bài 6: Hàn giáp mối thép các bon thấp – Vị trí hàn (1G) (24 giờ: 1 LT, 22 TH, 1 KT): Chuẩn bị phôi tấm giáp mối không vát mép; kỹ thuật duy trì khe hở đáy; thao tác cấp que hàn phụ đồng bộ với chuyển động mỏ hàn; phương pháp bảo vệ chân mối hàn tránh oxy hóa; kiểm tra khuyết tật lệch mép, không thấu chân.
Tiến trình nội dung:
[Bài 1: Nguyên lý, Vật liệu, An toàn]
                 ↓
[Bài 2: Vận hành thiết bị, Mài cực, Mồi hồ quang]
                 ↓
[Bài 3: Hàn góc chữ T vị trí 1F]
                 ↓
[Bài 4: Hàn góc chữ T vị trí 2F]
                 ↓
[Bài 5: Hàn góc chữ T vị trí 3F]
                 ↓
[Bài 6: Hàn giáp mối tấm vị trí 1G]

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Nguyên lý hồ quang và bảo vệ nhiệt: Quá trình hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ sinh nhiệt lượng đạt 6000°C đến 6100°C, sử dụng khí Argon (tỷ trọng 1.783 g/l, độ tinh khiết 99.99%) hoặc Heli (tỷ trọng 0.178 g/l) để cô lập bể hàn khỏi Oxy và Nitơ trong không khí.
  • Lý thuyết vật liệu điện cực theo AWS A5.12:
    • Điện cực W nguyên chất (mã EWP, đầu màu xanh lá, chứa $\ge 99.5%$ W).
    • Điện cực W pha Thori (mã EWTh-1 đầu màu vàng chứa 1% Th, EWTh-2 đầu màu đỏ chứa 2% Th) giúp tăng độ phát xạ điện tử và ổn định hồ quang.
    • Điện cực W pha Zirconi (mã EWZr đầu màu nâu, chứa 0.4% Zr) tối ưu cho dòng xoay chiều AC khi hàn nhôm, magie.
  • Cơ chế cực tính dòng điện:
    • Dòng một chiều thuận cực (DCEN - Direct Current Electrode Negative): 70% nhiệt lượng tập trung vào vật hàn, 30% vào điện cực, dùng cho hầu hết các loại thép carbon, thép không gỉ.
    • Dòng xoay chiều (AC): Cân bằng nhiệt độ, kết hợp hiệu ứng tẩy màng oxit bề mặt ($Al_2O_3$), bắt buộc khi hàn nhôm và hợp kim nhôm.
  • Cơ chế phát sinh khuyết tật: Mối quan hệ giữa khuyết tật rỗ khí với lưu lượng khí (quá cao sinh xoáy khí, quá thấp không đủ che chắn), khoảng cách bép hàn, góc nghiêng mỏ hàn ($100^\circ$), sự xâm nhập của hơi ẩm/nước làm mát, và tốc độ gió phân xưởng (>1 m/s).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật:
    • Lắp ráp hoàn chỉnh trạm hàn TIG: bình khí Ar, van giảm áp lưu lượng, mỏ hàn khí/nước, bép sứ (số 4 đến 8).
    • Mài góc điện cực Wolfram đạt góc mút 30°–40° bằng đá mài mịn, mài dọc tâm trục.
    • Kỹ thuật mồi hồ quang không tiếp xúc qua bộ cao tần (HF) và mồi chạm tiếp xúc trên tấm mồi phụ.
    • Kỹ thuật cấp que hàn bù ER XX S vào mép trước vũng hàn, duy trì que hàn luôn nằm trong vùng khí bảo vệ.
  • Kỹ năng phân tích và đo kiểm:
    • Đọc và bóc tách thông số kỹ thuật từ bản vẽ liên kết hàn chữ T và giáp mối.
    • Sử dụng dưỡng đo kiểm mối hàn góc (fillet weld gauge) để xác định chiều cao cạnh hàn ($a$), chiều rộng bề mặt mối hàn.
    • Phân tích nguyên nhân khuyết tật: rỗ khí lớp lót, ngậm Wolfram do chạm điện cực, chảy tràn, cháy lẹm, lệch góc và lệch mép tấm.
  • Năng lực thực hành:
    • Thực hiện liên kết hàn góc thép carbon thấp ở các vị trí 1F, 2F, 3F.
    • Thực hiện liên kết hàn giáp mối tấm thép carbon thấp vị trí 1G đảm bảo độ ngấu đều và bề mặt vảy hàn đồng đều.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được biên soạn phục vụ mô hình dạy học tích hợp (kết hợp lý thuyết và thực hành tại xưởng), phân định rõ nhiệm vụ của người dạy và người học:

