Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Hàn TIG cơ bản (Mã mô đun: MĐ21) là tài liệu đào tạo chuyên ngành bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí (trình độ Trung cấp), do Trường Cao đẳng nghề Hà Nam biên soạn và ban hành năm 2020 dưới sự chủ biên của tác giả Nguyễn Văn Tuyên cùng tập thể giáo viên Khoa Cơ khí. Trong cấu trúc chương trình khung, mô đun này được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành hoặc học song song với các môn học kỹ thuật cơ sở từ MH07 đến MH13 và các mô đun MĐ18, MĐ19.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định rõ trên ba phương diện chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức: Giải thích bản chất, đặc điểm, phạm vi ứng dụng của phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực không nóng chảy (TIG/GTAW); phân loại chính xác các loại khí bảo vệ (Argon, Heli và hỗn hợp), điện cực Vonfram (theo tiêu chuẩn AWS A5.12) và que hàn phụ (theo tiêu chuẩn ISO/R564); trình bày cấu tạo, nguyên lý vận hành của thiết bị hàn TIG một chiều (DC) và xoay chiều (AC).
  • Kỹ năng: Vận hành thành thạo thiết bị hàn; mài sửa đúng kỹ thuật góc mài điện cực; thiết lập chế độ dòng điện, điện áp và lưu lượng khí bảo vệ tương ứng với từng loại vật liệu; thực hiện các mối hàn góc (1F, 2F) và hàn giáp mối (1G) trên phôi thép và thép không gỉ (Inox) bảo đảm độ ngấu, đúng kích thước bản vẽ và kiểm soát các dạng khuyết tật; đánh giá chất lượng liên kết hàn theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tổ chức vị trí làm việc an toàn, tuân thủ kỷ luật xưởng công nghiệp, làm việc độc lập hoặc phối hợp nhóm, có năng lực kiểm tra, giám sát và đánh giá kết quả công việc.

Cấu trúc giáo trình gồm 60 giờ định mức (14 giờ lý thuyết, 43 giờ thực hành/thảo luận, 3 giờ kiểm tra), được biên soạn theo phương pháp tích hợp lý thuyết công nghệ và bài tập thực hành thao tác. Điểm đặc trưng của tài liệu là hệ thống hóa các thông số công nghệ định lượng (bảng tra dòng điện theo bề dày kim loại từ 1,6mm đến 12,7mm, lưu lượng khí, phân cực DCEN/DCEP/AC) gắn liền với quy trình gia công liên kết thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 5 bài học theo tiến trình từ nguyên lý cơ bản, kỹ năng vận hành thiết bị đến thực hành các mối hàn cụ thể:

  1. Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn TIG (10 giờ lý thuyết): Giới thiệu bản chất vật lý của hồ quang TIG (nhiệt độ đạt tới hơn 6100°C); đặc tính các loại khí bảo vệ gồm Argon tinh khiết (phân loại công nghiệp thành ba cấp A, B, C; tỷ trọng 1,33), Helium (tỷ trọng 0,13) và các hỗn hợp khí ($Ar+He$, $Ar+H_2$); tiêu chuẩn phân loại điện cực Vonfram theo AWS A5.12 (EWP, EWTh, EWZr, EWCe, EWLa) kèm mã nhận diện màu sắc; quy cách que hàn phụ theo ISO/R564; cấu tạo mỏ hàn làm mát bằng khí hoặc nước; các thông số chế độ hàn cơ bản; nhận diện nguyên nhân và biện pháp khắc phục các dạng khuyết tật (rỗ khí, lẫn Vonfram, lẫn oxit, cháy cạnh, thiếu ngấu); an toàn lao động đối với bức xạ hồ quang, khói độc và bình khí áp suất cao.
  2. Bài 2: Vận hành thiết bị hàn TIG (5 giờ: 1 lý thuyết, 4 thực hành): Mô tả chức năng điều khiển trên bảng điều khiển máy hàn (chức năng Up slope, Down slope, Pulse Freq, Crater, AC/DC); quy trình đấu nối nguồn điện và hệ thống cấp khí; kỹ thuật mài điện cực nhọn hình côn (góc mài $30^\circ - 60^\circ$ cho dòng DCEN) hoặc đầu bán cầu (cho dòng AC); kỹ thuật mồi hồ quang không tiếp xúc (bằng bộ phóng cao tần 250–300W, 2–3kV, 250–1000kHz) và phương pháp mồi tiếp xúc.
  3. Bài 3: Hàn góc Inox ở vị trí hàn 1F (15 giờ: 1 lý thuyết, 13 thực hành, 1 kiểm tra): Quy trình chuẩn bị phôi tấm (kích thước $170 \times 30 \times 3\text{ mm}$), đính gá 2 điểm; thiết lập thông số hàn ($I_h = 110\text{A}$, đường kính que hàn phụ 2,4mm, lưu lượng khí Ar 8–10 l/phút); kỹ thuật dao động mỏ hàn theo phương pháp hàn trái; bảo đảm kích thước mối hàn góc $K = 3 \div 4\text{ mm}$.
  4. Bài 4: Hàn góc Inox ở vị trí hàn 2F (10 giờ: 1 lý thuyết, 8 thực hành, 1 kiểm tra): Kỹ thuật kiểm soát vũng hàn ở tư thế góc ngang; duy trì khoảng cách từ đầu mỏ hàn đến bề mặt vật hàn từ 8–10mm; góc nghiêng que hàn phụ và mỏ hàn để tránh hiện tượng chảy xệ kim loại lỏng.
  5. Bài 5: Hàn giáp mối Inox ở vị trí hàn 1G (20 giờ: 1 lý thuyết, 18 thực hành, 1 kiểm tra): Kỹ thuật hàn giáp mối bằng phẳng cho tấm có chiều dày từ 2mm trở lên; quy định kích thước đường hàn đính ($B_đ = 5\text{ mm}, h_đ = 1\text{ mm}$); kỹ thuật nung chảy mép hàn, nhấp nhả que phụ trong vùng khí bảo vệ; kỹ thuật kết thúc đường hàn và duy trì lưu khí trơ bảo vệ vũng hàn kết tinh; bảo đảm chiều rộng mối hàn $B = 6\text{ mm}$.

