Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mô đun: Hàn TIG (Mã số mô đun: MĐ 22 / T512034811) do tác giả Trần Xuân Trưởng biên soạn tại Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định thuộc Bộ Công Thương vào năm 2018. Tài liệu được thiết kế theo chuẩn chương trình khung quốc gia nghề Hàn ở trình độ Trung cấp và Cao đẳng kỹ thuật. Trong tiến trình đào tạo, mô đun MĐ 22 giữ vị trí chuyên ngành bắt buộc, 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 MH08 đến MH11) và các mô đun kỹ thuật nghề liên quan (từ MĐ13 đến MĐ19).

Mục tiêu học tập của giáo trình hướng đến việc cung cấp cho người học năng lực giải thích bản chất, đặc điểm, công dụng của phương pháp hàn TIG (Tungsten Inert Gas / GTAW); nhận biết và lựa chọn chính xác các loại vật liệu (điện cực Vonfram, khí bảo vệ, que hàn phụ); trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị hàn; tính toán chế độ hàn phù hợp với chiều dày, tính chất vật liệu; vận hành thuần thục thiết bị; thực hiện các liên kết hàn giáp mối và hàn góc ở các vị trí không gian (1G, 2F...); kiểm tra đánh giá khuyết tật mối hàn và tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp trong môi trường hàn khí bảo vệ.

Cấu trúc giáo trình được xây dựng theo hình thức tích hợp đồng bộ giữa lý thuyết chuyên môn và thực hành nghề nghiệp. Cách tiếp cận của tài liệu đi từ nền tảng nguyên lý vật lý hồ quang, cấu tạo thiết bị, phân loại vật liệu tiêu hao, kỹ thuật chuẩn bị mài điện cực, cho đến quy trình công nghệ hàn từng dạng liên kết cụ thể. Điểm đặc thù của giáo trình là hệ thống hóa chi tiết các thông số kỹ thuật, bảng mã hóa vật liệu theo tiêu chuẩn quốc tế AWS, kết hợp các bảng quy trình thao tác và hướng dẫn nhận diện, khắc phục khuyết tật trực tiếp tại xưởng thực tập.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 6 bài học chuyên đề và phần tài liệu tham khảo (trang 60), tổ chức theo tiến trình phát triển kỹ năng tay nghề:

  • Bài 1: Vận hành thiết bị hàn TIG (Trang 3 - 32): Trình bày định nghĩa bản chất hàn TIG; đặc điểm hồ quang nhiệt độ cao (khoảng 6000°C); cấu tạo mỏ hàn (chụp sứ, ống kẹp điện cực, thân mỏ, nắp mỏ); hệ thống làm mát bằng khí (< 120A) và làm mát bằng nước (> 120A, từ 150 đến 500A); nguồn điện hàn một chiều (DCEN, DCEP) và xoay chiều (AC hình sin, AC xung sóng vuông); mạch mồi hồ quang cao tần HF (250–300W, điện áp 2–3 kV, tần số 250–1000 kHz); phân loại điện cực Vonfram theo mã màu AWS; tính chất các loại khí bảo vệ (Argon, Heli, hỗn hợp Ar-He, Ar-H2, Ar-N2); phương pháp mài điện cực; kỹ thuật mồi hồ quang (tiếp xúc và không tiếp xúc); quy trình vận hành, bảo dưỡng thiết bị và an toàn lao động.
  • Bài 2: Hàn giáp mối không vát mép (Trang 33 - 38): Hướng dẫn kỹ thuật hàn liên kết giáp mối phẳng cho vật liệu tấm mỏng dưới 3mm ở vị trí hàn bằng (1G); quy trình làm sạch mép hàn 20–30mm; tính toán chế độ hàn ($I_h = 30 - 90A$, lưu lượng khí Ar $5 - 7$ lít/phút, đường kính que hàn $1.6 - 2.4mm$); kỹ thuật gá đính phôi; góc nghiêng mỏ hàn (70°–80°) và góc que hàn (15°); dao động mỏ hàn kiểu răng cưa hoặc bán nguyệt; phương pháp kiểm tra ngoại dạng và khắc phục khuyết tật rỗ khí, không ngấu.
  • Bài 3: Hàn giáp mối có vát mép (Trang 39 - 41): Quy định kỹ thuật chuẩn bị phôi tấm dày trên 3mm với các kiểu vát mép chữ V, chữ X hoặc chữ J; kỹ thuật hàn lót đáy bằng TIG kết hợp hàn phủ; cài đặt dòng điện ($I_h = 70 - 100A$); kiểm soát độ thấu chân và tránh các sai hỏng cháy thủng, không ngấu.
  • Bài 4: Hàn gấp mép tấm mỏng (Trang 42 - 50): Kỹ thuật hàn biến dạng nóng chảy mép tôn mỏng không cần kim loại phụ; sử dụng đồ gá tản nhiệt mặt lưng; điều chỉnh chu trình nhiệt tránh thủng và cong vênh liên kết.
  • Bài 5: Hàn góc không vát mép (Trang 51 - 55): Kỹ thuật hàn liên kết chữ T và hàn góc ngoài; xác định góc phân giác mỏ hàn; điều chỉnh dòng hàn và tốc độ di chuyển mỏ hàn để kiểm soát chiều sâu ngấu chân mối hàn góc.
  • Bài 6: Hàn góc không vát mép ở vị trí hàn ngang 2F (Trang 56 - 59 / nội dung tích hợp trang 46 - 49): Quy trình hàn góc trong liên kết chữ T tấm dày 6mm bằng thép CT3; áp dụng phương pháp hàn trái; thiết lập dòng hàn $I_h = 130 - 180A$; kỹ thuật dừng mỏ hàn tại hai cạnh mép; duy trì khí bảo vệ trễ 8–10 giây sau khi ngắt hồ quang để chống oxy hóa mối hàn và điện cực.
Tiến trình phát triển kỹ năng trong giáo trình:
[Bài 1: Thiết bị, Vật liệu, An toàn] 
       │
       ▼
[Bài 2 & Bài 4: Liên kết giáp mối, gấp mép tấm mỏng (1G)]
       │
       ▼
[Bài 3: Liên kết giáp mối vát mép chữ V, X tấm dày (1G)]
       │
       ▼
[Bài 5 & Bài 6: Liên kết góc chữ T không vát mép (Vị trí 1F, 2F)]