Cách tiếp cận sư phạm của giảng viên

  • Giảng dạy lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực (thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, phân tích bài tập tình huống kỹ thuật).
  • Hướng dẫn thực hành: Thực hiện quy trình giảng dạy kỹ năng gồm làm mẫu thao tác (thao tác mài điện cực, mồi hồ quang, dao động mỏ hàn), hướng dẫn học viên thực hiện bài tập cá nhân, quan sát chỉnh sửa thao tác sai lệch và kiểm soát an toàn xưởng hàn.
  • Tổ chức thảo luận: Chia nhóm nhỏ (8–10 sinh viên), giao chủ đề thảo luận về nguyên nhân khuyết tật và phương pháp phòng ngừa trước mỗi bài thực hành.

Hướng dẫn tự học cho sinh viên

  • Đọc trước tài liệu giáo trình và tài liệu tham khảo theo nội dung từng bài trước khi lên lớp.
  • Sinh viên làm việc theo nhóm 8–10 người, phân công nhiệm vụ nghiên cứu từng khía cạnh kỹ thuật (chế độ hàn, loại khí, mài điện cực) và viết báo cáo nhóm.
  • Tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (quy định bắt buộc: nếu vắng quá 30% số tiết lý thuyết, sinh viên phải học lại mô đun).
  • Thực hiện đầy đủ các bài tập chuẩn bị phôi, gá đính và tự kiểm tra mối hàn bằng mắt thường trước khi nộp sản phẩm đánh giá.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Quy trình đánh giá được thực hiện theo Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy (Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội):

Thành phần đánh giá Phương thức tổ chức Thời điểm Trọng số Chuẩn đầu ra đánh giá
Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) Viết / Tự luận / Vấn đáp / Thực hành Sau 27 giờ đào tạo \multirow{2}{*}{40%} A1, A2, A3, A4, A5, B1, B2, B3, C1, C2
Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) Viết / Thực hành tại xưởng Sau 46 giờ đào tạo (Bài 5) A3, A4, A5, B2, C2
Thi kết thúc mô đun Viết / Thực hành liên kết 1G Sau 75 giờ đào tạo (Bài 6) 60% A3, A4, A5, B1, B2, B3, C1, C2
  • Điểm thành phần và điểm tổng kết chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy định đào tạo tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp các tiêu chuẩn quốc tế chuyên ngành: Toàn bộ nội dung giáo trình được đối chiếu và tham chiếu trực tiếp theo các tiêu chuẩn hàn của Hoa Kỳ và quốc tế:
    • Tiêu chuẩn vật liệu que hàn và điện cực: AWS A5.12 (Specification for Tungsten and Oxide Dispersed Tungsten Electrodes for Arc Welding and Cutting).
    • Tiêu chuẩn kết cấu hàn thép: AWS D1.1 (Structural Welding Code – Steel).
    • Tiêu chuẩn phân loại khí bảo vệ: EN 439 (Welding consumables – Shielding gases for arc welding and cutting).
    • Khung quy chuẩn đánh giá tay nghề quốc tế: ASME, ABS, API, IIW, LR, DNV, BV.
  • Chuẩn hóa thông số thiết bị công nghiệp: Hướng dẫn vận hành trên các dòng thiết bị chuẩn công nghiệp phổ biến trong ngành dầu khí và chế tạo cơ khí như máy hàn Lincoln 275 AC/DC, hệ thống mỏ hàn làm mát bằng nước và van đo lưu lượng khí dạng ống côn vật nổi.
  • Quy trình an toàn chuyên biệt cho khí trơ và cao tần: Phân tích chi tiết nguy cơ ngạt thở do tích tụ khí Argon trong không gian kín (bồn chứa, hầm ống), nguy cơ bỏng lạnh từ Argon lỏng (-185°C), ảnh hưởng của bức xạ hồ quang nhiệt độ cao (>6000°C) và kỹ thuật nối đất bảo vệ chống điện giật khi dùng bộ đánh lửa cao tần (HF).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Sinh viên năm thứ hai trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Hàn, ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí hoặc Cơ khí Chế tạo.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites):
    • Đã tích lũy các môn học cơ sở: Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Dung sai (CK19MH05), An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01).
    • Đã hoàn thành các mô đun kỹ năng thực hành: Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01), Gá lắp kết cấu hàn (HAN19MĐ02), Hàn hồ quang tay cơ bản (HAN19MĐ03).
  • Giảng viên chuyên ngành: Tài liệu phục vụ giảng viên biên soạn đề cương chi tiết, bài giảng tích hợp, phiếu hướng dẫn thực hành và bảng tiêu chí kiểm tra kỹ năng nghề Hàn TIG.
  • Kỹ thuật viên và thợ hàn: Tài liệu tham khảo tại các nhà xưởng cơ khí, công trình lắp đặt đường ống dầu khí nhằm tra cứu thông số mài điện cực, lưu lượng khí trơ và biện pháp phòng chống khuyết tật liên kết hàn GTAW.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Hàn (mã mô đun HAN19MĐ07), đồng thời dùng làm tài liệu đào tạo cho học viên trung cấp nghề, thợ hàn cơ khí muốn nắm vững kỹ thuật hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (GTAW/TIG).

