Mô tả học thuật: Giáo trình Mô đun Hàn TIG cơ bản (MĐ 18)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mô đun: Hàn TIG cơ bản (Mã số: MĐ 18) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề thuộc chương trình đào tạo nghề Hàn ở trình độ Trung cấp, do Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) ban hành kèm theo Quyết định số 979/QĐ-CĐVX-ĐT ngày 12 tháng 12 năm 2019. Tài liệu do tác giả Nguyễn Trọng Luyện biên soạn dựa trên phân tích nghề và các tiêu chuẩn kỹ thuật gia công cơ khí.

Trong chương trình đào tạo, mô đun MĐ 18 được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở từ MH 07 đến MH 13 cùng các mô đun kỹ thuật chuyên ngành từ MĐ 14 đến MĐ 17. Thời lượng toàn bộ mô đun gồm 90 giờ định mức, trong đó có 13 giờ lý thuyết, 71 giờ thực hành và 6 giờ dành cho công tác kiểm tra đánh giá.

Mục tiêu học tập của giáo trình hướng đến việc trang bị cho người học:

  • Về kiến thức: Trình bày nguyên lý, đặc điểm, phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí trơ với điện cực không nóng chảy (Tungsten Inert Gas - TIG); cấu tạo, chức năng các bộ phận của thiết bị hàn; quy chuẩn phân loại vật liệu điện cực, khí bảo vệ và kim loại đắp.
  • Về kỹ năng: Vận hành thành thạo hệ thống thiết bị hàn TIG; mài điện cực đúng góc độ kỹ thuật; xác định và cài đặt thông số chế độ hàn phù hợp với chiều dày phôi; thực hiện các mối hàn góc (1F, 2F, 3F) và hàn giáp mối (1G) trên thép carbon thấp đạt yêu cầu kỹ thuật; phát hiện và phân tích khuyết tật liên kết hàn.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tuân thủ quy định an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp, bảo hộ lao động khi làm việc với hồ quang điện và bình khí nén áp suất cao.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo mô hình mô đun tích hợp lý thuyết và thực hành, lấy kỹ năng thao tác trên phôi thép carbon thấp (CT3) làm trọng tâm thực nghiệm.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 7 bài học được thiết kế theo tiến trình logic từ trang bị lý thuyết cơ sở, làm quen thiết bị đến rèn luyện kỹ năng thực hành các tư thế hàn cụ thể:

  • Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn TIG (8 giờ: 7 lý thuyết, 1 kiểm tra): Cung cấp nguyên lý phát sinh nhiệt hồ quang vonfram (đạt mức xấp xỉ 6100°C); phân tích ưu - nhược điểm của các loại khí trơ (Argon, Heli, hỗn hợp Ar-He, Ar-H₂, Ar-N₂); hệ thống phân loại điện cực vonfram theo tiêu chuẩn Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ (AWS) với các mã màu nhận biết (EWP, EWCe-2, EWLa-1/1.5/2, EWTh-1/2, EWZr-1, EWG); tiêu chuẩn kim loại phụ theo ISO/R564 và AWS (A5.7 đến A5.28); sơ đồ nguyên lý nguồn hàn chỉnh lưu 1 pha, 3 pha, nguồn AC sóng sin, AC xung vuông, nguồn DCEN/DCEP; cấu tạo mỏ hàn làm mát bằng khí/nước; các dạng khuyết tật và quy tắc an toàn.
  • Bài 2: Vận hành thiết bị hàn TIG (4 giờ: 1 lý thuyết, 3 thực hành): Hướng dẫn quy trình đấu nối nguồn điện, lắp đặt van giảm áp với chai khí áp lực cao; kỹ thuật mài điện cực theo phương dọc trục (chiều dài côn bằng 1,5 đến 3 lần đường kính); kỹ thuật tạo đầu mài dạng phẳng hoặc bán cầu; thao tác mồi hồ quang bằng phương pháp cao tần (HF - không tiếp xúc) hoặc chạm quẹt (tiếp xúc); quy tắc duy trì dòng khí bảo vệ trễ 1-2 giây sau khi tắt hồ quang.
  • Bài 3: Hàn góc không vát mép ở vị trí bằng - 1F (16 giờ: 1 lý thuyết, 14 thực hành, 1 kiểm tra): Kỹ thuật định vị liên kết góc chữ T trên phôi thép CT3 kích thước 200x100x3 mm; hiệu chỉnh góc nghiêng mỏ hàn 75°, góc que đắp 15°; quy trình hàn đính và thực hiện đường hàn góc bằng.
  • Bài 4: Hàn góc không vát mép ở vị trí ngang - 2F (16 giờ: 1 lý thuyết, 14 thực hành, 1 kiểm tra): Kỹ thuật khống chế vũng chảy ở vị trí nằm ngang; điều chỉnh góc mỏ 70°-80° so với trục đường hàn và 45° so với bản thành/cánh; áp dụng dao động mỏ dạng răng cưa hoặc bán nguyệt, que hàn dịch chuyển thẳng.
  • Bài 5: Hàn góc không vát mép ở vị trí đứng - 3F (16 giờ: 1 lý thuyết, 14 thực hành, 1 kiểm tra): Kỹ thuật hàn góc leo từ dưới lên; khống chế kim loại lỏng chống chảy xệ; kiểm soát khuyết tật ngậm vonfram do chạm điện cực vào bể hàn.
  • Bài 6: Hàn giáp mối không vát mép ở vị trí bằng - 1G (16 giờ: 1 lý thuyết, 14 thực hành, 1 kiểm tra): Kỹ thuật hàn giáp mối tấm mỏng không vát mép; kiểm soát khe hở gá lắp $a = 1 \div 2\text{ mm}$, chiều rộng mối hàn $b = 5 \div 7\text{ mm}$, chiều cao đắp $c = 1 \div 1,5\text{ mm}$.
  • Bài 7: Hàn giáp mối có vát mép ở vị trí bằng - 1G (14 giờ: 1 lý thuyết, 12 thực hành, 1 kiểm tra): Kỹ thuật hàn giáp mối vát mép chữ V trên phôi thép CT3 chiều dày 6 mm; kỹ thuật hàn lót (root pass) đảm bảo ngấu hoàn toàn chân mối ghép.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Nội dung giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết kỹ thuật thông qua:

  1. Lý thuyết nhiệt và bảo vệ kim loại lỏng: Cơ chế bảo vệ của dòng khí trơ ngăn chặn xâm nhập của oxy và nitơ trong khí quyển vào vũng hàn; tương quan giữa loại khí (khối lượng riêng Ar nặng hơn không khí gấp 1,33 lần; He nhẹ hơn không khí) với hiệu quả chắn gió và năng lượng ion hóa.
  2. Nguyên lý điện cực và mạch hàn: Bản chất chuyển dời điện tử trong dòng DCEN (2/3 nhiệt tập trung tại vật hàn, tăng độ ngấu) so với DCEP (2/3 nhiệt tập trung tại điện cực); tác dụng tẩy màng oxit bề mặt của nửa chu kỳ dương trong dòng AC khi hàn kim loại nhẹ.
  3. Hệ thống phân loại vật liệu: Bảng mã màu điện cực theo AWS A5.12; quy chuẩn kích thước que đắp từ 1,2 đến 3,2 mm theo ISO/R564; bảng thành phần kim loại đắp nhóm AWS ER 70S.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Cài đặt thông số dòng điện (tỷ lệ chuẩn $40\text{ A/mm}$ bề dày tương ứng tốc độ $250\text{ mm/phút}$, hoặc $16\text{ A/mm}$ tương ứng $100\text{ mm/phút}$); mài điện cực đúng kích thước hình học; duy trì khoảng cách chiều dài hồ quang ổn định từ 0,5 đến 3 mm; điều chỉnh lưu lượng khí từ 10 đến 12 lít/phút.
  • Kỹ năng phân tích và đo lường: Đọc bản vẽ chi tiết gia công hàn; phát hiện, phân tích nguyên nhân các khuyết tật (mối hàn rỗ khí do lưu lượng khí không đủ hoặc vận tốc gió môi trường $> 5\text{ m/s}$; mối hàn không ngấu do dòng điện nhỏ hoặc tốc độ dịch chuyển mỏ quá nhanh; cháy cạnh do dòng hàn cao hoặc thao tác đưa dây đắp chậm; ngậm vonfram do thao tác chạm mũi điện cực vào vũng chảy).
  • Kỹ năng thực hành an toàn: Thao tác đóng ngắt nguồn điện, an toàn van giảm áp chai khí nén, lựa chọn cấp độ kính bảo hộ số 9, 10, 11 tương ứng với dải cường độ dòng điện hàn từ 100A đến trên 350A.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng phương pháp đào tạo tích hợp mô đun nghề, kết hợp chặt chẽ giữa việc giảng dạy nguyên lý lý thuyết tại phòng học chuyên môn và rèn luyện kỹ năng thao tác tại xưởng thực hành theo tỷ lệ 13 giờ lý thuyết / 71 giờ thực hành (thực hành chiếm 78,8% tổng thời lượng).

