TỔNG QUAN HỌC THUẬT: GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN HÀN TIG NÂNG CAO (HAN19MĐ12)
Tổng quan về giáo trình
Giáo trình Mô đun: Hàn TIG nâng cao (Mã số: HAN19MĐ12) là tài liệu giảng dạy và học tập chuyên ngành bắt buộc, ban hành kèm theo Quyết định số 196/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Dầu khí (thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Tài liệu do tập thể giảng viên Khoa Cơ khí Động lực biên soạn, bao gồm các tác giả: Trần Nam An, Trần Thanh Ngọc và Nguyễn Công Khai. Giáo trình được thiết kế với thời lượng đào tạo 3 tín chỉ (tổng cộng 90 giờ, trong đó gồm 10 giờ lý thuyết, 77 giờ thực hành/thảo luận và 3 giờ kiểm tra).
Trong cấu trúc chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ Cao đẳng (tổng khối lượng 98 tín chỉ/2500 giờ), mô đun HAN19MĐ12 được bố trí giảng dạy ở giai đoạn chuyên môn nghề, sau khi người học đã hoàn thành các môn học cơ sở (Vẽ kỹ thuật, Vật liệu cơ khí, Dung sai, An toàn lao động) và học song song hoặc kế tiếp sau các mô đun kỹ thuật nền tảng từ HAN19MĐ01 đến HAN19MĐ11 (Chế tạo phôi, Gá lắp kết cấu, Hàn hồ quang tay, Hàn MIG/MAG, Hàn FCAW và Hàn TIG cơ bản).
Chương trình đào tạo Nghề Hàn (Cao đẳng)
Mục tiêu học tập của giáo trình được xác lập cụ thể theo 3 nhóm chuẩn đầu ra:
- Về kiến thức: Giải thích thực chất, đặc điểm, công dụng của phương pháp hàn TIG (GTAW); nhận biết vật liệu, khí bảo vệ; trình bày cấu tạo và nguyên lý vận hành của thiết bị hàn TIG chuyên dụng (như máy Lincoln 275).
- Về kỹ năng: Lựa chọn chế độ hàn tương thích với chiều dày và tính chất vật liệu; vận hành trang thiết bị; thực hiện hoàn chỉnh các liên kết hàn giáp mối thép tấm ở vị trí 2G (hàn ngang), 3G (hàn đứng) và liên kết hàn thép ống ở vị trí 1G (ống quay trục nằm ngang), 2G (ống cố định trục đứng) đạt độ sâu ngấu, đúng kích thước hình học bản vẽ và kiểm soát khuyết tật; thực hiện kiểm tra đánh giá chất lượng liên kết hàn.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tuân thủ quy định an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp trong môi trường gia công kim loại nóng chảy và rèn luyện tính chính xác, kỷ luật kỹ thuật.
Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo mô hình đào tạo dựa trên năng lực thực hành (thực hành chiếm 85,5% tổng thời lượng), phân bổ thành 4 bài học tích hợp. Điểm đặc thù của tài liệu là chuẩn hóa đồng bộ quy trình từ khâu đọc bản vẽ kỹ thuật, chuẩn bị vát mép phôi, gá đính, thiết lập chế độ hàn nhiều lớp (lót, đầy, phủ) đến phân tích nguyên nhân và biện pháp khắc phục 5 dạng khuyết tật hàn phổ biến theo quy chuẩn kỹ thuật.
