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 trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn, do Khoa Cơ khí Động lực – Trường Cao đẳng Dầu khí biên soạn (ban hành kèm theo Quyết định số 196/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng nhà trường). Trong cấu trúc chương trình khung, mô đun này được bố trí giảng dạy ở giai đoạn chuyên ngành (từ giữa khóa học), học song song hoặc sau các môn học cơ sở và nối tiếp sau 7 mô đun kỹ thuật nền tảng (từ HAN19MĐ01 đến HAN19MĐ07).

Về mục tiêu học tập, giáo trình hướng đến việc trang bị cho người học:

  • Về kiến thức: Nắm vững cấu tạo, nguyên lý vận hành trạm hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ (SAW); nhận biết, phân loại các hệ vật liệu hàn (dây hàn, thuốc hàn theo các hệ tiêu chuẩn kỹ thuật); tính toán và lựa chọn thông số chế độ hàn phù hợp với chiều dày, tính chất kim loại cơ bản và dạng liên kết.
  • Về kỹ năng: Kết nối và vận hành thành thạo thiết bị hàn công nghiệp; thực hiện hoàn chỉnh các liên kết hàn giáp mối (vị trí 1G) và hàn góc (vị trí 2F) bảo đảm độ ngấu sâu, hạn chế biến dạng và không phát sinh khuyết tật ngậm xỉ, rỗ khí; kiểm tra, đánh giá chất lượng liên kết hàn theo yêu cầu kỹ thuật.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tuân thủ các quy chuẩn an toàn lao động, phòng chống cháy nổ, bảo đảm vệ sinh môi trường xưởng hàn và rèn luyện tác phong kỷ luật kỹ thuật công nghiệp.

Giáo trình có thời lượng 60 giờ (gồm 10 giờ lý thuyết, 48 giờ thực hành và 2 giờ kiểm tra), kết cấu thành 4 bài học tích hợp theo nguyên tắc logic từ lý thuyết cơ sở, vận hành thiết bị đến thực hành từng vị trí hàn cụ thể. Tài liệu tiếp cận trực tiếp công nghệ hàn cơ khí hóa ứng dụng trong chế tạo cơ khí nặng, công trình dầu khí, bồn bể áp lực và công nghiệp đóng tàu.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ qua 4 bài học chuyên đề có tính liên kết chặt chẽ:

  • Bài 1: Những kiến thức cơ bản về hàn tự động dưới lớp thuốc (SAW) (8 giờ lý thuyết): Trình bày thực chất, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của phương pháp hàn hồ quang chìm dưới lớp trợ dung khoáng chất. Phân tích chi tiết các bộ phận của trạm hàn (nguồn điện DC/AC, xe hàn tự động, cơ cấu cấp dây, bộ phễu cấp và thiết bị thu hồi thuốc hàn, bộ dò đường hàn cơ học và laser). Cung cấp hệ thống phân loại, ký hiệu dây hàn và thuốc hàn theo tiêu chuẩn quốc tế (AWS A5.17, DIN EN 760). Khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ (cường độ dòng hàn $I_h$, điện áp hồ quang $U_h$, tốc độ hàn $v_h$, đường kính dây $d$, phần nhô điện cực, góc nghiêng điện cực và vật hàn) đến hình dáng mối hàn; phân tích nguyên nhân và biện pháp ngăn ngừa khuyết tật rỗ xốp, nứt mối hàn.
  • Bài 2: Vận hành thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ (4 giờ thực hành): Hướng dẫn quy trình kết nối trạm nguồn hàn Lincoln DC-1000 với lưới điện 3 pha, đấu nối xe hàn tự động LT-7, lắp đặt ray dẫn hướng và cơ cấu cấp dây. Trình bày chi tiết 5 kỹ thuật mồi hồ quang trong công nghệ SAW (sử dụng phoi thép/bột sắt, cắt vát đầu điện cực dạng mũi đục, dịch chuyển cơ học đầu dây, mồi bằng trợ dung nóng chảy và mồi bằng tần số cao) cùng kỹ thuật ngắt hồ quang và quy trình xử lý sự cố thiết bị thường gặp.
  • Bài 3: Hàn giáp mối vị trí 1G (24 giờ: 1 giờ lý thuyết, 22 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Thiết lập quy trình công nghệ hàn giáp mối thép carbon tấm kích thước $400 \times 150 \times 20\text{ mm}$ tại vị trí bằng (1G). Hướng dẫn chuẩn bị phôi (vát mép $30^\circ$, góc mở rãnh $60^\circ$, mép cùn $2\text{ mm}$ khi lót SMAW bằng que hàn E7016 hoặc mép cùn $5\text{ mm}$ không để khe hở khi lót SAW bằng dây EL12 $\phi 4\text{ mm}$), kỹ thuật đính phôi tạo góc bù biến dạng ngược $3^\circ$, kỹ thuật hàn lót, hàn phủ và phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn giáp mối.
  • Bài 4: Hàn mối hàn góc vị trí 2F (24 giờ: 1 giờ lý thuyết, 22 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra): Triển khai quy trình kỹ thuật hàn liên kết góc chữ T ở vị trí ngang (2F). Quy định phương pháp gá lắp, đính phôi, định vị góc độ nghiêng của đầu điện cực đối với mối hàn góc ngang, căn chỉnh thông số dòng điện, điện áp nhằm đảm bảo kích thước cạnh mối hàn ($K$), độ sâu ngấu chân mối hàn và không bị khuyết tật chảy tràn hoặc lõm bề mặt.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống lý thuyết chuyên sâu dựa trên các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật hàn nóng chảy:

  • Cơ sở nhiệt và luyện kim hàn: Cơ chế bảo vệ vũng hàn bằng xỉ lỏng hình thành từ thuốc khoáng nóng chảy (nhiệt độ nóng chảy $1200^\circ\text{C} \div 1300^\circ\text{C}$). Quá trình trao đổi nguyên tố giữa xỉ và kim loại mối hàn (phản ứng khử oxy, hoàn nguyên Mn, Si theo lý thuyết ion của xỉ). Cân đối nhiệt giữa hàn SAW và hàn SMAW, chỉ rõ sự tập trung nhiệt lượng cao giúp tăng chiều sâu ngấu và tốc độ nóng chảy đạt $(17 \div 22)\text{ g/Ah}$.
  • Đặc tính nguồn điện và hồ quang: Phân tích ảnh hưởng của cực tính dòng điện: dòng một chiều cực tính nghịch (DCEP/DC+) tạo độ ngấu sâu nhất, dòng một chiều cực tính thuận (DCEN/DC-) giảm độ ngấu nhằm tăng kim loại đắp, và dòng xoay chiều (AC) hỗ trợ chống thổi lệch hồ quang khi hàn đa dây (từ 2 đến 5 dây) hoặc sử dụng nguồn điện sóng vuông (squarewave).
  • Công thức tính toán công nghệ:
    • Công thức kinh nghiệm xác định cường độ dòng hàn theo đường kính dây: $$I_h = (100 \div 200) \cdot d\quad\text{(A)}$$
    • Công thức xác định tốc độ cấp nhiệt (năng lượng đường): $$HIR = \frac{V \cdot A}{S} \cdot 1000\quad\text{(kJ/mm)}$$ (Trong đó: $V$ là điện áp hồ quang, $A$ là cường độ dòng điện, $S$ là tốc độ hành trình của mỏ hàn tính theo $\text{mm/phút}$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thành thạo việc hiệu chỉnh bảng điều khiển xe hàn LT-7 (ampe kế, vôn kế, biến trở chỉnh tốc độ cấp dây, công tắc đảo chiều hành trình); cài đặt phần nhô điện cực từ $(10 \div 15)\text{ mm}$ đối với dây $\phi 2\text{ mm}$ và $(20 \div 30)\text{ mm}$ đối với dây $\phi 4\text{ mm}$; vận hành hệ thống thu hồi và tái sử dụng thuốc hàn bằng khí nén chân không.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích và dự đoán hình dạng mối hàn (chiều rộng, chiều cao, độ sâu ngấu) khi thay đổi các thông số điện áp, dòng điện, tốc độ hàn; nhận diện chính xác nguyên nhân dẫn đến khuyết tật rỗ khí (do thuốc ẩm, bám dầu mỡ) hay nứt nóng/nứt nguội (do tốc độ làm nguội nhanh, hàm lượng hydro cao) để đưa ra biện pháp hiệu chỉnh chế độ gia nhiệt hoặc cực tính nguồn điện.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Chuẩn bị mép phôi, vát rãnh theo tiêu chuẩn AWS D1.1/DIN EN 29629; gá đính tạo góc bù biến dạng; thực hiện kỹ thuật hàn nhiều lớp, hàn lót đáy kết hợp phương pháp bảo vệ bể hàn (đệm lót đồng, gốm hoặc hàn lót SMAW/GMAW); kiểm tra kích thước hình học mối hàn bằng dưỡng đo.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình được thiết kế theo phương pháp đào tạo tích hợp mô đun nghề nghiệp:

  • Phương pháp giảng dạy của giảng viên:
    • Giảng dạy lý thuyết: Áp dụng các phương pháp dạy học tích cực (thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu tiêu chuẩn, phân tích bài tập tình huống kỹ thuật).
    • Hướng dẫn thực hành: Thực hiện thao tác mẫu trực tiếp trên trạm hàn DC-1000 và xe hàn LT-7; cung cấp phiếu học tập, phiếu quy trình công nghệ; tổ chức chia nhóm nhỏ (8–10 sinh viên) để thảo luận về phương án gá lắp phôi và phân công chuẩn bị vật tư; giám sát an toàn điện và an toàn vận hành thiết bị.
  • Phương pháp học tập của người học:
    • Nghiên cứu tài liệu giáo trình và tài liệu tham khảo trước buổi học; hoàn thành báo cáo nhóm và bài tập tình huống được giao.
    • Chủ động thực hiện tự học và làm việc nhóm để giải quyết các vấn đề công nghệ hàn; tuân thủ quy định tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết của môn học.
  • Phương pháp kiểm tra và đánh giá: Cơ chế đánh giá áp dụng theo quy chế đào tạo tín chỉ (Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội):
    • Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1, chiếm 40%): Đánh giá qua bài kiểm tra viết/vấn đáp lý thuyết sau 27 giờ học và quan sát thao tác chuẩn bị thiết bị, phôi hàn.
    • Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2): Đánh giá kỹ năng thực hành hàn mối hàn giáp mối 1G sau 46 giờ học.
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Chiếm 60% tổng điểm): Đánh giá kỹ năng thực hành tổng hợp (hàn liên kết 1G hoặc 2F) kết hợp vấn đáp kỹ thuật sau toàn bộ thời lượng đào tạo. Điểm số chấm theo thang điểm 10, tính trọng số và quy đổi sang thang điểm 4.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Hệ thống hóa theo tiêu chuẩn quốc tế: Giáo trình cập nhật chi tiết cách phân loại và giải mã ký hiệu vật liệu hàn theo hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật Hoa Kỳ (AWS) và Châu Âu (DIN EN):
    • Chuẩn AWS A5.17 cho thuốc hàn: Ký hiệu dạng F X X X (ví dụ: F7A4 – $F$: Flux; $7$: Độ bền kéo tối thiểu $70\text{ ksi}$; $A$: Trạng thái sau khi hàn As-Welded; $4$: Năng lượng thử va đập ở $-40^\circ\text{C}$).
    • Chuẩn AWS A5.17 cho dây hàn: Ký hiệu dạng E X XX K (ví dụ: EL12 – $E$: Điện cực; $L$: Hàm lượng Mangan thấp; $12$: Hàm lượng Carbon $0,12%$; $K$: Thép khử Silicon).
    • Chuẩn DIN EN 760 cho thuốc hàn: Mã hóa thành phần hóa học và ứng dụng (ví dụ: DIN EN 760 - SF CS 1 6 7 AC H10 thể hiện thuốc nóng chảy gốc canxi-silicat, hàm lượng hydro khuếch tán $<10\text{ ml}/100\text{ g}$).
  • Tích hợp công nghệ thiết bị công nghiệp thực tế: Đưa vào giảng dạy các thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn gồm nguồn hàn Lincoln DC-1000 và rùa hàn tự hành LT-7, mô tả chi tiết sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển dây hàn và hệ thống cấp - hút thu hồi thuốc hàn tự động.
  • Mở rộng các giải pháp kỹ thuật nâng cao: Cung cấp lý thuyết về các phương án nâng cao năng suất như hàn SAW 2 dây chung nguồn, hàn nhiều dây (3 đến 5 dây) sử dụng nguồn AC sóng vuông độc lập, các cơ cấu dò đường hàn bằng đầu dò laser và cơ học, các kiểu liên kết theo chuẩn DIN EN 29629 và AWS D1.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Đối tượng người học:
    • Học sinh, sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn hoặc ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Cơ khí Động lực.
    • Học viên các chương trình đào tạo chuyên gia hàn, thợ hàn bậc cao, kỹ thuật viên giám sát hàn trong các nhà máy kết cấu thép, đóng tàu và công trình dầu khí.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites):
    • Khối kiến thức cơ sở: Hoàn thành các môn Điện kỹ thuật cơ bản (ĐKT19MH01), An toàn – Vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Hóa đại cương (CNH19MH09), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Vẽ kỹ thuật (CK19MH01).
    • Khối mô đun chuyên ngành: Hoàn thành các mô đun 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).
  • Đối tượng giảng viên và kỹ sư:
    • Giảng viên giảng dạy lý thuyết chuyên ngành và hướng dẫn xưởng thực hành nghề Hàn.
    • Kỹ sư công nghệ hàn sử dụng làm tài liệu tham khảo để xây dựng bảng đặc tả quy trình hàn (WPS - Welding Procedure Specification) cho phương pháp SAW.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?
Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn; đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho kỹ thuật viên, thợ hàn công nghiệp chuẩn bị thi nâng bậc hoặc học viên các khóa đào tạo công nghệ hàn chuyên sâu.