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết nguồn điện và hồ quang hàn: Giáo trình xây dựng nền tảng về đặc tính ngoài dòng không đổi (CC - Constant Current) với đường dốc đứng của nguồn hàn TIG; giải thích nguyên nhân không sử dụng nguồn áp không đổi (CV) do nguy cơ tăng dòng ngắn mạch phá hủy điện cực Vonfram. Phân tích cơ chế nửa chu kỳ dương làm sạch màng oxit kim loại (Cathodic Cleaning) và nửa chu kỳ âm nung nóng vật hàn của dòng xoay chiều (AC) khi hàn nhôm, magie; so sánh ưu thế của dòng xoay chiều xung sóng vuông trong việc khống chế tích lũy nhiệt và chống lẫn Vonfram vào vũng hàn.
  • Hệ thống phân loại điện cực Vonfram theo AWS:
    • EWP (Đuôi màu xanh lá cây): Vonfram nguyên chất ($\ge 99.5% W$), đầu mài bán cầu, sử dụng với dòng AC để hàn nhôm và magie.
    • EWCe-2 (Đuôi màu cam): Hợp kim chứa $2% CeO_2$ (Cerium), hồ quang ổn định ở dòng điện thấp, sử dụng cho cả dòng AC sóng vuông và DCEN.
    • EWLa-1, EWLa-1.5, EWLa-2 (Đuôi màu đen, vàng, xanh da trời): Hợp kim chứa $1% - 2% La_2O_3$ (Lanthanum), tăng khả năng dẫn dòng lên $50%$ so với Vonfram nguyên chất, duy trì đầu nhọn tốt khi hàn dòng DC.
    • EWTh-1, EWTh-2 (Đuôi màu vàng chanh, đỏ): Hợp kim chứa $1% - 2% ThO_2$ (Thorium), độ bức xạ electron cao, tuổi thọ dài, chuyên dùng cho dòng DC để hàn thép carbon và thép không gỉ.
    • EWZr-1 (Đuôi màu nâu): Hợp kim chứa $1% ZrO_2$ (Zirconium), chuyên dùng cho dòng AC chống tách Vonfram.
    • EWG (Đuôi màu xám): Nhóm hợp kim đất hiếm không chỉ định tỷ lệ cố định.
  • Cơ chế bảo vệ của khí trơ: Tỷ trọng và tính chất lý hóa của Argon (tinh khiết $99.9%$, tỷ trọng $1.33$, hồ quang êm, tiết kiệm lưu lượng) và Heli (tỷ trọng $0.13$, năng lượng ion hóa cao, nhiệt lượng hồ quang lớn dùng cho phôi dày); nguyên lý pha trộn khí phụ trợ như Hydro ($5% - 15% H_2$ trong Argon để tăng tốc độ hàn thép không gỉ) và Nitơ ($N_2$ hàn đồng).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical Skills): Đấu nối hoàn chỉnh thiết bị hàn TIG, hệ thống cấp khí trơ, bộ làm mát nước tuần hoàn; kỹ thuật mài điện cực Vonfram trên đá mài mịn theo phương dọc trục với chiều dài phần côn bằng 1.5 đến 3 lần đường kính điện cực; kỹ thuật tạo đầu mài tù hoặc mài bán cầu; điều chỉnh lưu lượng khí bảo vệ qua van giảm áp từ $5$ đến $19$ lít/phút tùy đường kính mỏ phun.
  • Kỹ năng phân tích và tính toán (Analytical Skills): Tính toán tương quan thông số chế độ hàn theo công thức thực nghiệm: cường độ dòng hàn đạt khoảng $1A$ cho $0.0001\text{ inch}$ chiều dày (tương đương $40A/mm$ bề dày ở tốc độ hàn $250mm/\text{phút}$); phân tích ảnh hưởng của cực tính dòng điện (DCEN truyền $2/3$ nhiệt lượng vào vật hàn, DCEP truyền $2/3$ nhiệt lượng vào điện cực).
  • Kỹ năng tay nghề thực tế (Practical Competencies): Thao tác mồi hồ quang không tiếp xúc qua mạch cao tần (HF) cách phôi $3mm$ ở góc $75^\circ$; duy trì chiều dài hồ quang ngắn ($L_h = 0.5 - 3mm$); khống chế góc nghiêng mỏ hàn ($70^\circ - 80^\circ$) và que đắp ($15^\circ$); thao tác dao động mỏ hàn kiểu răng cưa, bán nguyệt có dừng ở hai mép biên; duy trì bảo vệ khí trễ ($3 - 5$ giây cho liên kết phẳng và $8 - 10$ giây cho liên kết góc ngang); kiểm tra ngoại dạng mối hàn bằng mắt, kính lúp, dưỡng đo; xử lý triệt để các khuyết tật rỗ khí, cháy cạnh, không ngấu, thủng vũng chảy.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình sư phạm tích hợp (Integrated Pedagogical Approach), kết hợp đồng thời việc truyền thụ lý thuyết kỹ thuật công nghệ với quá trình thị phạm và thực hành rèn luyện tay nghề tại xưởng. Bài giảng được cấu trúc chặt chẽ theo các bước:

Quy trình thực hiện bài tập thực hành theo giáo trình:
┌───────────────────────────────┐
│ 1. Đọc và phân tích bản vẽ     │
└──────────────┬────────────────┘
               ▼
┌───────────────────────────────┐
│ 2. Chuẩn bị phôi, mép hàn     │ -> Làm sạch cơ học/hóa học 20-30mm
└──────────────┬────────────────┘
               ▼
┌───────────────────────────────┐
│ 3. Chọn chế độ hàn, mài kim   │ -> Ih, Uh, Vh, lưu lượng khí, góc côn
└──────────────┬────────────────┘
               ▼
┌───────────────────────────────┐
│ 4. Gá phôi và hàn đính        │ -> Mối đính <= 10mm, ngấu đúng vị trí
└──────────────┬────────────────┘
               ▼
┌───────────────────────────────┐
│ 5. Tiến hành hàn đường liên tục│ -> Duy trì Lh, góc mỏ hàn, cấp que
└──────────────┬────────────────┘
               ▼
┌───────────────────────────────┐
│ 6. Làm sạch, kiểm tra khuyết tật│ -> Bằng dưỡng, kính lúp, mắt thường
└───────────────────────────────┘

Hệ thống bài tập thực hành được định lượng rõ ràng về điều kiện kỹ thuật và thời gian:

  • Bài tập 1G (Bài 2 & Bài 3): Hàn giáp mối không vát và có vát mép thép tấm CT3 dày $2mm$, chiều dài đường hàn theo bản vẽ, thời gian thực hiện chuẩn là $01\text{ giờ}$ (bao gồm cả chuẩn bị và gá đính), thời gian chỉnh máy thử là $10\text{ phút}$.
  • Bài tập 2F (Bài 6): Hàn góc chữ T thép tấm CT3 dày $6mm$ ở vị trí hàn ngang, dòng hàn $130 - 180A$, thời gian hoàn thành $01\text{ giờ}$.