Nội dung kiến thức cốt lõi
Các chương/chủ đề chính
Giáo trình gồm 4 bài thực hành chuyên sâu với logic phát triển nội dung đi từ kết cấu phẳng (thép tấm) sang kết cấu không gian định hình (thép ống), nâng dần độ phức tạp của vị trí hàn:
• Phôi tấm 6x100x200mm • Phôi tấm 6x100x200mm • Phôi ống Ø89x5x100mm • Phôi ống Ø89x5x100mm
• Mép vát 30°, hở 3-4mm • Mép vát 30°, hàn từ dưới lên • Hàn 9h-12h, xoay 180° • Thao tác mối hàn ngang quanh ống
- Bài 1: Hàn TIG thép tấm các bon thấp – Vị trí hàn (2G): Trang bị kỹ thuật hàn giáp mối ngang trên 2 tấm thép carbon (kích thước $6 \times 100 \times 200\text{ mm}$, vát mép $30^\circ$, mép cùn $1 - 1,5\text{ mm}$, khe hở $3 - 4\text{ mm}$). Nội dung tập trung vào kỹ thuật gá đính 2 điểm ($10 - 15\text{ mm}$), góc nghiêng mỏ hàn $70^\circ - 80^\circ$ ngược hướng hàn, que hàn hợp với mỏ hàn góc $90^\circ$, kiểm soát thứ tự hàn 3 lớp: lớp lót (dòng $80 - 90\text{ A}$, ngấu mặt sau $1,5\text{ mm}$), lớp đầy (dòng $100 - 120\text{ A}$, thấp hơn mặt phẳng $0,5 - 1\text{ mm}$) và lớp phủ (dòng $90 - 100\text{ A}$, chiều rộng $8\text{ mm}$, chiều cao $2\text{ mm}$).
- Bài 2: Hàn TIG thép tấm các bon thấp – Vị trí hàn (3G): Hướng dẫn kỹ thuật hàn đứng từ dưới lên trên liên kết giáp mối vát mép. Khái niệm trọng tâm gồm: kỹ thuật dao động mỏ hàn hình răng cưa hoặc bán nguyệt, duy trì khoảng cách điện cực $3 - 4\text{ mm}$, điều chỉnh dòng hàn lót ($80 - 90\text{ A}$), lớp đầy ($100 - 120\text{ A}$) và lớp phủ ($90 - 100\text{ A}$, kích thước rộng $7 \pm 1\text{ mm}$, cao $2 + 0,5\text{ mm}$), kỹ thuật dừng mỏ hàn $5 - 10\text{ giây}$ trễ khí bảo vệ bể hàn khi kết thúc hồ quang.
- Bài 3: Hàn TIG thép ống các bon thấp – Vị trí (1G): Áp dụng trên phôi ống thép carbon đường kính $\varnothing 89 \times 5 \times 100\text{ mm}$. Quy trình gá phôi trên khối V/khối U, hàn đính 3 điểm cách đều, kỹ thuật duy trì lỗ thâm nhập hồ quang (keyhole), thực hiện mối hàn ở vị trí $9\text{h} - 12\text{h}$ kết hợp xoay phôi $180^\circ$ bằng kìm rèn để hoàn thiện chu vi liên kết ống.
- Bài 4: Hàn TIG thép ống các bon thấp – Vị trí (2G): Thiết lập trên liên kết ống trục đứng cố định (đường hàn nằm ngang). Học viên phải kiểm soát trọng lực tác động lên bể kim loại lỏng quanh chu vi ống, duy trì ổn định góc mỏ hàn và que đắp tương quan với trục ống.
Kiến thức nền tảng được xây dựng
Nội dung giáo trình củng cố hệ thống nguyên lý kỹ thuật hàn hồ quang trong môi trường khí trơ bảo vệ:
- Cơ sở thiết bị và điện cực: Nguyên lý làm việc của nguồn hàn dòng một chiều cực tính thuận (DCEN/DC-), nối kìm hàn vào cực âm, vật hàn vào cực dương; sử dụng điện cực Vonfram (Wolfram) không nóng chảy đường kính $\varnothing 2,4\text{ mm}$ mài nhọn, với quy cách phần nhô điện cực giới hạn $1,5 - 2,5d$.
- Nguyên lý khí bảo vệ: Đặc tính bảo vệ của khí Argon tinh khiết với lưu lượng định mức $7 - 10\text{ lít/phút}$; nguyên lý duy trì dòng khí ra trễ (post-flow) để ngăn ngừa oxy hóa bể hàn và điện cực khi ngắt hồ quang.