  • Quy trình bài tập thực hành ứng dụng: Người học thực hiện bài tập trực tiếp trên các bộ phôi thép tấm tiêu chuẩn (CT3 kích thước 200x100x3 mm và 200x100x6 mm) qua 5 bước tiêu chuẩn hóa:
    1. Đọc bản vẽ: Xác định yêu cầu kỹ thuật, hình dáng mối nối.
    2. Chuẩn bị phôi và chọn thông số: Làm sạch bề mặt bằng bàn chải sắt, máy mài tay; cài đặt dòng điện ($100\text{ A}$), chọn đường kính điện cực ($2,4\text{ mm}$), lưu lượng khí bảo vệ ($10\text{ l/phút}$).
    3. Hàn đính: Cố định vị trí và duy trì khe hở lắp ghép theo yêu cầu bản vẽ.
    4. Tiến hành hàn: Thực hiện đường hàn theo đúng góc nghiêng mỏ hàn ($70^\circ \div 80^\circ$), góc que phụ ($10^\circ \div 20^\circ$), giữ mỏ hàn lại 1-2 giây sau khi ngắt hồ quang để bảo vệ mối hàn chưa nguội.
    5. Kiểm tra sản phẩm: Sử dụng thước lá và thước đo chuyên dụng để kiểm tra kích thước hình học ($a, b, c, K$) và các khuyết tật bề mặt.
  • Phương pháp đánh giá kết quả: Đánh giá định kỳ bằng 6 bài kiểm tra tương ứng sau mỗi bài học (chiếm 6 giờ). Tiêu chí đánh giá dựa trên: kích thước hình học mối hàn, độ ngấu, độ đồng đều bề mặt, không xuất hiện khuyết tật rỗ khí, cháy cạnh, ngậm vonfram và việc tuân thủ các quy tắc an toàn xưởng.
  • Định hướng tự học: Người học cần chủ động nghiên cứu các bảng tra cứu thông số công nghệ (Bảng 1.1 đến Bảng 1.7), ghi nhớ mã màu nhận diện điện cực và rèn luyện kỹ năng mài điện cực chuẩn xác trước khi thực hiện các bài hàn trên phôi thực tế.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình hệ thống hóa các kiến thức kỹ thuật và cập nhật công nghệ hàn TIG theo các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành:

  • Chuẩn hóa phân loại vật liệu theo tiêu chuẩn quốc tế: Tài liệu tích hợp hệ thống phân loại điện cực vonfram và que hàn phụ theo tiêu chuẩn AWS (Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ) và tiêu chuẩn ISO/R564. Bảng danh mục điện cực cung cấp chi tiết tỷ lệ thành phần hợp chất oxit đất hiếm ($\text{CeO}_2, \text{La}_2\text{O}_3, \text{ThO}_2, \text{ZrO}_2$) cùng hệ thống mã màu nhận diện quốc tế.
  • Cập nhật công nghệ nguồn hàn: Giáo trình phân tích nguyên lý nguồn hàn xoay chiều dòng xung (AC Square Wave / Pulsed TIG). Tài liệu làm rõ tác dụng của việc kiểm soát chu trình xung trong việc giảm 30% biên độ dòng hàn so với sóng hình sin, hạn chế xói mòn điện cực, giảm vùng tích lũy nhiệt và giảm biến dạng liên kết hàn trên các tấm mỏng dưới 1 mm.
  • Lưu ý an toàn vật liệu học: Tài liệu đưa ra cảnh báo kỹ thuật về tính phóng xạ mức thấp của oxit thorium ($\text{ThO}_2$) trong nhóm điện cực EWTh-1 và EWTh-2; từ đó giới thiệu các dòng điện cực thay thế phi phóng xạ như EWCe-2 (chứa 2% cerium) và EWLa (chứa lanthanum) phù hợp cho cả nguồn AC và DC.
  • Tính ứng dụng liên kết phương pháp trong sản xuất: Giáo trình xác định rõ vai trò của hàn TIG trong sản xuất thực tế: ưu tiên hàn kết cấu mỏng, hàn đường lót đáy (root pass) cho các liên kết ống và tấm dày trước khi chuyển tiếp sang phương pháp hàn hồ quang tay (SMAW) hoặc hàn MIG/MAG để điền đầy các lớp phủ nhằm tối ưu hóa chi phí sản xuất.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được biên soạn phục vụ trực tiếp cho các nhóm đối tượng và mục đích sử dụng sau:

  • Sinh viên/Học viên đào tạo nghề: Học sinh, sinh viên theo học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn hoặc ngành Công nghệ Cơ khí Chế tạo.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở (MH 07 đến MH 13: Vẽ kỹ thuật, Cơ kỹ thuật, Dung sai lắp ghép, Vật liệu cơ khí...) và các mô đun kỹ thuật hàn cơ bản trước đó (MĐ 14 đến MĐ 17: Cắt gọt cơ khí, Hàn hồ quang tay cơ bản, Hàn khí...).
  • Giảng viên và cán bộ giảng dạy: Tài liệu là căn cứ chuyên môn để lập kế hoạch bài giảng, chuẩn bị vật tư phôi liệu thực hành (thép CT3, khí Argon độ tinh khiết 99,9%, que hàn phụ AWS ER 70S) và thiết lập thang bảng điểm kiểm tra tay nghề theo tiêu chuẩn mô đun tích hợp.
  • Kỹ thuật viên tự học và tham khảo: Công nhân hàn, thợ kỹ thuật cơ khí có nhu cầu tra cứu thông số quy chuẩn về chế độ hàn TIG, bảng mã màu điện cực vonfram, kỹ thuật mài sửa điện cực và các biện pháp phòng ngừa khuyết tật trong quá trình sản xuất kết cấu kim loại.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho người học trình độ Trung cấp nghề Hàn, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Cơ khí và thợ kỹ thuật cần củng cố kỹ năng hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ.

2. Cần chuẩn bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở (MH 07 - MH 13) và các mô đun chuyên môn từ MĐ 14 đến MĐ 17 để nắm vững kiến thức về vật liệu học kim loại, đọc bản vẽ cơ khí và thao tác gia công kim loại cơ bản.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này là gì?

Tài liệu tập trung đào tạo theo hình thức tích hợp mô đun thực hành (71/90 giờ thực hành), chuẩn hóa vật liệu điện cực theo bảng phân loại AWS, phân tích chuyên sâu nguồn hàn TIG dòng xung sóng vuông và tích hợp bảng thông số chế độ hàn thực nghiệm trên thép CT3.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học cần đối chiếu lý thuyết cấu tạo điện cực/khí bảo vệ với các bảng thông số công nghệ (Bảng 1.1 đến 1.7), tuân thủ góc độ mài điện cực ($1,5 \div 3$ lần đường kính) và nắm vững quy trình các bước thao tác trên bản vẽ trước khi vào ca thực hành xưởng.

5. Giáo trình có kèm theo tài liệu và hướng dẫn kỹ thuật nào?

Tài liệu cung cấp đầy đủ bản vẽ chi tiết các bài tập thực hành hàn góc 1F, 2F, 3F và hàn giáp mối 1G; bảng tra thông số công nghệ (chiều dày phôi, dòng điện, lưu lượng khí, cỡ chụp khí) và bảng quy chuẩn phân loại vật liệu phụ theo tiêu chuẩn AWS A5.7 đến A5.28.

Kết luận

Giáo trình Mô đun: Hàn TIG cơ bản (MĐ 18) do Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô ban hành cung cấp hệ thống kiến thức lý thuyết kỹ thuật và quy trình thực hành có tính ứng dụng cao đối với phương pháp hàn hồ quang điện cực không nóng chảy.

Lộ trình đào tạo của mô đun được thiết lập mạch lạc: đi từ kiến thức vật liệu và thiết bị (Bài 1) $\rightarrow$ kỹ năng vận hành, mài điện cực, mồi hồ quang (Bài 2) $\rightarrow$ thực hành hàn góc các tư thế 1F, 2F, 3F (Bài 3, 4, 5) $\rightarrow$ thực hành hàn giáp mối không vát và có vát mép vị trí bằng 1G (Bài 6, 7).

Tài liệu là căn cứ đào tạo chuẩn mực cho nghề Hàn, liên kết trực tiếp giữa lý thuyết vật liệu AWS/ISO và thực hành gia công chi tiết kết cấu thép carbon thấp trong sản xuất cơ khí.