Progression logic của giáo trình đi từ cơ sở khoa học vật liệu, lý thuyết điện - nhiệt hồ quang đến kỹ năng vận hành máy móc, từ đó chuyển tiếp sang rèn luyện thao tác tay nghề từ vị trí hàn góc cơ bản (1F, 2F) đến hàn giáp mối (1G).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Cơ sở nhiệt học và điện tử học trong hàn TIG: Cơ chế ion hóa hồ quang giữa điện cực Vonfram không nóng chảy và vật hàn; sự phân bố năng lượng nhiệt theo cực tính:
    • Dòng một chiều nối thuận (DCEN): 70% nhiệt lượng tập trung vào chi tiết hàn, 30% ở điện cực, tạo chiều sâu ngấu hẹp và sâu.
    • Dòng một chiều nối nghịch (DCEP): 30% nhiệt lượng ở chi tiết, 70% ở điện cực, có tác dụng làm sạch màng oxit bề mặt nhưng làm mòn điện cực nhanh, tạo mối hàn rộng và nông.
    • Dòng xoay chiều (AC): Phân bổ nhiệt 50% - 50%, kết hợp giữa khả năng làm sạch màng oxit của bán chu kỳ dương và khả năng nung ngấu của bán chu kỳ âm, thích hợp cho hàn nhôm và magie.
  • Hệ thống phân loại vật liệu hàn theo tiêu chuẩn:
    • Tiêu chuẩn AWS A5.12 cho điện cực Vonfram: $EWP$ (nguyên chất 99,5% W, đầu sơn xanh lá), $EWCe\text{-}2$ (chứa $2% \text{CeO}_2$, đầu sơn da cam), $EWLa\text{-}1$ (chứa $1% \text{La}_2\text{O}_3$, đầu sơn đen), $EWTh\text{-}2$ (chứa $2% \text{ThO}_2$), $EWZr\text{-}1$ (chứa $\text{ZrO}_2$).
    • Tiêu chuẩn que hàn phụ ISO/R564: Chiều dài từ 500mm đến 1000mm, đường kính danh định gồm 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; 3,2mm tương thích với từng loại kim loại cơ bản (thép hợp kim Cr-Ni, thép carbon, hợp kim nhôm, đồng).
  • Nguyên lý khí động học khí bảo vệ: Ảnh hưởng của tỷ trọng khí trơ đến khả năng bao phủ vùng hàn; nguyên lý phối trộn $Ar - H_2$ (tỷ lệ 5% đến 15% $H_2$) để gia tăng điện áp hồ quang và tăng độ ngấu khi hàn thép không gỉ.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật:
    • Tính toán và thiết lập thông số hàn dựa trên thực nghiệm ($1\text{A}$ cho mỗi $0,0001\text{ inch}$ bề dày, tương đương $40\text{A/mm}$ ở tốc độ $250\text{ mm/phút}$ hoặc $16\text{A/mm}$ ở tốc độ $100\text{ mm/phút}$).
    • Thao tác mài điện cực Vonfram theo chiều dọc trục trên đá mài hạt mịn; kỹ thuật căn chỉnh tầm với điện cực nhô ra ngoài chụp khí ở mức ngắn nhất.
    • Phối hợp hai tay: tay thuận điều khiển mỏ hàn duy trì chiều dài hồ quang từ 0,5 đến 3mm theo phương pháp hàn trái, tay phụ cấp que hàn nhịp nhàng vào vũng chảy mà không đưa đầu que ra ngoài phạm vi bao phủ của dòng khí bảo vệ.
  • Kỹ năng phân tích và đo kiểm:
    • Đọc và bóc tách yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ ký hiệu mối hàn (141-1F, 141-2F, 141-1G).
    • Sử dụng thước lá, dưỡng kiểm tra mối hàn để đo chiều cao, chiều rộng và kích thước cạnh mối hàn $K$.
    • Đánh giá khuyết tật ngoại quan: xác định nguyên nhân gây rỗ khí (do lưu lượng khí không phù hợp hoặc gió lùa), cháy cạnh (do dòng điện quá lớn hoặc dao động mỏ không dừng ở hai mép), lẫn Vonfram (do đầu điện cực chạm bể hàn hoặc chạm que phụ).
  • Năng lực vận hành thực tế: Vận hành các dòng máy hàn công nghiệp như PANASONIC, MATRIX 5000 AC/DC CEA; xử lý sự cố thiết bị khí và điện áp.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo tích hợp mô-đun (Integrated Module Training), phân chia thời lượng tập trung cho thực hành thao tác xưởng ($71,7%$ tổng thời lượng mô đun, tương đương 43/60 giờ).

Cấu trúc bài thực hành được chuẩn hóa theo tiến trình các bước cố định:

  1. Đọc bản vẽ và chuẩn bị phôi: Xác định kích thước, làm sạch dầu mỡ, gỉ sét bằng máy mài hoặc bàn chải sắt.
  2. Cài đặt chế độ hàn: Lựa chọn đường kính điện cực, que phụ, dòng điện ($I_h$), điện áp ($U_h$) và điều chỉnh lưu lượng khí qua van giảm áp dạng ống đo vật nổi hoặc đồng hồ áp suất.
  3. Gá đính phôi hàn: Thực hiện mối đính bảo đảm độ ngấu, chiều dài mối đính không vượt quá 10–15mm.
  4. Thực hiện đường hàn: Điều khiển hồ quang đi đúng mép liên kết, bón que phụ đều tay.
  5. Làm sạch, đo kiểm và đánh giá sản phẩm: Kiểm tra ngoại dạng, đối chiếu kích thước theo bản vẽ kỹ thuật.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập được lượng hóa theo thang điểm 100 với barem điểm chi tiết kèm theo điều kiện tiên quyết:

  • Điểm ngoại dạng sản phẩm (Tối đa 70 điểm): Đánh giá độ sâu ngấu, độ đồng đều vảy hàn, kích thước mối hàn (chiều cao, bề rộng), độ cong vênh của chi tiết hàn (cho phép tối đa $1,5\text{ mm}$ trên toàn chiều dài phôi) và mức độ sạch khuyết tật (không cháy cạnh, không rỗ khí, không lẫn Vonfram).
  • Điểm tuân thủ quy trình và an toàn (Tối đa 30 điểm): Đánh giá việc chấp hành quy định an toàn điện, an toàn bình khí nén cao áp, trang bị bảo hộ cá nhân (mặt nạ hàn, găng tay da chuyên dụng, quần áo chống cháy) và vệ sinh phân xưởng.
  • Quy chế giới hạn: Người học thực hiện bài kiểm tra vượt quá 25% định mức thời gian quy định sẽ không được công nhận kết quả; học sinh vi phạm quy tắc an toàn hoặc lựa chọn sai phương pháp/vị trí hàn sẽ bị đình chỉ thực tập hoặc loại bài thi.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Hệ thống dữ liệu chế độ hàn định lượng chi tiết: Giáo trình cung cấp bảng tra cứu thông số kỹ thuật đầy đủ cho các nhóm kim loại thông dụng trong công nghiệp cơ khí:
    • Thép carbon và thép hợp kim: Dòng DCEN, chiều dày 1 đến 6mm, dòng điện từ $30\text{A}$ đến $130\text{A}$, các kiểu liên kết giáp mối không vát mép hoặc vát chữ V.
    • Thép không gỉ (Inox): Chiều dày 1,6 đến 12,7mm, dòng điện $100\text{A}$ đến $300\text{A}$, điện áp $12\text{V}$, tốc độ hàn $200 - 250\text{ mm/phút}$, lưu lượng khí Ar 10–12 l/phút.
    • Hợp kim nhôm: Dòng AC, chiều dày 1 đến 5mm, dòng điện $120\text{A}$ đến $150\text{A}$.
    • Đồng: Dòng DCEN, chiều dày 1,5 đến 5,0mm, dòng điện $90\text{A}$ đến $300\text{A}$.
  • Tích hợp công nghệ hàn TIG xung (Pulse TIG): Tài liệu phân tích nguyên lý hàn xung sử dụng dòng điện biến thiên chu kỳ giữa mức dòng đỉnh (Pulse cur từ 5 đến 250A) và dòng đáy với tần số xung (Pulse Freq từ 0,5 đến 10Hz). Công nghệ này cho phép khống chế công suất nhiệt, giảm biến dạng khi hàn các tấm mỏng dưới 1mm, tăng chiều sâu ngấu và hỗ trợ tự động hóa mối hàn ống thành mỏng.
  • Phân tích so sánh các nguồn hàn AC tiên tiến: Trình bày rõ sự khác biệt giữa nguồn hàn dòng điện dạng sóng sin truyền thống (sử dụng cảm kháng bão hòa, hồ quang êm nhưng dễ ngậm Vonfram) và nguồn hàn dạng sóng vuông (giảm biên độ đỉnh dòng điện 30%, cho phép điều chỉnh thời gian từng bán chu kỳ để tối ưu hóa độ làm sạch oxit và độ ngấu).
  • Chuẩn hóa quy cách an toàn công nghiệp: Hướng dẫn chi tiết các biện pháp phòng ngừa rủi ro áp suất chai khí trơ (cố định xích đứng, thao tác mở van tránh hướng mặt vào đầu phun), an toàn quang học chống bức xạ tia cực tím và thông gió loại bỏ khói hàn kim loại.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên, học sinh nghề: Học sinh, sinh viên theo học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề thuộc nhóm ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, chuyên ngành Hàn hoặc Chế tạo kết cấu kim loại.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành hoặc tích lũy song song các kiến thức nền tảng từ các môn học MH07 đến MH13 và các mô đun kỹ thuật cơ sở MĐ18, MĐ19, bao gồm:
    • Vẽ kỹ thuật cơ khí và đọc bản vẽ liên kết hàn.
    • Khoa học vật liệu kim loại và xử lý nhiệt.
    • An toàn lao động, vệ sinh công nghiệp và kỹ thuật nguội cơ bản.
  • Giảng viên và giáo viên dạy nghề: Tài liệu đóng vai trò là giáo trình giảng dạy chính thức, cung cấp cấu trúc bài giảng, bảng thông số thực nghiệm, hướng dẫn chuẩn bị vật tư phôi liệu và barem điểm kiểm tra kỹ năng thực hành định lượng.
  • Kỹ thuật viên và thợ hàn công nghiệp: Sử dụng làm tài liệu tra cứu các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn (AWS A5.12, ISO/R564), phân loại điện cực và bảng chế độ hàn cho các liên kết thép không gỉ, nhôm, đồng trong sản xuất cơ khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế chuẩn mực cho học sinh, sinh viên trình độ Trung cấp nghề Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho sinh viên Cao đẳng cơ khí và thợ hàn cơ bản cần chuẩn hóa kỹ thuật hàn TIG.