- Bảng thông số chế độ hàn TIG theo chiều dày vật liệu:
| Chiều dày vật liệu ($s$, mm) | Đường kính điện cực W (mm) | Đường kính que đắp (mm) | Cường độ dòng điện hàn ($I_h$, A) | Lưu lượng khí bảo vệ (lít/phút) | Tốc độ hàn (mm/phút) |
|---|---|---|---|---|---|
| $3,0$ | $2,0$ | $2,0$ | $60 - 80$ | $5 - 8$ | $60 - 70$ |
| $6,0$ | $2,4$ | $2,4$ | $70 - 120$ | $7 - 10$ | $50 - 60$ |
| $9,0$ | $2,4$ | $2,4$ | $80 - 130$ | $7 - 10$ | $40 - 50$ |
| $11,0$ | $2,4$ | $2,4$ | $90 - 160$ | $7 - 10$ | $40 - 50$ |
- Lý thuyết nhận dạng và xử lý khuyết tật hàn: Phân loại chi tiết cơ chế phát sinh 5 dạng khuyết tật:
- Rỗ khí (Porosity): Do bề mặt ẩm/bẩn, thiếu khí bảo vệ, gió lùa, lẫn không khí hoặc chiều dài hồ quang quá lớn.
- Lẫn tạp chất rắn (Wolfram inclusion): Do điện cực W tiếp xúc trực tiếp vũng hàn, chạm que hàn đắp vào đầu điện cực hoặc điện cực bị quá tải dòng điện.
- Mối hàn không ngấu (Lack of fusion): Gồm không ngấu giữa các đường hàn, không ngấu mép kim loại cơ bản và không ngấu đáy do dòng điện thấp hoặc góc mỏ hàn sai.
- Cháy chân (Undercut): Làm giảm tiết diện chịu lực do dòng hàn quá lớn, hồ quang quá dài, tốc độ di chuyển nhanh thiếu thời gian dừng biên.
- Chồng mép/chảy xệ (Overlap): Do tốc độ dịch chuyển không chuẩn xác hoặc dòng điện hàn quá thấp khiến kim loại đắp tràn lên bề mặt không nóng chảy.
Kỹ năng phát triển
- Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Cắt, vát mép góc $30^\circ$, làm sạch phôi phạm vi $10\text{ mm}$ tính từ mép hàn; gá đặt đồ gá khối V/U, kiểm tra độ đồng tâm và khe hở ghép nối; mài điện cực Vonfram; phối hợp thao tác hai tay (tay thuận cầm mỏ hàn dao động răng cưa/bán nguyệt, tay phụ tiếp que hàn ER 70S $\varnothing 2,4\text{ mm}$).
- Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc bản vẽ kết cấu cơ khí, bóc tách thông số rãnh hàn; tính toán hiệu chỉnh dòng điện hàn và tốc độ hàn tương ứng từng lớp (lót, điền đầy, phủ); quan sát bể hàn để phát hiện sớm các hiện tượng cháy cạnh, chảy xệ kim loại.
- Kỹ năng đánh giá và an toàn (Practical competencies): Kiểm tra ngoại dạng mối hàn bằng mắt thường (VT) và dưỡng đo; tuân thủ quy trình kiểm soát bình khí nén áp suất cao; xử lý an toàn môi trường hồ quang nhiệt độ cao ($> 6100^\circ\text{C}$); vận hành hệ thống thông gió chống ngạt khí trơ trong không gian kín.
Phương pháp giảng dạy và học tập
Giáo trình triển khai phương pháp giảng dạy tích hợp giữa trang bị lý thuyết công nghệ và rèn luyện kỹ năng thực hành tại xưởng:
Quy trình tổ chức dạy học tích hợp:
- Phương pháp của giảng viên: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực (diễn giảng ngắn gọn về chế độ công nghệ, nêu vấn đề xử lý khuyết tật, đặt câu hỏi thảo luận kỹ thuật); thao tác mẫu các góc nghiêng mỏ hàn và đường dao động; hướng dẫn thường xuyên tại vị trí làm việc của từng học viên.
- Tổ chức học tập và bài tập tình huống: Học viên được phân nhóm nhỏ (mô hình 2 học viên/1 trạm máy hàn TIG Lincoln 275). Các nhóm thay phiên thực hiện thao tác hàn, quan sát ghi chép thông số và rút kinh nghiệm thông qua hệ thống câu hỏi thảo luận cuối mỗi bài (ví dụ: nguyên nhân và cách phòng ngừa hiện tượng cháy chân, chảy xệ mối hàn, cách chọn chế độ hàn vị trí 3G).