Phương pháp đánh giá kết quả học tập trong giáo trình được chia thành hai hệ thống rõ rệt:

  1. Đánh giá theo bài học/mô đun (Trọng số hệ số):
    • Kiến thức chuyên môn: Hệ số $0.3$ (đánh giá qua câu hỏi tự luận về cấu tạo thiết bị, chế độ công nghệ, an toàn).
    • Kỹ năng thực hành: Hệ số $0.4 - 0.5$ (đánh giá qua sản phẩm mối hàn thực tế).
    • Ý thức, thái độ: Hệ số $0.2 - 0.3$ (chấp hành nội quy xưởng, an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp).
  2. Đánh giá bài tập ứng dụng sản phẩm (Thang điểm 100):
    • Điểm ngoại dạng khách quan: Tối đa $70\text{ điểm}$ (kích thước vảy hàn, độ ngấu, khuyết tật cháy cạnh, rỗ khí).
    • Điểm tuân thủ quy định: Tối đa $30\text{ điểm}$ (thao tác an toàn, sử dụng trang bị bảo hộ mặt nạ số 10–13, găng tay da, làm sạch phôi).
    • Quy định khống chế: Thí sinh thực hiện sai vị trí hàn quy định sẽ bị loại; thời gian vượt quá $25%$ định mức sẽ không được chấm điểm.

Đối với hoạt động tự học, giáo trình yêu cầu người học nghiên cứu kỹ sơ đồ đấu nối mạch điện, bảng tra cứu thông số mỏ phun (Bảng 1.2), bảng tra cứu mã màu điện cực (Bảng 1.3), tiêu chuẩn kim loại phụ AWS (Bảng 1.6a, 1.6b) và bảng nhận diện nguyên nhân - biện pháp phòng ngừa sai hỏng trước khi vận hành thiết bị thực tế.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa kỹ thuật theo tiêu chuẩn AWS: Giáo trình cập nhật và đối chiếu toàn diện hệ thống vật liệu hàn theo tiêu chuẩn của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ (AWS - American Welding Society):
    • Phân loại điện cực Vonfram theo chuẩn AWS A5.12 ($EWP, EWCe-2, EWLa-1/1.5/2, EWTh-1/2, EWZr-1, EWG$).
    • Phân loại kim loại đắp phụ theo hệ thống AWS: AWS A5.7 (Đồng và hợp kim Cu), AWS A5.9 (Thép không gỉ Cr và Cr-Ni), AWS A5.10 (Nhôm và hợp kim Al), AWS A5.14 (Niken), AWS A5.16 (Titan), AWS A5.18 (Thép carbon trung bình: ER70S-4, ER70S-G), AWS A5.24 (Zirconium) và AWS A5.28 (Thép hợp kim thấp).
  • Tích hợp công nghệ nguồn hàn hiện đại: Giáo trình cập nhật công nghệ nguồn hàn biến áp tích hợp chỉnh lưu biến tần PWM; hệ thống điều khiển mồi hồ quang cao tần không tiếp xúc (HF); phân tích chu trình dòng hàn AC sóng hình vuông (Square Wave) cho phép điều chỉnh độc lập tỷ lệ thời gian giữa bán chu kỳ dương (tẩy sạch oxit) và bán chu kỳ âm (tăng độ ngấu), giải quyết hiện tượng lẫn Vonfram vào vũng hàn khi hàn nhôm và hợp kim nhẹ.
  • Gắn liền thực tiễn sản xuất công nghiệp: Các thông số công nghệ được xây dựng sát với yêu cầu gia công cơ khí thực tế: ứng dụng khí hỗn hợp $Ar - 5% H_2$ để hàn thủ công thép không gỉ, hỗn hợp $Ar - 15% H_2$ cho hàn cơ khí hóa bồn chứa và thùng bia inox độ dày đến $1.6mm$ với khe hở đáy $0.25 - 0.5mm$; quy trình hàn lót đáy bằng TIG cho ống áp lực và kết cấu thép dày trước khi hàn phủ bằng SMAW hoặc GMAW.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Tài liệu được biên soạn cho học sinh, sinh viên bậc Trung cấp và Cao đẳng thuộc các ngành Hàn, Cơ khí chế tạo máy, Công nghệ cơ khí gia công kim loại tại các trường cao đẳng, trường trung cấp và trung tâm giáo dục nghề nghiệp.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành hoặc học song song các môn học cơ sở kỹ thuật chung gồm MH08, MH09, MH10, MH11 (Đọc bản vẽ cơ khí, Dung sai lắp ghép, Vật liệu cơ khí, An toàn lao động) và các mô đun chuyên môn MĐ13 đến MĐ19 (Kỹ thuật hàn hồ quang tay, Cắt gọt phôi kim loại cơ bản).
  • Giảng viên và cán bộ đào tạo: Giảng viên sử dụng giáo trình để thiết lập giáo án tích hợp lý thuyết - thực hành; áp dụng các bảng thông số kỹ thuật (Bảng 1.2, 1.5, 1.9, bảng chế độ hàn thép tấm) và sử dụng barem thang điểm 100 cùng tiêu chí hệ số đánh giá kết quả học tập để tổ chức kiểm tra, đánh giá kỹ năng tay nghề của học viên.
  • Kỹ thuật viên và thợ hàn tự học/tra cứu: Tài liệu là nguồn tham khảo kỹ thuật cho công nhân, kỹ thuật viên tại các xưởng gia công cơ khí để tra cứu nhanh thông số mài kim hàn, lựa chọn cấp khí bảo vệ, thiết lập chu trình dòng xung và nhận diện xử lý khuyết tật liên kết hàn trong sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn cho học sinh, sinh viên ngành Hàn trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề; đồng thời phục vụ giáo viên dạy nghề cơ khí và thợ hàn cần tài liệu chuẩn hóa kỹ thuật vận hành máy TIG.

