Tổng quan về giáo trình
Giáo trình mô đun Hàn tự động dưới lớp thuốc (Mã mô đun: HAN19MĐ08) là tài liệu đào tạo chuyên môn bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Hàn ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp, ban hành kèm theo Quyết định số 196/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Tài liệu do tập thể giảng viên Khoa Cơ khí Động lực biên soạn, gồm Chủ biên Trần Nam An cùng các tác giả Nguyễn Công Khai và An Đình Quân. Trong cấu trúc chương trình khung 98 tín chỉ (2500 giờ đào tạo), mô đun này có khối lượng 2 tín chỉ (tổng thời lượng 60 giờ: 10 giờ lý thuyết, 48 giờ thực hành/thảo luận, 2 giờ kiểm tra). Mô đun được bố trí giảng dạy ở giai đoạn giữa khóa học, sau khi người học đã hoàn thành các môn học cơ sở kỹ thuật và các mô đun kỹ thuật hàn cơ bản từ HAN19MĐ01 đến HAN19MĐ07.
Mục tiêu học tập của giáo trình được xác lập cụ thể trên ba chuẩn đầu ra:
- Về kiến thức: Trình bày chính xác cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống máy hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ (Submerged Arc Welding - SAW); phân loại, giải mã ký hiệu các loại thuốc hàn và dây hàn theo tiêu chuẩn kỹ thuật; tính toán và thiết lập các thông số chế độ hàn phù hợp với chiều dày, đặc tính vật liệu kim loại và hình học liên kết.
- Về kỹ năng: Vận hành thành thạo thiết bị hàn hồ quang chìm; thao tác hàn liên kết giáp mối vị trí 1G và liên kết hàn góc vị trí 2F đạt độ sâu ngấu theo thiết kế, kiểm soát khuyết tật rỗ khí, ngậm xỉ, hạn chế biến dạng nhiệt; kiểm tra và đánh giá chất lượng liên kết hàn theo quy chuẩn.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tuân thủ các quy tắc an toàn lao động, phòng chống cháy nổ, vệ sinh công nghiệp trong phân xưởng; rèn luyện tính chính xác, cẩn thận và ý thức tiết kiệm nguyên vật liệu kỹ thuật.
Cấu trúc giáo trình được thiết kế theo phương pháp tích hợp gồm 4 bài học chuyên đề, phân định logic từ nguyên lý nhiệt luyện - công nghệ, kỹ thuật chuẩn bị - gá lắp, đến quy trình thao tác máy và kiểm soát chất lượng mối liên kết kim loại. Điểm đặc thù của tài liệu là định hướng đào tạo kỹ thuật ứng dụng phục vụ chế tạo các kết cấu dày, đường hàn kéo dài đặc thù của công nghiệp dầu khí và gia công cơ khí nặng.
Nội dung kiến thức cốt lõi
Các chương/chủ đề chính
Nội dung giáo trình được tổ chức thành 4 bài học với tiến trình sư phạm đi từ cơ sở lý thuyết đến kỹ năng vận hành và hàn sản phẩm:
- Bài 1: Những kiến thức cơ bản về hàn tự động dưới lớp thuốc (SAW) (8 giờ lý thuyết): Khái quát bản chất vật lý của hồ quang chìm, cán cân nhiệt giữa SAW và hàn hồ quang tay (SMAW); cấu tạo trạm hàn tự động và các phương án công nghệ (hàn 1 dây, 2 dây, nhiều dây từ 3 đến 5 dây); phân tích đặc tính nguồn điện hàn (DC+, DC-, AC xung vuông - squarewave); hệ thống hóa vật liệu hàn (dây hàn thép carbon, thép hợp kim, thuốc hàn bột nóng chảy Fused, bột thiêu kết Agglomerated); cơ chế tác động của các thông số công nghệ (dòng điện, điện áp, tốc độ hàn, đường kính dây, phần nhô điện cực, góc nghiêng dây và vật hàn); các khuyết tật điển hình (rỗ xốp, rạn nứt) và biện pháp phòng ngừa.
