Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mô đun: Hàn TIG cơ bản (Mã mô đun: MECW53168) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề bắt buộc trong chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Hàn, được Trường Cao đẳng Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam) ban hành chính thức theo Quyết định số 214/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022. Giáo trình do nhóm tác giả gồm ThS. Trần Nam An (Chủ biên), Trần Thanh Ngọc và An Đình Quân biên soạn dựa trên chuẩn chương trình đào tạo năm 2020 của nhà trường.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo tổng thể gồm 100 tín chỉ (2505 giờ), mô đun MECW53168 có thời lượng 3 tín chỉ (tổng cộng 75 giờ đào tạo, phân bổ gồm 14 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận và 3 giờ kiểm tra). Môn học được bố trí giảng dạy ở giai đoạn giữa khóa học, học song song hoặc nối tiếp sau khối kiến thức cơ sở (Dung sai MECM53001, Vật liệu cơ khí MECM53002, Vẽ kỹ thuật MECM52003, Điện kỹ thuật cơ bản ELEI53055) và các mô đun kỹ thuật hàn cơ bản (từ MECW52162 đến MECW52167).

Mục tiêu học tập của giáo trình được thiết kế tích hợp theo ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức (A1): Người học phân tích được bản chất công nghệ, nguyên lý hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ (GTAW/TIG), nhận diện phân loại vật liệu hàn (khí bảo vệ, điện cực Wolfram, que hàn phụ) và xác lập các thông số chế độ hàn phù hợp với chiều dày và cơ lý tính kim loại.
  • Về kỹ năng (B1): Vận hành thiết bị hàn TIG; xử lý mài sửa điện cực; thực hiện các mối hàn góc (1F, 2F, 3F) và mối hàn giáp mối (1G) trên thép cacbon thấp bảo đảm độ ngấu, đúng kích thước bản vẽ; đo kiểm và phân loại khuyết tật mối hàn.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ tuyệt đối quy định an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp khi làm việc với hồ quang nhiệt độ cao (>6000°C) và hệ thống khí nén áp suất cao.

Điểm đặc sắc của giáo trình là cấu trúc bám sát các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế như ASME, AWS (AWS D1.1, AWS A5.12), API, EN 439 và chuyển giao quy trình công nghệ vận hành thiết bị thực tế từ các nhà chế tạo công nghiệp như Lincoln Electric, Miller, ESAB.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 6 bài học được phân bổ theo tiến trình logic từ trang bị kiến thức nguyên lý, kỹ năng vận hành thiết bị đến thao tác kỹ thuật hàn các liên kết từ cơ bản đến phức tạp:

  • Bài 1: Những kiến thức cơ bản về hàn TIG: Cung cấp lý thuyết về phương pháp GTAW, khí bảo vệ Argon (độ tinh khiết 99,99%, điều chế bằng hóa lỏng không khí ở -185°C) và khí Heli; phân loại điện cực Wolfram hoạt hóa theo AWS A5.12 (EWP, EWTh-1, EWTh-2, EWZr); phân loại que hàn phụ ER-XX-S; nhận diện 13 dạng khuyết tật (rỗ khí do lưu lượng khí, mỏ nghiêng, gió lùa >1m/s; lẫn vonfram; oxy hóa đáy mối hàn; lệch mép, lệch góc) và an toàn lao động đối với bức xạ tử ngoại/hồng ngoại và khí trơ gây ngạt.
  • Bài 2: Vận hành thiết bị hàn TIG: Hướng dẫn cấu tạo trạm hàn, nguồn hàn một chiều/xoay chiều (như máy Lincoln 275 AC/DC dải dòng 2-275A); cấu tạo mỏ hàn làm mát bằng khí (<150A) và nước (>150A); van giảm áp có ống đo lưu lượng vật nổi; kỹ thuật mài điện cực theo góc 30°-40° cho dòng DCEN và mài tù/viên bi cho dòng AC; hai phương pháp mồi hồ quang gồm cao tần (HF không tiếp xúc) và mồi chạm tiếp xúc; kỹ thuật cài đặt trễ khí sau khi tắt hồ quang (5-10 giây).
  • Bài 3: Hàn góc thép các bon thấp vị trí hàn (1F): Kỹ thuật chuẩn bị 2 tấm phôi thép cacbon (kích thước 6 x 50 x 200 mm), căn chỉnh góc 90°, gá đính phôi, thiết lập thông số dòng điện, lưu lượng khí (7-10 L/phút), tầm nhô điện cực (8-10 mm khi hàn góc), góc độ di chuyển mỏ hàn và que đắp ở tư thế 1F (vị trí máng thuyền).
  • Bài 4: Hàn góc thép các bon thấp vị trí hàn (2F): Kỹ thuật thao tác mỏ hàn và que đắp cho liên kết chữ T ở vị trí hàn góc ngang, kiểm soát phân bổ nhiệt lượng giữa tấm đứng và tấm đáy nhằm hạn chế hiện tượng cháy chân và chảy xệ kim loại lỏng.
  • Bài 5: Hàn góc thép các bon thấp vị trí hàn (3F): Thao tác kỹ thuật hàn góc ở vị trí đứng (hàn leo từ dưới lên), kỹ thuật dao động mỏ giữ cạnh đáy và bù que để định hình mối hàn góc đều, tránh khuyết tật ngậm xỉ và chảy tràn.
  • Bài 6: Hàn giáp mối thép các bon thấp - Vị trí hàn (1G): Trình tự chuẩn bị mép hàn không vát mép hoặc vát mép, căn chỉnh khe hở đáy, kỹ thuật hàn lót ngấu và hàn phủ bề mặt ở vị trí bằng (1G), các phương pháp kiểm tra độ ngấu xuyên suốt chiều dày tấm.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống cơ sở lý thuyết công nghệ hàn nóng chảy gồm:

  • Cơ chế truyền nhiệt và vật lý hồ quang: Hồ quang sinh ra giữa điện cực không nóng chảy (Volfram chịu nhiệt nóng chảy 3410°C - 3650°C) và kim loại cơ bản trong môi trường khí trơ ion hóa, nhiệt lượng hồ quang tập trung đạt tới 6000°C - 6100°C.
  • Nguyên lý bảo vệ luyện kim: Tác dụng của khí trơ Argon (tỷ trọng 1,783 g/L, nặng hơn không khí 1,5 lần) và khí Heli (tỷ trọng 0,178 g/L) ngăn chặn hoàn toàn tác động oxy hóa và nitơ hóa từ khí quyển; tiêu chuẩn phối trộn khí bảo vệ theo EN 439 (Ar 100%, Ar+He, Ar+H2, Ar+O2).
  • Nguyên lý cực tính dòng điện hàn:
    • Phân cực thuận DCEN (cực âm nối điện cực W): tập trung 70% nhiệt lượng vào vật hàn, tránh quá nhiệt điện cực, chuyên dụng cho thép cacbon, thép hợp kim, thép không gỉ.
    • Phân cực nghịch DCEP (cực dương nối điện cực W): làm quá nhiệt đầu điện cực.
    • Dòng điện xoay chiều AC: kết hợp chu kỳ làm sạch màng oxit bề mặt ($Al_2O_3$) và chu kỳ nung ngấu sâu, ứng dụng bắt buộc cho hàn nhôm và hợp kim magie.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Cài đặt và hiệu chỉnh máy hàn TIG Lincoln 275 AC/DC; lắp ráp đồng bộ mỏ hàn, kẹp kim và ống phun khí (số 4 đến số 8); mài định hình góc mũi điện cực W từ 30° đến 60°; hiệu chỉnh van giảm áp và lưu lượng kế từ 7 đến 10 L/phút; kiểm soát thời gian khí trễ (post-flow) 5-10 giây.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc và phân tích bản vẽ liên kết hàn; xác định nguyên nhân gây khuyết tật kim loại (rỗ khí do bẩn bề mặt, thiếu/thừa khí, gió lùa; ngậm tạp chất Wolfram do va chạm que đắp hoặc chạm bể hàn; lệch mép, lệch góc do gá lắp và co ngót nhiệt).
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Làm chủ kỹ thuật điều khiển vũng hàn lỏng, phối hợp nhịp nhàng giữa tay cầm mỏ hàn và tay cấp que phụ ở các tư thế 1F, 2F, 3F và 1G; sử dụng dụng cụ đo dưỡng kiểm mối hàn góc và thước đo khe hở giáp mối; thực hiện quy trình an toàn điện và an toàn phòng chống ngạt khí trơ trong không gian làm việc.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo theo năng lực thực hiện, kết hợp phương pháp giảng dạy tích cực giữa lý thuyết ứng dụng và thực hành xưởng chuyên sâu:

  • Tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach): Giảng viên sử dụng phương pháp diễn giảng ngắn, dạy học nêu vấn đề và hướng dẫn đọc tài liệu kỹ thuật. Quá trình học tập được tổ chức theo nhóm từ 8 đến 10 người học để nghiên cứu chủ đề thảo luận kỹ thuật trước khi vào bài tập thực hành.
  • Thực hành và bài tập chuyên môn: Phần thực hành chiếm tỷ trọng lớn trong toàn bộ mô đun (58 giờ / 75 giờ, tương đương 77,3%). Sinh viên trực tiếp thực hiện các bài tập gia công chuẩn bị phôi tấm thép cacbon (chiều dày 6 mm), mài vát mép, tẩy sạch bề mặt bằng bàn chải thép, gá đính liên kết và hoàn thiện mối hàn theo quy trình kỹ thuật.
  • Phương pháp đánh giá kết quả: Tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng chính quy theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH với thang điểm 10 quy đổi sang thang điểm 4:
    • Điểm đánh giá quá trình (Trọng số 40%): Gồm điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, thực hiện sau 27 giờ học bằng hình thức vấn đáp/viết) và điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2, thực hiện sau 46 giờ học bằng bài thi thực hành kết hợp trắc nghiệm lý thuyết).
    • Điểm thi kết thúc môn học (Trọng số 60%): Đánh giá tổng hợp kỹ năng thực hành hàn mối hàn tiêu chuẩn và bài thi viết/thuyết trình kỹ thuật sau khi hoàn thành 75 giờ đào tạo.
  • Hướng dẫn tự học: Sinh viên có trách nhiệm chuẩn bị bài giảng trước khi lên lớp, tra cứu quy chuẩn kỹ thuật tại thư viện/trang chuyên ngành, tham gia tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% phải học lại toàn bộ mô đun) và thực hiện đầy đủ các báo cáo thảo luận nhóm.

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình Hàn TIG cơ bản năm 2022 của Trường Cao đẳng Dầu khí thể hiện các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện đại:

  • Tích hợp các hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế: Nội dung bài giảng và tiêu chuẩn đánh giá mối hàn được đối chiếu trực tiếp với các bộ tiêu chuẩn quốc tế gồm:
    • Tiêu chuẩn của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ: AWS D1.1 (Structural Welding Code - Steel), AWS A5.12 (Specification for Tungsten and Tungsten-Alloy Electrodes for Arc Welding and Cutting).
    • Tiêu chuẩn khí bảo vệ Châu Âu: EN 439.
    • Quy chuẩn của Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ (ASME), Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API) và Cục Đăng kiểm Hoa Kỳ (ABS).
  • Cập nhật công nghệ thiết bị công nghiệp: Trực tiếp đưa vào giáo trình thông số cấu tạo, sơ đồ vận hành của các dòng thiết bị biến tần và chỉnh lưu công nghiệp như Lincoln Electric (máy TIG LINCOLN 275 AC/DC), cùng công nghệ từ các thương hiệu như Miller, ESAB, Metrode.
  • Gắn liền thực tiễn sản xuất công nghiệp: Kiến thức công nghệ hàn GTAW trong tài liệu tập trung phục vụ các ngành công nghiệp đặc thù có yêu cầu khắt khe về chất lượng mối hàn như: Công nghiệp chế tạo cơ khí chính xác, công nghiệp đóng tàu, lắp đặt công trình điện hạt nhân, và các đường ống công nghệ trong nhà máy Lọc - Hóa dầu.
  • Tiêu chuẩn cấp bằng và chứng chỉ quốc tế: Khung kỹ năng của mô đun được định hướng đáp ứng chuẩn sát hạch tay nghề thợ hàn theo hệ thống chứng chỉ của Viện Hàn Quốc tế (IIW), AWS, Đăng kiểm Lloyd's (LR), Det Norske Veritas (DNV), Bureau Veritas (BV).