2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?
Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở về vật liệu cơ khí, vẽ kỹ thuật, an toàn lao động và nắm vững kỹ năng thực hành các phương pháp hàn cơ bản trước đó (đặc biệt là kỹ năng gá lắp phôi, hàn hồ quang tay SMAW và hàn MIG/MAG để thực hiện các lớp lót đáy).

3. Điểm khác biệt căn bản giữa phương pháp hàn SAW trong giáo trình với phương pháp hàn tay SMAW là gì?
Hàn SAW là quá trình cơ khí hóa/tự động hóa hoàn toàn với hồ quang cháy ngầm dưới lớp thuốc khoáng. Phương pháp này sử dụng mật độ dòng điện lớn ($300\text{A} \div 1200\text{A}$), năng suất đắp cao hơn từ 7 đến 10 lần so với SMAW, tốc độ hàn đạt trên $20\text{ m/h}$, không phát sinh ánh sáng hồ quang hở ra môi trường, và áp dụng hiệu quả nhất cho các tấm thép dày ($>6\text{ mm}$) ở vị trí hàn bằng và hàn góc ngang.

4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả theo giáo trình?
Người học cần đối chiếu các thông số chế độ hàn trong giáo trình (bảng tra thông số dòng điện, điện áp, tốc độ hàn theo chiều dày tấm và đường kính dây) với công thức tính toán lý thuyết; nắm chắc sơ đồ kết nối thiết bị trạm hàn Lincoln DC-1000 và các bước căn chỉnh đường chạy của xe hàn LT-7 trước khi tiến hành gây hồ quang thực tế.

5. Giáo trình sử dụng các nguồn tài liệu tham khảo chính thống nào?
Nội dung giáo trình được tổng hợp từ các giáo trình kỹ thuật hàn trong nước (tác giả Trương Công Đạt - NXB KHKT 1977; Nguyễn Văn Thông - KHKT 2005; Ngô Lê Thông - NXBGD 2004) cùng các tài liệu tiêu chuẩn quốc tế của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ (AWS Welding Science & Technology 2006) và cẩm nang công nghệ hàn của The Lincoln Electric Company.

Kết luận

Giáo trình mô đun Hàn tự động dưới lớp thuốc (HAN19MĐ08) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo chuyên môn cung cấp hệ thống lý thuyết chuẩn xác và quy trình thực hành chi tiết về công nghệ hàn hồ quang chìm.

Lộ trình học tập đề xuất: $$\text{Nghiên cứu nguyên lý, thiết bị & tiêu chuẩn vật liệu (Bài 1)} \longrightarrow \text{Vận hành thiết bị, mồi hồ quang & xử lý sự cố (Bài 2)} \longrightarrow \text{Thực hành hàn giáp mối 1G (Bài 3)} \longrightarrow \text{Thực hành hàn góc ngang 2F (Bài 4)}$$

Tài liệu tham khảo bổ trợ:

  1. Trương Công Đạt, Kỹ thuật hàn, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1977.
  2. Nguyễn Văn Thông, Công nghệ hàn thép và hợp kim khó hàn, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2005.
  3. Ngô Lê Thông, Công nghệ hàn điện nóng chảy (Tập 1: Cơ sở lý thuyết), NXB Giáo dục, 2004.
  4. American Welding Society (AWS), Welding Science & Technology, Vol. 1, 2006.
  5. The Lincoln Electric Company, The Procedure Handbook of Arc Welding.