Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hàn TIG cơ bản (Mã mô đun: MĐ 18) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề thuộc chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ Trung cấp, được ban hành kèm 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 (Ninh Bình), do tác giả Nguyễn Trọng Luyện biên soạn. Trong kết cấu chương trình đào tạo, mô đun này được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở (từ MH07 đến MH13) và các mô đun chuyên môn nghề tiền đề (từ MĐ14 đến MĐ17).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng đến việc trang bị cho học viên hệ thống kiến thức toàn diện về nguyên lý hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (Tungsten Inert Gas), đặc điểm luyện kim của quá trình hàn, chủng loại vật liệu, cấu tạo thiết bị và quy trình công nghệ hàn. Về mặt kỹ năng, giáo trình chuẩn hóa năng lực vận hành máy hàn TIG, kỹ thuật mài điện cực, hiệu chỉnh các thông số chế độ hàn và thực hiện thành thạo các mối hàn góc (vị trí 1F, 2F, 3F) cũng như mối hàn giáp mối (vị trí 1G không vát mép và có vát mép) trên vật liệu thép các-bon thấp đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, đồng thời hình thành khả năng kiểm tra, nhận diện và khắc phục các dạng khuyết tật hàn.

Tài liệu được kết cấu với tổng thời lượng 90 giờ, bao gồm 13 giờ lý thuyết, 71 giờ thực hành xưởng và 6 giờ kiểm tra đánh giá. Điểm đặc trưng trong cấu trúc của giáo trình là việc áp dụng mô hình đào tạo tích hợp, gắn kết giữa lý thuyết công nghệ hàn với các bài tập gia công phôi mẫu cụ thể, lấy chuẩn kích thước hình học và độ ngấu mối hàn làm thước đo đánh giá kết quả thực hiện.


Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ tuần tự qua 7 bài học, thiết lập tiến trình tiếp cận từ lý thuyết cơ sở, vận hành thiết bị đến thực hành các liên kết hàn từ đơn giản đến phức tạp:

  • Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn TIG (8 giờ: 7 lý thuyết, 1 kiểm tra): Trình bày nguyên lý hàn TIG (nguồn nhiệt hồ quang đạt 6.100°C), đặc điểm quá trình hàn không tạo xỉ; hệ thống khí bảo vệ (khí Argon tinh khiết 99,9%, khí Heli, hỗn hợp Ar-He, Ar-$\text{H}_2$, khí Nitơ); phân loại và nhận diện điện cực Vonfram theo mã màu tiêu chuẩn AWS (EWP - xanh lá cây, EWCe-2 - da cam, EWLa-1/1.5/2 - đen/vàng/xanh da trời, EWTh-1/2 - vàng chanh/đỏ, EWZr-1 - nâu, EWG - xám); quy cách que hàn phụ theo ISO/R564 và tiêu chuẩn AWS (AWS A5.7 đến A5.28, que ER 70S-G); cấu tạo các bộ phận của máy hàn TIG, mỏ hàn làm mát bằng khí/nước, kích thước chụp khí (5–19 mm); thông số kính lọc sáng số 9, 10, 11; nguyên nhân các khuyết tật cơ bản và an toàn lao động.
  • 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 chai khí, điều chỉnh dòng điện và thời gian trễ khí; kỹ thuật mài điện cực theo hướng trục với chiều dài phần côn bằng 1,5–3 lần đường kính điện cực; phương pháp mồi hồ quang không tiếp xúc bằng dòng cao tần (HF) và mồi hồ quang tiếp xúc (TIG quẹt); thao tác ngắt dòng và trễ khí bảo vệ mối hàn từ 1–2 giây.
  • 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 $200 \times 100 \times 3\text{ mm}$); thiết lập chế độ hàn (dòng điện 100A, que hàn 2,4 mm, điện cực 2,4 mm, lưu lượng khí 10 lít/phút); duy trì góc nghiêng mỏ hàn 75°, góc nghiêng que đắp 15°; kiểm soát kim loại bám đều hai cạnh.
  • Bài 4: Hàn góc không vát mép ở vị trí ngang (2F) (16 giờ: 1 lý thuyết, 14 thực hành, 1 kiểm tra): Phân tích liên kết hàn góc mặt phẳng ngang tạo góc $60^\circ\text{–}120^\circ$; góc nghiêng mỏ hàn $70^\circ\text{–}80^\circ$ so với trục đường hàn và $45^\circ$ so với tấm thành/cánh; góc que hàn $10^\circ\text{–}20^\circ$; kỹ thuật dao động mỏ hàn kiểu răng cưa hoặc bán nguyệt; kiểm soát kích thước cạnh mối hàn ($K$) theo chiều dày phôi ($c$).
  • Bài 5: Hàn góc không vát mép ở vị trí đứng (3F) (16 giờ: 1 lý thuyết, 14 thực hành, 1 kiểm tra): Thao tác hàn liên kết góc ở tư thế đường hàn thẳng đứng; góc nghiêng mỏ hàn $70^\circ\text{–}80^\circ$, que hàn $10^\circ\text{–}20^\circ$; kỹ thuật khống chế vũng chảy chống chảy xệ kim loại và phòng tránh khuyết tật ngậm Vonfram.
  • Bài 6: Hàn giáp mối không vát mép ở vị trí bằng (1G) (16 giờ: 1 lý thuyết, 14 thực hành, 1 kiểm tra): Quy trình gá đính tạo khe hở lắp ghép $a = 1\text{–}2\text{ mm}$ trên phôi thép dày 3 mm; duy trì góc mỏ hàn $70^\circ\text{–}80^\circ$ ngược hướng hàn và tạo góc $90^\circ$ với mặt phẳng hai bên; kỹ thuật cấp que để đạt bề rộng mối hàn $b = 5\text{–}7\text{ mm}$, chiều cao đắp $c = 1\text{–}1,5\text{ mm}$.
  • Bài 7: Hàn giáp mối có vát mép ở vị trí bằng (1G) (14 giờ: 1 lý thuyết, 12 thực hành, 1 kiểm tra): Áp dụng cho thép tấm CT3 ($200 \times 100 \times 6\text{ mm}$) có góc vát mép $\alpha$, độ dư gia công $p$ và khe hở đáy $a$; kỹ thuật hàn lót đáy (root pass) đảm bảo ngấu đều mặt sau trước khi hàn lớp phủ.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp nền tảng vật lý và luyện kim của quá trình hàn hồ quang khí bảo vệ:

  • Lý thuyết hồ quang và khí bảo vệ: Cơ chế phát xạ điện tử và ion hóa khí trơ; đặc tính đối chiếu giữa Argon (tỷ trọng 1,33, hồ quang êm, năng lượng ion hóa thấp, dễ mồi) và Heli (tỷ trọng 0,13, điện áp cao, năng lượng hàn lớn); tác dụng của việc pha trộn các thành phần phụ trợ như $\text{H}_2$ (tăng điện áp và độ ngấu) hoặc $\text{N}_2$ (hàn đồng và thép không gỉ).
  • Nguyên lý cực tính và nguồn điện: Phân tích sự phân bố nhiệt lượng của dòng điện một chiều nối thuận DCEN (2/3 nhiệt tập trung vào vật hàn, tạo độ ngấu sâu) so với dòng một chiều nối nghịch DCEP (2/3 nhiệt tập trung vào đầu điện cực); nguyên lý làm sạch màng oxit bề mặt của nửa chu kỳ dương khi sử dụng dòng xoay chiều (AC) hàn nhôm; đặc tính kiểm soát nhiệt lượng của nguồn xung (Pulsed TIG) dạng sóng vuông.
  • Tiêu chuẩn hóa vật liệu: Quy tắc phân loại điện cực Vonfram theo chuẩn AWS (EWP, EWCe-2, EWLa-1/1.5/2, EWTh-1/2, EWZr-1, EWG) và tiêu chuẩn kỹ thuật que đắp (AWS A5.7, A5.9, A5.10, A5.14, A5.16, A5.18, A5.19, A5.24, A5.28).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đấu nối hệ thống máy hàn, mỏ hàn, hệ thống làm mát và van giảm áp khí bảo vệ; thực hiện mài vát điện cực Vonfram đúng quy cách hình học; phối hợp nhịp nhàng giữa tay cầm mỏ hàn (góc $70^\circ\text{–}80^\circ$) và tay cấp dây hàn phụ (góc $10^\circ\text{–}20^\circ$); điều chỉnh vận tốc di chuyển mỏ hàn trong khoảng $100\text{–}250\text{ mm/phút}$.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc hiểu bản vẽ cơ khí và yêu cầu kỹ thuật mối ghép; tính toán xác lập cường độ dòng điện hàn dựa trên công thức thực nghiệm ($I_h \approx 40\text{ A/mm}$ bề dày vật liệu tại vận tốc $250\text{ mm/phút}$); phân tích nguyên nhân gây ra các khuyết tật (rỗ khí do thiếu khí bảo vệ hoặc gió $>5\text{ m/s}$, cháy cạnh do dòng hàn quá lớn, ngậm Vonfram do chạm điện cực vào vũng hàn, không ngấu do dòng hàn thấp).
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Khả năng độc lập chuẩn bị phôi liệu, làm sạch bề mặt, gá đính liên kết và thi công các mối hàn 1F, 2F, 3F, 1G trên thép các-bon thấp đạt kích thước thiết kế, đảm bảo độ ngấu và độ điền đầy điểm bắt đầu/kết thúc đường hàn; tuân thủ nghiêm ngặt quy chuẩn an toàn về áp suất khí nén, thông gió chống ngạt khí và lọc bức xạ hồ quang.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp đào tạo tích hợp, kết hợp bài giảng lý thuyết công nghệ trực tiếp với quá trình hướng dẫn thao tác mẫu tại xưởng thực hành. Tỷ trọng thực hành chiếm 78,9% tổng thời lượng (71/90 giờ), định hướng lấy việc rèn luyện kỹ năng thao tác tay nghề làm trọng tâm.

Mỗi bài học thực hành (từ Bài 3 đến Bài 7) đều được quy chuẩn hóa thông qua hệ thống phiếu hướng dẫn thực hiện công việc gồm 5 bước cụ thể:

  1. Đọc bản vẽ và yêu cầu kỹ thuật: Xác định kích thước phôi thép CT3 (ví dụ $200 \times 100 \times 3\text{ mm}$ hoặc $200 \times 100 \times 6\text{ mm}$), góc liên kết và yêu cầu độ ngấu.
  2. Chuẩn bị phôi hàn: Sử dụng máy cắt, máy mài, bàn chải sắt làm sạch phôi phẳng, không dính bavia, dầu mỡ, bụi rỉ.
  3. Chọn thông số hàn: Tra bảng chế độ hàn để cài đặt dòng điện ($I_h = 100\text{ A}$), đường kính điện cực ($2,4\text{ mm}$), lưu lượng khí Argon ($10\text{ lít/phút}$).
  4. Hàn đính: Định vị phôi bằng các mối đính đạt yêu cầu kỹ thuật và gá lắp chắc chắn.
  5. Tiến hành hàn và kết thúc: Giữ đúng góc độ mỏ hàn, kỹ thuật mồi hồ quang và sau khi tắt hồ quang phải duy trì khí bảo vệ tối thiểu 5 giây mới rút mỏ hàn ra khỏi vùng hàn.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập được thực hiện đa chiều. Đánh giá thường xuyên thông qua bảng câu hỏi ôn tập cuối mỗi bài học và quá trình thao tác thực tế tại vị trí hàn. Đánh giá định kỳ kết thúc mỗi bài thực hành thông qua bài kiểm tra kỹ năng sử dụng dụng cụ đo chuyên dùng (thước lá, thước đo mối hàn) để kiểm tra các chỉ tiêu kích thước $a, b, c, K$ và đánh giá mức độ khuyết tật ngoại dạng. Học viên tự học thông qua việc nghiên cứu các bảng thông số chế độ hàn (Bảng 1.7, Bảng 3.1, Bảng 4.2), đối chiếu quy chuẩn kỹ thuật an toàn đối với thiết bị áp lực và quy trình mài sửa điện cực.


Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp công nghệ nguồn xung (Pulsed TIG): Giáo trình cập nhật nguyên lý hoạt động của nguồn hàn xoay chiều sóng vuông và dòng xung. Phân tích rõ việc điều chỉnh tần số xung, tỷ lệ dòng xung và dòng chính cho phép giảm khoảng 30% biên độ dòng cực đại so với sóng sin, hạn chế tích lũy nhiệt, giảm biến dạng phôi mỏng dưới 1 mm và triệt tiêu nguy cơ nhiễm Vonfram vào vũng hàn.
  • Hệ thống hóa phân loại vật liệu theo tiêu chuẩn quốc tế: Tài liệu cập nhật đầy đủ bảng mã màu và ký hiệu hóa học của các dòng điện cực Vonfram theo tiêu chuẩn AWS A5.12 (bổ sung chi tiết các oxit đất hiếm như Lanthanum $\text{La}_2\text{O}_3$, Cerium $\text{CeO}_2$, Zirconium $\text{ZrO}_2$ bên cạnh loại Thoriated truyền thống), đồng thời đưa ra hệ thống bảng tra que hàn phụ theo chuẩn AWS từ A5.7 đến A5.28 và tiêu chuẩn kích thước ISO/R564.
  • Xác lập quy trình công nghệ kết hợp: Giáo trình chỉ rõ vị trí công nghệ của hàn TIG trong sản xuất công nghiệp: thực hiện lớp lót đáy (root pass) đối với các kết cấu thép dày vát mép chữ V hoặc J để bảo đảm độ ngấu hoàn toàn mặt lưng, sau đó liên kết với phương pháp hàn hồ quang tay (SMAW) hoặc hàn MIG/MAG để đắp các lớp phủ bề mặt nhằm tối ưu hóa năng suất và chi phí chế tạo.
  • Quy chuẩn an toàn lao động chi tiết: Tài liệu thiết lập các chỉ dẫn an toàn cụ thể cho quá trình vận hành thiết bị khí nén áp suất cao (sử dụng van giảm áp chuyên dụng, thao tác mở van tránh hướng khí phụt), phòng ngừa bức xạ hồ quang với bảng chọn kính màu lọc sáng (số hiệu 9, 10, 11 tương ứng dải dòng điện đến trên 350A), và cảnh báo an toàn thông gió khi mài điện cực chứa oxit có tính phóng xạ thấp ($\text{ThO}_2$).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho học sinh, sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng thuộc nghề Hàn, ngành Công nghệ Hàn, hoặc các chuyên ngành Cơ khí chế tạo máy, Cơ điện trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở ngành gồm MH07–MH13 (Vẽ kỹ thuật cơ khí, Cơ kỹ thuật, Dung sai lắp ghép và đo lường, Vật liệu cơ khí...) và các mô đun kỹ thuật cơ bản từ MĐ14 đến MĐ17 (An toàn lao động nghề cơ khí, Cắt gọt kim loại, Hàn hồ quang tay cơ bản, Hàn khí).
  • Giảng viên chuyên ngành: Được sử dụng làm căn cứ chuyên môn để xây dựng tiến trình bài giảng lý thuyết tích hợp, thiết kế các bài tập thực hành xưởng, định mức tiêu hao nguyên vật liệu mẫu (thép CT3, que hàn phụ, khí trơ Argon) và xây dựng biểu mẫu kiểm tra, đánh giá kỹ năng tay nghề học viên.
  • Tài liệu tham khảo kỹ thuật: Giáo trình là nguồn dữ liệu chuẩn cho kỹ thuật viên, thợ hàn cơ khí tại các doanh nghiệp chế tạo kết cấu kim loại nhằm tra cứu chế độ công nghệ hàn (dòng điện, lưu lượng khí, cỡ chụp khí, góc nghiêng mỏ hàn) và quy trình kiểm soát khuyết tật liên kết hàn TIG.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được thiết kế phục vụ cho đối tượng nào?