- Bài 2: Vận hành máy thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ: Hướng dẫn quy trình kết nối trạm hàn giữa nguồn Lincoln DC-1000 và xe hàn tự động LT-7; thao tác các chức năng trên bảng điều khiển; quy trình căn chỉnh tâm hàn không tải; 5 kỹ thuật mồi hồ quang (bằng phoi thép/bột sắt, cắt vát đầu điện cực dạng mũi đục, dịch chuyển điện cực, mồi qua thuốc hàn nóng chảy, mồi bằng tần số cao HF); phương pháp tắt hồ quang và xử lý các sự cố thiết bị (tắc dòng chảy thuốc hàn, kẹt cơ cấu đẩy dây, xe hàn không đảo chiều).
- Bài 3: Hàn SAW giáp mối vị trí 1G (24 giờ: 1 giờ lý thuyết, 22 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Quy trình chế tạo và làm sạch phôi thép carbon kích thước $400 \times 150 \times 20\text{ mm}$; tạo rãnh hàn vát góc $30^\circ$ (góc vát liên kết $60^\circ$ theo tiêu chuẩn DIN EN 29629 / AWS D1.1); kỹ thuật hàn lót bằng SMAW (dây/que E7016, mép cùn $2\text{ mm}$, khe hở $3\text{ mm}$) hoặc hàn lót trực tiếp bằng SAW (mép cùn $5\text{ mm}$, không để khe hở); phương pháp hàn đính và tạo góc bù biến dạng ngược $3^\circ$; thiết lập chế độ hàn với dây EL12 $\phi 4\text{ mm}$ (dòng điện $350\text{--}450\text{ A}$, điện áp $30\text{--}32\text{ V}$, tốc độ $8\text{--}10\text{ mm/s}$); kỹ thuật kiểm tra và đánh giá chất lượng liên kết 1G.
- Bài 4: Hàn SAW mối hàn góc vị trí 2F (24 giờ: 1 giờ lý thuyết, 22 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Trình tự chuẩn bị phôi hàn góc chữ T; kỹ thuật gá đính liên kết vuông góc; hiệu chỉnh góc nghiêng và tầm với dây hàn khi hàn góc ngang; thiết lập thông số hàn góc 2F; kỹ thuật khống chế xỉ hàn và kiểm tra kích thước hình học mối hàn góc.
Kiến thức nền tảng được xây dựng
Giáo trình hình thành nền tảng khoa học luyện kim và tính toán công nghệ hàn:
- Lý thuyết luyện kim vũng hàn hồ quang chìm: Phản ứng hóa học tại vùng hàn nhiệt độ $1200\text{--}1300^\circ\text{C}$, vai trò của xỉ lỏng trong việc che chắn khí quyển, khử oxy và hoàn nguyên kim loại thông qua các nguyên tố hợp kim (Mn, Si).
- Nguyên lý phân loại vật liệu theo tiêu chuẩn quốc tế:
- Quy cách thuốc hàn theo AWS A5.17 (cấu trúc
F X X X, ví dụF7A4với độ bền kéo tối thiểu $70\text{ ksi}$, độ dai va đập ở $-40^\circ\text{C}$) và theo DIN EN 760 (ví dụSF CS 1 6 7 AC H10biểu thị bột canxi-silicat nóng chảy, mức cháy bù Si/Mn và giới hạn nồng độ Hydro $H10 \le 10\text{ ml}/100\text{g}$). - Quy cách dây hàn theo AWS A5.17 (cấu trúc
E X XX K, ví dụEL12- dây điện cực hàm lượng mangan thấp, $0{,}12%\text{ C}$).
- Quy cách thuốc hàn theo AWS A5.17 (cấu trúc
- Nguyên lý tính toán và cân bằng nhiệt:
- Công thức xác định dải cường độ dòng điện tối ưu theo đường kính điện cực $d$: $$I_h = (100 \div 200)d\quad (\text{A})$$
- Công thức tính năng lượng cấp nhiệt (Heat Input Rate - $HIR$): $$HIR = \frac{V \cdot A}{S \cdot 1000}\quad (\text{kJ/mm})$$ (Trong đó: $V$ là điện áp hồ quang, $A$ là cường độ dòng điện, $S$ là tốc độ hàn tính bằng $\text{mm/s}$ hoặc $\text{mm/ph}$).
