Mô tả Thư mục Học thuật: Giáo trình Mô đun Hàn TIG Cơ bản (MĐ 19)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Hàn TIG cơ bản (mã số mô đun: MĐ 19) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề thuộc hệ Cao đẳng nghề Hàn, được ban hành theo Quyết định số 979/QĐ-CĐVX-ĐT ngày 12 tháng 12 năm 2019 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn), do tác giả Nguyễn Trọng Luyện biên soạn. Trong chương trình khung đào tạo nghề Hàn, mô đun MĐ 19 có vị trí chuyên môn trực tiếp sau khi người học đã hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở (từ MH07 đến MH13) cùng các mô đun kỹ thuật nghề nền tảng (từ MĐ14 đến MĐ18).

Tài liệu được kết cấu theo thời lượng 90 giờ học, bao gồm 13 giờ lý thuyết, 71 giờ thực hành và 6 giờ kiểm tra định kỳ. Mục tiêu học tập của mô đun tập trung vào ba khía cạnh chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức: Trình bày nguyên lý, đặc điểm, phạm vi công dụng của phương pháp hàn TIG (Tungsten Inert Gas); cấu tạo và chức năng các bộ phận chính của thiết bị hàn; quy cách và tiêu chuẩn các loại vật liệu hàn (điện cực Vonfram, khí bảo vệ, que hàn phụ); phương pháp xác lập chế độ hàn phù hợp với kết cấu liên kết.
  • Về kỹ năng: Vận hành thiết bị; mài sửa đúng thông số góc vát điện cực; điều chỉnh lưu lượng khí và dòng điện; thực hiện thuần thục các mối hàn góc và giáp mối trên thép carbon thấp ở các vị trí không gian 1F, 2F, 3F, 1G; đo kiểm và phát hiện khuyết tật ngoại dạng mối hàn.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tuân thủ các quy tắc an toàn công nghiệp khi làm việc với thiết bị áp lực và bức xạ hồ quang, có ý thức tiết kiệm nguyên vật liệu phôi thép CT3, que đắp và khí Argon.

Điểm đặc trưng trong cấu trúc của giáo trình là thiết kế bài giảng tích hợp: mỗi bài thực hành đều gắn liền với bản vẽ kỹ thuật định lượng, bảng thông số chế độ hàn chuẩn hóa và bảng phân tích khuyết tật đi kèm giải pháp khắc phục.

MÔ ĐUN 19: HÀN TIG CƠ BẢN (90 GIỜ)

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ qua 7 bài học với tiến trình logic từ trang bị lý thuyết vật liệu, vận hành hệ thống máy đến kỹ thuật thực thi từng dạng liên kết không gian:

  • Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn TIG (8 giờ: 7 LT - 1 KT): Cung cấp hệ thống lý thuyết về bản chất vật lý của hồ quang TIG (nguồn nhiệt tập trung đạt 6100°C); phân tích ưu nhược điểm; tính chất các loại khí bảo vệ đơn chất ($Ar$, $He$) và hỗn hợp ($Ar-H_2$, $Ar-He$, $N_2$); tiêu chuẩn hóa điện cực Tungsten theo hệ thống mã màu AWS A5.12; tiêu chuẩn que hàn phụ theo ISO/R564 và AWS A5.7–A5.28; các thông số chế độ hàn (dòng điện, chiều dài hồ quang, lưu lượng khí, tốc độ hàn); phân loại khuyết tật và quy tắc an toàn bảo hộ lao động.
  • Bài 2: Vận hành thiết bị hàn TIG (4 giờ: 1 LT - 3 TH): Hướng dẫn quy trình đấu nối nguồn điện 1 pha/3 pha, kết nối van giảm áp với bình khí nén cao áp; kỹ thuật mài điện cực Tungsten theo phương dọc trục với chiều dài phần côn bằng 1,5 đến 3 lần đường kính; kỹ thuật tạo đầu bi bán cầu cho điện cực hàn nhôm; phương pháp gây hồ quang cao tần (HF - không tiếp xúc ở khoảng cách 3mm) và phương pháp TIG quẹt (tiếp xúc).
  • Bài 3: Hàn góc không vát mép ở vị trí bằng (1F) (16 giờ: 1 LT - 14 TH - 1 KT): Kỹ thuật định vị liên kết hàn góc 1F (mặt phẳng hàn tạo góc $0^\circ - 60^\circ$ so với mặt phẳng ngang); chế độ hàn cho thép CT3 kích thước $200 \times 100 \times 3\text{ mm}$, sử dụng que đắp đường kính $2,4\text{ mm}$, dòng điện $100\text{A}$, lưu lượng khí bảo vệ $10\text{ lít/phút}$.
  • Bài 4: Hàn góc không vát mép ở vị trí ngang (2F) (16 giờ: 1 LT - 14 TH - 1 KT): Thao tác duy trì góc nghiêng mỏ hàn $70^\circ - 80^\circ$ so với trục đường hàn ngược hướng di chuyển, góc $45^\circ$ so với tấm đứng và tấm ngang; que hàn nghiêng $10^\circ - 20^\circ$; phương pháp dao động mỏ hàn kiểu răng cưa hoặc bán nguyệt.
  • Bài 5: Hàn góc không vát mép ở vị trí đứng (3F) (16 giờ: 1 LT - 14 TH - 1 KT): Kỹ thuật hàn góc đứng với phương đường hàn vuông góc mặt phẳng nằm ngang, thực hiện hướng hàn từ dưới lên hoặc từ trên xuống; kiểm soát vũng chảy để triệt tiêu khuyết tật cháy cạnh và ngậm Vonfram.
  • Bài 6: Hàn giáp mối không vát mép ở vị trí bằng (1G) (16 giờ: 1 LT - 14 TH - 1 KT): Kỹ thuật hàn giáp mối cho tấm mỏng dưới $2\text{ mm}$ (hàn chảy không que đắp) và thép CT3 dày $3\text{ mm}$ (sử dụng que đắp); yêu cầu kích thước mối hàn đạt chiều rộng $b = 5 \div 7\text{ mm}$, khe hở $a = 1 \div 2\text{ mm}$, 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 LT - 12 TH - 1 KT): Quy trình chuẩn bị mép vát góc $\alpha$, khe hở lắp ráp $a$, độ dư gia công $p$ trên phôi thép dày $6\text{ mm}$; kỹ thuật hàn lớp lót (root pass) bằng TIG kết hợp phân tích khả năng phủ lớp bề mặt bằng phương pháp hàn que hoặc MIG-MAG.
LỘ TRÌNH PHÁT TRIỂN NỘI DUNG MÔ ĐUN
Bài 1: Lý thuyết cơ sở & Vật liệu TIG (AWS/ISO)

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống kiến thức cơ sở dựa trên các nguyên lý kỹ thuật chính xác:

  • Cơ sở khí bảo vệ: Argon tinh khiết 99,9% (tỷ trọng 1,33 so với không khí, trích xuất bằng phương pháp hóa lỏng không khí) cung cấp môi trường hồ quang ổn định, bảo vệ vũng chảy tốt ở lưu lượng thấp; Heli (tỷ trọng 0,13, điện áp hồ quang cao) ứng dụng khi hàn vật liệu dày tản nhiệt nhanh; hỗn hợp $Ar - 5% H_2$ và $Ar - 15% H_2$ dùng tăng điện áp hồ quang và tăng độ sạch kim loại đắp.
  • Nguyên lý phân loại điện cực Vonfram theo AWS: Mã màu nhận diện và cơ chế phát xạ điện tử:
    • EWP (Xanh lá cây): $99,5%\text{ W}$ nguyên chất, dùng nguồn AC hàn nhôm, Magie.
    • EWCe-2 (Da cam): Chứa $2%\text{ CeO}_2$, dòng AC/DC, khởi động hồ quang tốt ở dòng nhỏ.
    • EWLa-1, EWLa-1.5, EWLa-2 (Đen, Vàng, Xanh da trời): Chứa $1 \div 2%\text{ La}_2\text{O}_3$, tăng $50%$ khả năng tải dòng so với W nguyên chất, chống nhiễm bẩn tốt.
    • EWTh-1, EWTh-2 (Vàng chanh, Đỏ): Chứa $1 \div 2%\text{ ThO}_2$, khả năng bức xạ electron cao, dùng nguồn DC hàn thép carbon và thép không gỉ.
    • EWZr-1 (Nâu): Chứa oxit Zirconium, chuyên dùng cho nguồn xoay chiều AC.
    • EWG (Xám): Hợp chất chứa các oxit đất hiếm không chỉ định cụ thể.
  • Nguyên lý nguồn điện hàn: Nguồn điện áp không tải $70 \div 80\text{V}$; đặc tính dòng một chiều nối thuận (DCEN/DC- đưa 2/3 nhiệt lượng vào vật hàn, giúp ngấu sâu) và nối nghịch (DCEP/DC+ đưa 2/3 nhiệt vào điện cực để làm sạch oxit); đặc tính dòng xoay chiều dạng sóng vuông/dòng xung (pulse) khống chế tích lũy nhiệt và giảm thiểu biến dạng phôi mỏng dưới $1\text{ mm}$.
Mã điện cực AWS Thành phần hợp kim Mã màu nhận biết Nguồn điện thích hợp Ứng dụng kim loại hàn
EWP $\ge 99,5%\text{ W}$ Xanh lá cây (Green) AC Nhôm, Magie
EWCe-2 $\approx 2%\text{ CeO}_2$ Da cam (Orange) AC, DC Đa mục đích, ống mỏng
EWLa-1.5 / EWLa-2 $1,5 \div 2%\text{ La}_2\text{O}_3$ Vàng (Gold) / Xanh trời (Blue) AC, DC Thép thường, inox
EWTh-2 $1 \div 2%\text{ ThO}_2$ Đỏ (Red) DCEN (DC-) Thép carbon, thép hợp kim
EWZr-1 $0,15 \div 0,4%\text{ ZrO}_2$ Nâu (Brown) AC Nhôm, hợp kim nhẹ