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

Người học cần có kiến thức nền tảng từ các môn học MH08 đến MH11 và MĐ13 đến MĐ19, bao gồm khả năng đọc bản vẽ cơ khí, kiến thức về vật liệu kim loại - hợp kim, nguyên lý gia công phôi và an toàn điện - an toàn phân xưởng.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu hàn thông thường là gì?

Giáo trình tích hợp hoàn toàn lý thuyết với các bảng bước thực hiện công việc cụ thể; chuẩn hóa ký hiệu điện cực và que hàn theo tiêu chuẩn AWS; cung cấp các thông số công nghệ thực nghiệm định lượng chính xác ($I_h, U_h$, lưu lượng khí, kích thước mài kim hàn, góc mỏ hàn) và đưa ra barem chấm điểm cụ thể (70 điểm ngoại dạng, 30 điểm quy trình/an toàn).

4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả theo giáo trình?

Người học cần nắm vững nguyên lý an toàn và nhận biết mã màu điện cực ở Bài 1; luyện tập kỹ thuật mài đầu điện cực đúng góc côn $1.5 - 3d$; học cách đọc bản vẽ bài tập và tuân thủ tuần tự các bước: chuẩn bị làm sạch phôi $20 - 30mm$, cài đặt thông số khí, gá đính phôi và duy trì đúng góc mỏ hàn ($70^\circ - 80^\circ$), góc que hàn ($15^\circ$) trước khi thực hiện mối hàn chính thức.

5. Giáo trình có kèm theo tài liệu bổ trợ nào?

Tài liệu tích hợp hệ thống bản vẽ chi tiết cho các bài tập ứng dụng hàn giáp mối 1G và hàn góc 2F; bảng tra cứu tiêu chuẩn vật liệu phụ AWS A5.7 đến A5.28; bảng chỉ dẫn đối với học sinh thực hiện bài tập và danh mục tài liệu tham khảo kỹ thuật hàn ở trang 60.

Kết luận

Giáo trình Mô đun: Hàn TIG (MĐ 22 / T512034811) của Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định cung cấp một hệ thống kiến thức và kỹ năng hoàn chỉnh về công nghệ hàn hồ quang trong môi trường khí trơ. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở tính quy chuẩn kỹ thuật theo tiêu chuẩn quốc tế AWS, cấu trúc giảng dạy tích hợp giữa nguyên lý lý thuyết và quy trình thao tác thực xưởng, cùng hệ thống tiêu chí kiểm tra đánh giá định lượng minh bạch.

Lộ trình học tập do giáo trình thiết lập dẫn dắt người học từ năng lực làm chủ thiết bị, vật liệu sang kỹ năng hàn các dạng liên kết giáp mối, gấp mép và liên kết góc trên thép carbon, thép không gỉ và kim loại màu. Để mở rộng năng lực chuyên môn, người học được khuyến nghị kết hợp nghiên cứu các tiêu chuẩn vật liệu hàn AWS và các tài liệu tham khảo công nghệ hàn được liệt kê tại trang 60 của giáo trình.