Kỹ năng phát triển
- Kỹ năng kỹ thuật: Đấu nối hệ thống điện 3 pha cho trạm hàn DC-1000; căn chỉnh ray dẫn hướng và cơ cấu nắn thẳng dây của xe hàn LT-7; vận hành hệ thống thu hồi thuốc hàn chân không sơ cấp qua màng lọc vải; sấy thuốc hàn ở nhiệt độ $300\text{--}350^\circ\text{C}$ trong $1\text{--}2\text{ giờ}$ trước khi hàn.
- Kỹ năng phân tích và xử lý công nghệ: Phân tích ảnh hưởng của cực tính nguồn điện (cực tính DCEP cho độ sâu ngấu lớn; DCEN giảm ngấu dùng khi hàn đắp bề mặt; AC khắc phục hiện tượng thổi lệch hồ quang khi hàn đa dây); nhận diện nguyên nhân rỗ khí, nứt kết tinh, cháy thủng để hiệu chỉnh tương quan dòng điện, điện áp và tốc độ hàn.
- Kỹ năng thực hành chuyên môn: Vát mép phôi, gá đính phôi góc bù biến dạng; hoàn thiện đường hàn lót, hàn phủ ở vị trí giáp mối 1G và hàn góc 2F trên thép tấm dày; kiểm tra đánh giá chất lượng bề mặt mối hàn.
Phương pháp giảng dạy và học tập
Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích cực kết hợp giữa thuyết trình nêu vấn đề, phân tích sơ đồ công nghệ và hướng dẫn thực hành thị phạm trực tiếp tại xưởng:
- Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp diễn giảng tích hợp giải thích sơ đồ kết nối thiết bị và cơ chế hình thành mối hàn; tổ chức thảo luận các tình huống sai hỏng; hướng dẫn mẫu các thao tác gá lắp, căn chỉnh tầm với điện cực ($20\text{--}30\text{ mm}$ với dây $\phi 4\text{ mm}$) và kỹ thuật mồi hồ quang trước khi cho sinh viên thực hành trên máy.
- Đối với người học: Thực hiện quy trình chuẩn bị bài trước giờ lên lớp; tham gia làm việc theo nhóm quy mô 8–10 người học để thảo luận phương án gá đính, chọn chế độ dòng/áp; thực hành cá nhân độc lập trên thiết bị hàn tự động; tuân thủ quy tắc ghi chép sổ nhật ký thực tập.
- Quy chế và hình thức đánh giá: Đánh giá kết quả học tập tuân thủ theo Quy chế đào tạo ban hành kèm Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội và quy định của Trường Cao đẳng Dầu khí:
- Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1 - Tỷ trọng 40%): Kiểm tra viết/vấn đáp lý thuyết và thực hành sau 27 giờ học (đánh giá các chuẩn đầu ra A1–A5, B1–B3, C1–C2).
- Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2): Thực hiện bài thực hành thao tác hàn sau 46 giờ học (đánh giá chuẩn A3–A5, B2, C2).
- Điểm thi kết thúc mô đun (Tỷ trọng 60%): Thực hiện bài thi viết kết hợp bài thi thực hành hoàn chỉnh sản phẩm sau 75 giờ học (đánh giá chuẩn A3–A5, B1–B3, C1–C2).
- Điểm tổng kết được chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân) và quy đổi sang thang điểm chữ (A, B, C, D, F) cùng thang điểm 4 theo quy chế đào tạo tín chỉ.
- Yêu cầu tự học: Người học phải tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% số tiết lý thuyết bắt buộc phải học lại mô đun); hoàn thành đầy đủ các bài tập tình huống, phiếu bài tập thực hành cá nhân và báo cáo thảo luận nhóm trước các đợt kiểm tra định kỳ.