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Căn chỉnh lưu lượng khí bảo vệ tương ứng với kích thước chụp khí (mỏ phun $\varnothing 9,5\text{ mm} \rightarrow 10\text{ lít/phút}$; $\varnothing 12,5\text{ mm} \rightarrow 12\text{ lít/phút}$); mài điện cực Vonfram theo chiều dọc trục; kiểm soát chiều dài hồ quang trong phạm vi $0,5 \div 3\text{ mm}$; thiết lập góc mỏ hàn $75^\circ$ và góc que hàn $15^\circ$ so với bề mặt vật hàn; giữ độ trễ bảo vệ khí từ $1 \div 2\text{ giây}$ sau khi ngắt hồ quang.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc và bóc tách yêu cầu kích thước trên bản vẽ kỹ thuật; tính toán dòng điện hàn theo công thức định lượng (khoảng $40\text{A/mm}$ bề dày với tốc độ $250\text{ mm/phút}$, hoặc $16\text{A/mm}$ khi hàn thủ công tốc độ $100\text{ mm/phút}$); phân tích nguyên nhân hình thành 4 dạng khuyết tật chính (rỗ khí do lưu lượng khí thiếu hoặc gió thổi $> 5\text{ m/s}$; cháy chân/cháy cạnh do dòng điện lớn; không ngấu do dòng nhỏ/tốc độ nhanh; ngậm Vonfram do chạm que hoặc góc mài quá nhọn).
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Hoàn thiện các liên kết hàn góc 1F, 2F, 3F và hàn giáp mối 1G trên thép CT3 đạt chuẩn kỹ thuật; sử dụng dụng cụ đo chuyên dùng và thước lá để nghiệm thu dung sai mối hàn.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Mô đun MĐ 19 vận dụng phương pháp tiếp cận đào tạo tích hợp (kết hợp chuyển giao lý thuyết chuyên ngành và rèn luyện kỹ năng thực hành xưởng), trong đó thực hành chiếm tỷ trọng chi phối ($78,8%$ tổng thời lượng).

QUY TRÌNH SƯ PHẠM 5 BƯỚC CHO MỖI BÀI TẬP THỰC HÀNH:

Cấu trúc mỗi bài tập ứng dụng được chuẩn hóa theo quy trình sư phạm 5 bước rõ ràng:

  1. Đọc bản vẽ: Phân tích quy cách vật liệu (thép CT3), thông số hình học mối hàn và yêu cầu kỹ thuật.
  2. Chuẩn bị phôi và thiết bị: Sử dụng máy cắt, máy mài tay, đe, búa nguội, bàn chải sắt làm sạch bề mặt mép hàn; căn chỉnh thông số máy hàn (dòng $100\text{A}$, khí $10\text{ l/phút}$, điện cực $\varnothing 2,4\text{ mm}$).
  3. Hàn đính (Tack welding): Gá lắp phôi trên bàn hàn/đồ gá, thực hiện mối hàn đính đúng khoảng cách và đảm bảo an toàn kết cấu.
  4. Tiến hành hàn: Thao tác tạo vũng hàn lỏng, duy trì góc nghiêng que hàn - mỏ hàn, thực hiện dao động kiểu răng cưa hoặc bán nguyệt, duy trì dòng khí trễ tối thiểu $1 \div 5\text{ giây}$ trước khi nhấc mỏ hàn.
  5. Kiểm tra sản phẩm: Sử dụng thước lá và thước đo góc hàn chuyên dụng để đối chiếu kích thước chiều cao ($c$), bề rộng ($b$), độ sâu ngấu ($a$) và xác định các khuyết tật ngoại dạng.
                 Góc nghiêng mỏ hàn: 70° - 80°
                      Vũng hàn nóng chảy (6100°C)

Phương pháp đánh giá và tự học:

  • Đánh giá kết quả: Điểm đánh giá gồm phần kiểm tra kỹ thuật mài sửa điện cực, mồi hồ quang không tiếp xúc, kiểm tra kích thước hình học mối hàn hoàn thiện và thái độ chấp hành an toàn lao động.
  • Chỉ dẫn an toàn và tự học: Người học phải tuân thủ nghiêm ngặt việc trang bị bảo hộ chuyên dụng (găng tay da hàn TIG, mặt nạ hàn gắn kính màu lọc tia tử ngoại từ số 9 đến số 11 tương ứng dải dòng điện $100 \div 350\text{A}$); quy tắc an toàn khi vận hành chai khí nén; không chuyển đổi công tắc AC/DC khi máy đang có tải hồ quang; đảm bảo thông gió khu vực hàn để phòng ngừa ngạt khí trơ và khói hàn.

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình thể hiện tính chuẩn hóa kỹ thuật và cập nhật dữ liệu công nghệ sản xuất cơ khí:

  • Hệ thống hóa tiêu chuẩn vật liệu theo AWS và ISO: Toàn bộ vật liệu điện cực và kim loại điền đầy được đối chiếu theo danh mục tiêu chuẩn quốc tế:
    • Phân loại điện cực Vonfram theo AWS A5.12.
    • Phân loại que hàn phụ theo ISO/R564 (kích thước chuẩn chiều dài $500 \div 1000\text{ mm}$, đường kính $1,2 \div 3,2\text{ mm}$) và các tiêu chuẩn AWS chuyên biệt: AWS A5.7 ($Cu$), AWS A5.9 (thép không gỉ Cr-Ni), AWS A5.10 ($Al$), AWS A5.14 ($Ni$), AWS A5.16 ($Ti$), AWS A5.18 (thép carbon trung bình), AWS A5.19 ($Mg$), AWS A5.24 ($Zr$), AWS A5.28 (thép carbon thấp).
HỆ THỐNG QUY CHUẨN VẬT LIỆU HÀN TRÍCH XUẤT TỪ GIÁO TRÌNH:
  • Tích hợp công nghệ hàn dòng xung (Pulse TIG): Giáo trình phân tích chu trình hàn TIG xung, chỉ rõ tác dụng của việc kiểm soát tỉ lệ thời gian giữa pha xung (làm chảy vật liệu) và pha chính (đông đặc vũng hàn), giúp khống chế năng lượng đường, giảm biến dạng phôi, thích hợp để hàn liên kết tấm mỏng dưới $1\text{ mm}$ và hàn lót đáy đường ống dẫn.
  • Quy trình công nghệ thực tế: Xử lý kết hợp các phương pháp hàn trong sản xuất kết cấu: đối với phôi tấm dày trên $4\text{ mm}$ (Bài 7), phương pháp TIG được ứng dụng tối ưu cho lớp hàn lót (root pass) nhằm đảm bảo độ ngấu đáy và thẩm mỹ, trong khi các lớp phủ bên ngoài được chuyển giao cho phương pháp hàn hồ quang tay (SMAW) hoặc hàn MIG/MAG để tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình Hàn TIG cơ bản được xây dựng phục vụ các nhóm đối tượng và mục đích cụ thể:

  • Học viên và sinh viên: Sinh viên theo học chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Hàn, sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí hoặc Chế tạo máy có học phần thực hành công nghệ hàn khí bảo vệ.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức kỹ thuật cơ sở (mã môn MH07 đến MH13 bao gồm Đọc bản vẽ cơ khí, Dung sai lắp ghép, Cơ học cơ sở, Vật liệu học) và kỹ năng thực hành của các mô đun nghề trước đó (từ MĐ14 đến MĐ18 về Nguội cơ bản, Hàn hồ quang tay, Hàn khí).
  • Giảng viên và cơ sở đào tạo: Giảng viên dạy nghề sử dụng giáo trình làm khung bài giảng tích hợp, biên soạn giáo án thực hành, bố trí vật tư tiêu hao (phôi thép CT3, que đắp, khí Ar, điện cực Vonfram) và làm tiêu chí đánh giá kết quả kiểm tra định kỳ 6 giờ trong chương trình.
  • Tự học và tham khảo kỹ thuật: Thợ hàn, kỹ thuật viên sản xuất kết cấu cơ khí sử dụng tài liệu để tra cứu thông số chế độ hàn định lượng (bảng 1.7, bảng 3.1, bảng 4.2), quy cách mã màu que hàn theo tiêu chuẩn AWS và biện pháp phòng ngừa các khuyết tật mối hàn thực tế.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho người học trình độ Cao đẳng nghề thuộc ngành Hàn, theo chương trình đào tạo tích hợp lý thuyết - thực hành của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.

2. Người học cần đáp ứng kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Học viên bắt buộc phải hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở từ MH07 đến MH13 (Vật liệu kim loại, bản vẽ kỹ thuật cơ khí) và các mô đun thực hành nghề cơ bản từ MĐ14 đến MĐ18 (Hàn hồ quang tay, cắt kim loại, an toàn hàn).

3. Điểm khác biệt về mặt cấu trúc kỹ thuật của giáo trình là gì?

Tài liệu cung cấp các bảng thông số định lượng cụ thể: bảng thông số chế độ hàn theo từng dải chiều dày phôi ($1,6 \div 12,7\text{ mm}$), bảng phân loại điện cực Vonfram theo mã màu chuẩn AWS A5.12, bảng chọn số hiệu kính màu bảo hộ ($9 \div 11$) theo dải cường độ dòng điện, và bản vẽ bài tập kỹ thuật chi tiết.

BẢNG TRA CỨU SỐ HIỆU KÍNH MÀU BẢO HỘ THEO DÒNG HÀN (BẢNG 1.6):

4. Phương pháp tự học và rèn luyện kỹ năng thực hành theo giáo trình như thế nào?

Người học thực hiện theo quy trình 5 bước sư phạm định sẵn trong mỗi bài: đọc bản vẽ $\rightarrow$ chuẩn bị phôi và chỉnh máy $\rightarrow$ hàn đính $\rightarrow$ thao tác hàn $\rightarrow$ đo kiểm kích thước bằng dưỡng đo chuyên dụng, đồng thời đối chiếu các lỗi xuất hiện với bảng phân tích nguyên nhân và biện pháp khắc phục.

5. Giáo trình cung cấp những bảng thông số và tài liệu bổ trợ nào?

Tài liệu bao gồm hệ thống bảng quy chuẩn kỹ thuật: bảng chế độ hàn thép carbon và thép hợp kim thấp (Bảng 1.7); bảng tiêu chuẩn hóa que hàn phụ AWS A5.7 đến A5.28; sơ đồ đấu nối thiết bị chỉnh lưu 1 pha, 3 pha; sơ đồ phân bố góc mỏ hàn và que hàn cho từng vị trí 1F, 2F, 3F, 1G.

Kết luận

Giáo trình mô đun Hàn TIG cơ bản (MĐ 19) do Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô ban hành cung cấp hệ thống kiến thức thực hành nghề hoàn chỉnh về công nghệ hàn điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết vật liệu (chuẩn AWS, ISO) với quy trình thao tác thực hành định lượng trên phôi thép carbon thấp CT3.

Lộ trình học tập được thiết lập khoa học, bắt đầu từ vận hành máy, mài điện cực, mồi hồ quang đến làm chủ các mối hàn góc (1F, 2F, 3F) và giáp mối (1G không vát và có vát mép). Đây là tài liệu quy chuẩn cho công tác giảng dạy nghề hàn trình độ Cao đẳng và là tài liệu tham cứu kỹ thuật phục vụ trực tiếp cho hoạt động sản xuất cơ khí.