Giáo trình phục vụ cho việc giảng dạy và học tập của học viên, sinh viên trình độ Trung cấp nghề Hàn, đồng thời là tài liệu tham khảo cho hệ Cao đẳng ngành Công nghệ Hàn và kỹ thuật viên cơ khí chế tạo.

2. Cần hoàn thành những môn học nào trước khi học mô đun MĐ 18?

Người học phải hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở (MH07 đến MH13) và các mô đun kỹ thuật nghề tiền đề (MĐ14 đến MĐ17) bao gồm cơ sở vẽ kỹ thuật, vật liệu cơ khí và kỹ thuật hàn cơ bản.

3. Giáo trình phân loại điện cực Vonfram theo các căn cứ nào?

Điện cực Vonfram trong giáo trình được phân loại theo thành phần hợp chất oxit và hệ thống mã màu theo tiêu chuẩn AWS, gồm: EWP (nguyên chất, màu xanh lá cây), EWCe-2 (2% Cerium, màu da cam), EWLa-1/1.5/2 (1–2% Lanthanum, màu đen/vàng/xanh da trời), EWTh-1/2 (1–2% Thorium, màu vàng chanh/đỏ), EWZr-1 (Zirconium, màu nâu) và EWG (hợp chất không chỉ định, màu xám).

4. Quy cách mài điện cực hàn TIG được giáo trình quy định như thế nào?

Điện cực phải được mài theo hướng trục dọc trên đá mài hạt mịn; chiều cao phần côn mài đạt từ 1,5 đến 3 lần đường kính điện cực; đầu điện cực được làm phẳng một phần nhỏ đối với dòng DC hoặc vê đầu bán cầu đối với dòng AC khi hàn nhôm.

5. Làm thế nào để tự học và kiểm soát các dạng khuyết tật mối hàn theo tài liệu?

Học viên đối chiếu bảng khuyết tật tại từng bài học để nhận diện nguyên nhân và cách phòng tránh: tăng lưu lượng khí bảo vệ và che chắn gió khi gặp rỗ khí; giảm dòng điện và dừng hồ quang hai bên mép khi bị cháy cạnh; kiểm soát khoảng cách không để đầu Vonfram chạm vũng hàn để tránh ngậm tạp chất.


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 chuẩn mực về công nghệ hàn hồ quang 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 thông số kỹ thuật (theo tiêu chuẩn AWS, ISO) với quy trình thao tác 5 bước cho từng dạng liên kết phôi thép CT3.

Lộ trình học tập đề xuất bắt đầu từ việc làm chủ lý thuyết hồ quang và nguyên tắc an toàn (Bài 1), tiếp cận kỹ năng vận hành và mài điện cực (Bài 2), sau đó thực hành tuần tự các tư thế hàn góc 1F, 2F, 3F (Bài 3, 4, 5) trước khi hoàn thiện kỹ thuật hàn giáp mối 1G tấm mỏng và tấm dày vát mép (Bài 6, 7). Để mở rộng năng lực chuyên môn, người học có thể tham khảo thêm các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan như AWS A5.12 (tiêu chuẩn điện cực Vonfram) và AWS A5.18 (tiêu chuẩn kim loại phụ cho hàn thép các-bon).