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

Người học cần hoàn thành các môn cơ sở về đọc bản vẽ cơ khí, dung sai lắp ghép, tính chất vật liệu kim loại, an toàn lao động và nắm vững kỹ năng thực hành gia công cắt phôi, gá lắp kết cấu, cũng như kỹ năng cơ bản của phương pháp hàn hồ quang tay (SMAW).

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

Tài liệu tập trung chuyên sâu vào kỹ thuật hàn TIG trên thép carbon thấp với tỷ trọng thực hành chiếm tới 77% (58/75 giờ). Nội dung gắn chặt với thiết bị công nghiệp thực tế (Lincoln 275 AC/DC) và hệ thống tiêu chuẩn quốc tế như AWS A5.12, AWS D1.1, EN 439 thay vì chỉ trình bày lý thuyết chung.

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

Người học cần tuân thủ quy trình: đọc trước cấu tạo thiết bị và nguyên lý vật liệu trước khi lên lớp; rèn luyện thành thạo thao tác mài điện cực đúng góc (30°–40°); tuân thủ quy tắc bảo vệ khí trễ (5–10 giây); và sử dụng dưỡng kiểm tra mối hàn để tự đánh giá sản phẩm sau từng bài tập hàn góc (1F, 2F, 3F) và hàn giáp mối (1G).

5. Giáo trình có những tài liệu tham khảo bổ trợ nào?

Tài liệu được xây dựng dựa trên các nguồn tham khảo chính gồm:

  • Sách trong nước: Kỹ thuật hàn (Trương Công Đạt), Công nghệ hàn điện nóng chảy (Ngô Lê Thông), Thực hành hàn từ căn bản đến nâng cao (Trần Văn Niên).
  • Tài liệu quốc tế: Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (IIW, 2010), Tiêu chuẩn kết cấu hàn thép AWS D1.1.

Kết luận

Giáo trình Hàn TIG cơ bản (HAN19MĐ07) cung cấp hệ thống kiến thức lý thuyết kỹ thuật và quy trình thực hành từ vận hành trạm hàn TIG đến hoàn thiện các liên kết hàn góc chữ T (1F, 2F, 3F) và liên kết giáp mối phẳng (1G) trên thép carbon thấp. Việc tuân thủ cấu trúc bài học và tiêu chuẩn kỹ thuật nêu trong giáo trình tạo tiền đề kỹ năng bắt buộc để người học tiếp tục theo học các mô đun chuyên sâu tiếp theo trong chương trình đào tạo nghề Hàn, bao gồm Hàn TIG nâng cao (HAN19MĐ12), Hàn ống (HAN19MĐ13), Hàn kim loại màu và hợp kim màu (HAN19MĐ15) và Kiểm tra, đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế (HAN19MH02).