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được thiết kế chuyên biệt phục vụ các đối tượng trong hệ thống đào tạo nghề kỹ thuật:

  • Sinh viên chuyên ngành: Sinh viên năm thứ nhất hoặc năm thứ hai hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Hàn; sinh viên các ngành Cơ khí chế tạo, Kỹ thuật lắp đặt đường ống, Công nghệ Dầu khí cần trang bị kỹ năng hàn TIG cơ bản.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở gồm Vẽ kỹ thuật 1 (MECM52003), Dung sai (MECM53001), Vật liệu cơ khí (MECM53002), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055) và các mô đun kỹ thuật gia công Chế tạo phôi hàn (MECW52162), Gá lắp kết cấu hàn (MECW52163), Hàn hồ quang tay cơ bản (MECW56164).
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn mực, căn cứ xây dựng giáo án tích hợp, thiết kế phiếu hướng dẫn thực hành và bộ tiêu chuẩn kiểm tra - đánh giá tay nghề sinh viên.
  • Kỹ thuật viên tại doanh nghiệp và người tự học: Tài liệu tham khảo cho thợ hàn cơ khí, giám sát hàn nhằm chuẩn hóa quy trình thao tác mỏ hàn, tra cứu bảng thông số chế độ hàn (Ih, Uh, đường kính kim W, lưu lượng khí Ar) và các biện pháp ngăn ngừa khuyết tật theo tiêu chuẩn quy định.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn phục vụ trực tiếp cho học sinh, sinh viên theo học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn tại Trường Cao đẳng Dầu khí cũng như các cơ sở giáo dục nghề nghiệp kỹ thuật. Đồng thời, tài liệu là cẩm nang kỹ thuật cho thợ hàn muốn nắm vững nguyên lý và phương pháp vận hành thiết bị GTAW trong môi trường công nghiệp.

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

Người học cần có kiến thức cơ sở về đọc bản vẽ kỹ thuật cơ khí, dung sai lắp ghép, tính chất nhiệt luyện và biến dạng của vật liệu cơ khí, kiến thức an toàn điện cơ bản, cùng kỹ năng đã được rèn luyện từ các mô đun chế tạo phôi, gá lắp kết cấu và 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 định hình nội dung theo hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp dầu khí và quốc tế (ASME, AWS, EN, API), sử dụng thông số kỹ thuật thực tế của thiết bị công nghiệp (máy hàn Lincoln 275 AC/DC, mỏ hàn giải nhiệt nước/khí), đồng thời cung cấp bảng danh mục phân tích chi tiết nguyên nhân - giải pháp khắc phục cho 13 dạng khuyết tật mối hàn thực tế.

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

Người học cần nghiên cứu kỹ phần lý thuyết về khí trơ và cực tính dòng điện trong Bài 1 và Bài 2; tuân thủ nghiêm ngặt kỹ thuật mài góc điện cực (30°-40° đối với thép); luyện tập thành thạo kỹ thuật mồi hồ quang cao tần và kết thúc có trễ khí (5-10s); trong xưởng thực hành cần duy trì góc nghiêng mỏ hàn 100° và khoảng cách bép hàn đúng tiêu chuẩn để không bị rỗ khí.

5. Có tài liệu bổ trợ nào được khuyến nghị kèm theo giáo trình?

Giáo trình khuyến nghị người học tham khảo thêm các tài liệu trong nước và quốc tế:

  • 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.
  • Tiêu chuẩn kết cấu hàn thép AWS D1.1 và Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (International Welding Specialist - IWS, 2010).

Kết luận

Giáo trình Mô đun: Hàn TIG cơ bản (Mã mô đun: MECW53168) của Trường Cao đẳng Dầu khí cung cấp toàn diện hệ thống kiến thức lý thuyết chuyên ngành và kỹ năng thực hành công nghệ hàn GTAW. Nội dung giáo trình xây dựng chặt chẽ từ nguyên lý bảo vệ khí trơ, vật liệu điện cực Wolfram, vận hành thiết bị công nghiệp AC/DC đến kỹ thuật hàn các liên kết góc (1F, 2F, 3F) và giáp mối (1G) trên thép cacbon thấp.

Sau khi hoàn thành mô đun này, người học có nền tảng vững chắc để chuyển tiếp sang các mô đun kỹ thuật chuyên sâu như Hàn TIG nâng cao (MECW63173), Hàn ống (MECW66174), Hàn kim loại màu và hợp kim màu (MECW64178) và Kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế (MECW65076). Để mở rộng năng lực nghề nghiệp, người học được khuyến nghị tra cứu bổ sung các tiêu chuẩn AWS D1.1, hệ thống tài liệu đào tạo chuyên gia hàn quốc tế IIW và các quy trình công nghệ hàn đường ống dẫn dầu khí thực tế.