- Phương pháp kiểm tra và đánh giá: Căn cứ theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, hệ thống đánh giá của môn học được phân bổ như sau:
- Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) và định kỳ (Hệ số 2): Chiếm trọng số $40%$ tổng điểm môn học. Bài kiểm tra thường xuyên thực hiện sau 35 giờ (đánh giá chuẩn A1, A2, A3, B1, C1, C2); bài kiểm tra định kỳ thực hiện sau 145 giờ của chương trình chung (đánh giá chuẩn A4, B1, C3).
- Điểm thi kết thúc môn học: Chiếm trọng số $60%$ tổng điểm, tổ chức tập trung bằng bài thi thực hành tổng hợp các chuẩn đầu ra (A1-A5, B1, C1-C3).
- Thang điểm: Chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), tính tổng điểm nhân trọng số và quy đổi sang điểm chữ, thang điểm 4 theo quy chế đào tạo tín chỉ.
- Quy định tự học và chuyên cần: Học viên bắt buộc phải nghiên cứu tài liệu và phiếu hướng dẫn trước khi vào xưởng; tham dự tối thiểu $70%$ thời lượng lý thuyết (vắng quá $31%$ phải học lại) và bắt buộc tham dự tối thiểu $99%$ thời lượng thực hành (vắng quá $1%$ số tiết thực hành không đủ điều kiện dự thi và phải học lại môn học).
Điểm nổi bật và cập nhật
Nội dung giáo trình thể hiện tính thực tiễn cao gắn liền với tiêu chuẩn công nghiệp và lĩnh vực cơ khí dầu khí:
Khung tham chiếu & Nguồn lực tích hợp trong giáo trình:
- Tích hợp tiêu chuẩn quốc tế và chuyên ngành: Giáo trình được xây dựng dựa trên việc chuẩn hóa các quy trình tham chiếu từ Tiêu chuẩn Hàn Kết cấu thép Hoa Kỳ AWS D1.1 (Structural Welding Code – Steel) và Khung chương trình đào tạo "Chuyên gia hàn Quốc tế" (International Welding Specialist - IWS, 2010), kết hợp nền tảng lý thuyết từ các tài liệu kinh điển trong nước của tác giả Trương Công Đạt (1977) và PGS. TS. Ngô Lê Thông.
- Định hướng ứng dụng gia công đường ống công nghiệp: Việc đưa các bài học hàn ống $\varnothing 89\text{ mm}$ ở các vị trí 1G và 2G vào chương trình phản ánh trực tiếp yêu cầu tay nghề thực tế trong việc chế tạo đường ống công nghệ dẫn dầu, khí và kết cấu bồn bể áp lực tại các công trình công nghiệp.
- Chi tiết hóa quy chuẩn an toàn đặc thù: Tài liệu cập nhật các cảnh báo an toàn kỹ thuật đối với môi trường hàn hồ quang TIG: nguy cơ tổn thương võng mạc và da do nhiệt độ hồ quang vượt ngưỡng $6100^\circ\text{C}$; đặc tính ngạt thở tiềm ẩn của khí trơ Argon (không màu, không mùi, thế chỗ oxy) khi thao tác trong không gian hạn chế (bồn chứa, đường hầm); nguy cơ bỏng lạnh khi tiếp xúc trực tiếp với pha lỏng của Argon.
Đối tượng sử dụng giáo trình
Giáo trình được thiết kế chuyên biệt phục vụ các đối tượng trong hệ thống đào tạo nghề và kỹ thuật cơ khí:
Đối tượng sử dụng:
- Sinh viên hệ Cao đẳng nghề: Học viên năm thứ hai chuyên ngành Hàn tại các trường cao đẳng, cao đẳng nghề kỹ thuật. Người học cần đáp ứng các điều kiện tiên quyết bao gồm việc hoàn thành các môn cơ sở (Vẽ kỹ thuật 1 CK19MH01, Vật liệu cơ khí CK19MH04, Dung sai CK19MH05, An toàn – Vệ sinh lao động ATMT19MH01) và các mô đun kỹ thuật hàn cơ bản (Chế tạo phôi HAN19MĐ01, Gá lắp kết cấu HAN19MĐ02, Hàn TIG cơ bản HAN19MĐ07).
- Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Sử dụng giáo trình như khung chuẩn để xây dựng kế hoạch bài giảng tích hợp, thiết kế hệ thống phiếu hướng dẫn thực hành, phiếu học tập, lập bài tập tình huống và thiết lập barem chấm điểm kiểm tra định kỳ, thi kết thúc mô đun.
- Kỹ thuật viên và thợ hàn tự học: Tài liệu hỗ trợ công nhân kỹ thuật, thợ hàn cơ khí tra cứu các bảng thông số cường độ dòng điện, lưu lượng khí, kích thước hình học đường hàn lót/đầy/phủ và quy trình hiệu chỉnh lỗi khi tham gia các kỳ đánh giá sát hạch tay nghề theo tiêu chuẩn cơ sở.
Câu hỏi thường gặp (FAQ)
1. Giáo trình này phù hợp với ai?
Giáo trình được biên soạn phục vụ sinh viên đào tạo hệ Cao đẳng nghề Hàn (chương trình chính quy), giảng viên giảng dạy thực hành cơ khí và kỹ thuật viên hàn cần nâng cao tay nghề hàn hồ quang điện cực vonfram trong môi trường khí bảo vệ (GTAW/TIG).
2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?
Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở gồm Vẽ kỹ thuật, Cơ học vật liệu hàn, Dung sai đo lường, An toàn lao động, cùng các kỹ năng thao tác cơ bản từ mô đun Chế tạo phôi (HAN19MĐ01), Gá lắp kết cấu (HAN19MĐ02) và Hàn TIG cơ bản (HAN19MĐ07).
3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu hàn cơ bản?
Giáo trình tập trung giải quyết các liên kết phức tạp ở vị trí không gian (2G, 3G tấm và 1G, 2G ống), yêu cầu kỹ thuật kiểm soát nhiều lớp hàn (hàn lót ngấu mặt sau, hàn điền đầy và hàn phủ bề mặt), đồng thời cung cấp bảng thông số chế độ hàn định lượng và phương pháp xử lý 5 dạng khuyết tật hàn chuyên sâu.
4. Làm sao để tự học và rèn luyện kỹ năng hiệu quả từ giáo trình?
Học viên cần nghiên cứu bản vẽ chi tiết và phiếu hướng dẫn trước khi vào xưởng; thực hiện đúng quy trình 5 bước trong mỗi bài: Chuẩn bị phôi/thiết bị $\rightarrow$ Thiết lập chế độ dòng/khí $\rightarrow$ Gá đính $\rightarrow$ Thao tác phân lớp hàn $\rightarrow$ Làm sạch và đo kiểm khuyết tật; kết hợp làm việc nhóm 2 người để luân phiên phân tích thao tác.
5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?
Kèm theo giáo trình là hệ thống giáo án thực hành, phiếu học tập, quy trình công nghệ hàn, các bản vẽ chi tiết liên kết (Hình 1.1 đến 4.1), hệ thống danh mục hình ảnh khuyết tật mẫu và các tài liệu tham khảo chuẩn mực như Tiêu chuẩn AWS D1.1, giáo trình của tác giả Trương Công Đạt (1977) và Ngô Lê Thông.
Kết luận
Giáo trình Mô đun: Hàn TIG nâng cao (HAN19MĐ12) của Trường Cao đẳng Nghề Dầu khí cung cấp tài liệu đào tạo thực hành hoàn chỉnh về kỹ thuật hàn TIG trên vật liệu thép carbon thấp. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở tính định lượng của các thông số công nghệ, sự chuẩn hóa các bước thao tác trên kết cấu thép tấm (2G, 3G) và thép ống ($\varnothing 89\text{ mm}$, 1G, 2G), cùng quy chuẩn phân tích khuyết tật và an toàn công nghiệp.
Lộ trình học tập tiếp nối trong chương trình Cao đẳng Nghề Hàn:
[HAN19MĐ12: Hàn TIG nâng cao]
Sau khi hoàn thành mô đun này, người học tiếp tục lộ trình chuyên môn với các môn học nâng cao tiếp theo trong chương trình đào tạo như Hàn ống (HAN19MĐ13), Quy trình hàn (HAN19MH01), Kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế (HAN19MH02) và tham gia Thực tập sản xuất (HAN19MĐ16) tại các doanh nghiệp cơ khí chế tạo.