Điểm nổi bật và cập nhật
Nội dung giáo trình phản ánh các đặc tính công nghệ hàn hồ quang chìm được tiêu chuẩn hóa trong môi trường sản xuất công nghiệp:
| Hạng mục cập nhật | Nội dung kỹ thuật cụ thể trong giáo trình |
|---|---|
| Hệ thống thiết bị | Tích hợp nguồn hàn chuyên dụng Lincoln DC-1000 kết hợp xe hàn tự hành LT-7; phân tích ứng dụng nguồn điện xoay chiều sóng vuông (AC squarewave) dùng cho trạm hàn đa hồ quang kết hợp chất trợ dung kiềm cao. |
| Công nghệ kiểm soát | Giới thiệu hệ thống dò đường hàn tự động sử dụng đầu dò cơ học và đầu dò laser; trang bị hệ thống thu hồi chất trợ dung chân không tích hợp bộ sàng tách xỉ sơ cấp và túi lọc vải. |
| So sánh năng suất | Cung cấp số liệu đối sánh thực nghiệm: SAW nâng cao năng suất đắp gấp $7\text{--}10\text{ lần}$ so với SMAW; tốc độ nóng chảy đạt $17\text{--}22\text{ g/Ah}$; tốc độ hàn đạt từ $20\text{ m/h}$ trở lên; khả năng hàn kim loại dày không cần vát mép hoặc giảm góc vát. |
| Quy chuẩn quốc tế | Đồng bộ hệ thống thuật ngữ, ký hiệu phân loại vật liệu và chuẩn bị liên kết hàn theo hệ thống tiêu chuẩn quốc tế: AWS A5.17, AWS D1.1 (Hoa Kỳ) và DIN EN 760, DIN EN 29629 (Châu Âu). |
| Môi trường ứng dụng | Định hướng thực tế sản xuất ngành công nghiệp Dầu khí: chế tạo chân đế giàn khoan biển, bình bồn chịu áp lực cao, đường ống dẫn khí/dầu đường kính lớn và công nghiệp đóng tàu với chiều dày vật liệu $> 6{,}4\text{ mm}$ ($1/4\text{ inch}$). |
Đối tượng sử dụng giáo trình
Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và sản xuất công nghiệp:
- Sinh viên chuyên ngành: Học sinh, sinh viên theo học trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Hàn (Khoa Cơ khí Động lực), học tập trong giai đoạn chuyên môn ngành sau khi đã hoàn thành các môn cơ sở.
- Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở gồm Vẽ kỹ thuật (CK19MH01), Dung sai (CK19MH05), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), An toàn – Vệ sinh lao động (ATMT19MH01); đồng thời hoàn thành các mô đun kỹ năng tiên quyết: Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01), Gá lắp kết cấu hàn (HAN19MĐ02), Hàn hồ quang tay cơ bản và nâng cao (HAN19MĐ03, HAN19MĐ04), Hàn MIG/MAG cơ bản (HAN19MĐ05), Hàn FCAW cơ bản (HAN19MĐ06) và Hàn TIG cơ bản (HAN19MĐ07).
- Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn mực để biên soạn đề cương chi tiết, bài giảng tích hợp, phiếu thực hành xưởng và phiếu kiểm tra đánh giá kỹ năng tay nghề cho sinh viên theo khung giờ chuẩn.
- Cán bộ kỹ thuật và kỹ thuật viên: Dùng làm tài liệu tham khảo kỹ thuật tại các phân xưởng cơ khí chế tạo kết cấu dầu khí, hỗ trợ việc tra cứu nhanh các bảng thông số chế độ hàn giáp mối, hàn góc và giải mã mác thuốc/dây hàn theo tiêu chuẩn AWS/DIN.
Câu hỏi thường gặp
1. Giáo trình này phù hợp với ai?
Tài liệu được biên soạn phục vụ sinh viên theo học hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Hàn tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp có mã ngành tương đương; đồng thời dùng cho kỹ thuật viên cơ khí cần tài liệu tham khảo về quy trình vận hành thiết bị hàn SAW.