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

Người học cần có kiến thức cơ bản về đọc bản vẽ cơ khí, vật liệu cơ khí, an toàn điện - cơ khí (các môn MH07–MH13) và kỹ năng hàn cơ sở từ các mô đun MĐ18, MĐ19 trước khi tiếp cận kỹ thuật TIG.

3. Điểm khác biệt về mặt kỹ thuật của giáo trình này so với tài liệu hàn thông thường là gì?

Tài liệu tích hợp đầy đủ bảng thông số kỹ thuật thực nghiệm định lượng cho từng dải bề dày kim loại (thép carbon, Inox, nhôm, đồng), phân loại chuẩn hóa mã màu điện cực theo AWS A5.12, quy chuẩn que hàn theo ISO/R564, và phân tích sâu nguyên lý công nghệ hàn TIG xung cũng như nguồn AC sóng vuông.

4. Làm sao để tự học và rèn luyện kỹ năng hiệu quả từ giáo trình?

Người học cần nắm chắc lý thuyết Bài 1 (vật liệu, chế độ hàn) và Bài 2 (mài góc côn điện cực $30^\circ - 60^\circ$, điều chỉnh bảng điều khiển máy), sau đó bám sát quy trình thao tác 5 bước tại xưởng và tự đánh giá sản phẩm dựa trên thang điểm 100 quy định trong từng bài thực hành.

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

Giáo trình tích hợp sẵn bản vẽ chi tiết các bài tập thực hành liên kết (141-1F, 141-2F, 141-1G), sơ đồ đấu nối thiết bị máy hàn (PANASONIC, MATRIX 5000 AC/DC CEA), bảng nhận diện khuyết tật và hệ thống câu hỏi ôn tập kiến thức - kỹ năng sau mỗi bài học.

Kết luận

Giáo trình Hàn TIG cơ bản (MĐ21) xác lập hệ thống kiến thức toàn diện và quy trình kỹ thuật chuẩn xác về phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí trơ bằng điện cực không nóng chảy. Với kết cấu 60 giờ học tích hợp chặt chẽ giữa 14 giờ lý thuyết và 43 giờ thực hành, giáo trình thiết lập lộ trình phát triển kỹ năng rõ ràng từ khâu nhận biết vật liệu, mài điện cực, thiết lập thông số dòng hàn đến thao tác thực hiện các mối hàn góc 1F, 2F và mối hàn giáp mối 1G trên thép và Inox.

Lộ trình học tập được thiết kế làm nền tảng kỹ thuật bắt buộc để người học tiếp tục tiến trình đào tạo các mô đun kỹ thuật hàn TIG nâng cao ở các tư thế phức tạp hơn (hàn ống, vị trí 3G, 4G, 5G, 6G). Trong quá trình học tập, tài liệu khuyến nghị kết hợp đối chiếu với các tài liệu tham khảo về công nghệ hàn trong và ngoài nước, tài liệu hướng dẫn vận hành của các nhà sản xuất thiết bị (Panasonic, Matrix), cùng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật AWS A5.12 và ISO/R564.