2. Cần kiến thức nền nào để học?
Người học bắt buộc phải nắm vững kiến thức về an toàn điện, an toàn nhiệt trong xưởng cơ khí, kỹ năng đọc bản vẽ kỹ thuật cơ khí, cơ sở vật liệu học kim loại và đã thực hành qua các phương pháp hàn hồ quang tay (SMAW), hàn khí bảo vệ (MIG/MAG, TIG, FCAW).
3. Điểm khác biệt của phương pháp hàn SAW trong giáo trình so với các phương pháp hàn khác?
Giáo trình chỉ rõ SAW là phương pháp hàn tự động cơ khí hóa hoàn toàn với hồ quang chìm dưới lớp thuốc hạt, tạo mật độ dòng điện lớn ($300\text{--}1200\text{ A}$), không làm lộ ánh sáng hồ quang ra ngoài môi trường, năng suất đắp cao gấp 7–10 lần hàn que (SMAW), vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp và thích hợp nhất cho liên kết tấm dày ở vị trí bằng (1G) và góc ngang (2F).
4. Làm sao để tự học hiệu quả mô đun này?
Sinh viên cần nghiên cứu lý thuyết trong tài liệu trước mỗi bài học, nắm rõ bảng ký hiệu thuốc hàn/dây hàn; làm việc theo nhóm 8–10 người để phân tích bản vẽ kết cấu phôi và bảng thông số công nghệ; tuân thủ đúng quy trình căn chỉnh máy và quy tắc an toàn bảo hộ lao động khi thực hành tại xưởng.
5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?
Giáo trình được hỗ trợ bởi hệ thống danh mục tài liệu tham khảo chuyên ngành gồm:
- Trương Công Đạt (1977), Kỹ thuật hàn, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
- Nguyễn Văn Thông (2005), Công nghệ hàn thép và hợp kim khó hàn, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
- Ngô Lê Thông (2004), Công nghệ hàn điện nóng chảy (Tập 1 - Cơ sở lý thuyết), NXB Giáo dục.
- The James F. Lincoln Arc Welding Foundation (1990), Metals and How to Weld Them, USA.
- Richard S. / The Lincoln Electric Company, The Procedure Handbook of Arc Welding, USA.
- American Welding Society (2006), Welding Science & Technology (Volume 1), AWS.
- Trung tâm đào tạo và chuyển giao công nghệ Việt – Đức (2006), Chương trình đào tạo chuyên gia hàn quốc tế.
Kết luận
Giáo trình mô đun Hàn tự động dưới lớp thuốc (HAN19MĐ08) của Trường Cao đẳng Dầu khí cung cấp cấu trúc kiến thức và kỹ năng thực nghiệm hoàn chỉnh về công nghệ hàn hồ quang chìm, kết hợp giữa nền tảng lý thuyết luyện kim hàn, kỹ thuật thiết lập thông số công nghệ và quy trình vận hành thiết bị cơ khí hóa hiện đại.
Lộ trình học tập tiếp nối của sinh viên sau mô đun này bao gồm các mô đun nâng cao và chuyên sâu trong chương trình đào tạo:
- Hàn điện trở (HAN19MĐ09)
- Hàn MIG/MAG nâng cao (HAN19MĐ10)
- Hàn FCAW nâng cao (HAN19MĐ11)
- Hàn TIG nâng cao (HAN19MĐ12)
- Hàn ống (HAN19MĐ13)
- Quy trình hàn (HAN19MH01)
- Kiểm tra và đánh giá chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn quốc tế (HAN19MH02)
- Thực tập sản xuất tại doanh nghiệp (HAN19MĐ16)
- Khóa luận tốt nghiệp (HAN19MĐ17)
Hệ thống tài liệu đi kèm gồm giáo án tích hợp, phiếu thực hành xưởng, bản vẽ chi tiết phôi gia công và hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế AWS/DIN EN hỗ trợ toàn diện quá trình đào tạo và tự học của sinh viên ngành Hàn.