Giáo trình Mô đun: Kỹ thuật Hàn và Cắt Cơ bản (MECW56179) – Trường Cao đẳng Dầu khí

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mô đun: Kỹ thuật hàn và cắt cơ bản (mã môn học: MECW56179) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được ban hành theo Quyết định số 217/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng 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, gồm các tác giả: Trần Thanh Ngọc, An Đình Quân và Nguyễn Công Khai, phục vụ lưu hành nội bộ tại cơ sở đào tạo ở Bà Rịa – Vũng Tàu.

                  CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ LẶN THI CÔNG
[Khối Môn học Chung & Cơ sở]                        [Khối Chuyên môn Ngành / Nghề]
  - COMP52001: Giáo dục chính trị                     - DIVO54104: Thiết bị lặn
  - SAEN52001: An toàn VSLĐ                            - DIVO56105: Kỹ thuật lặn SCUBA
  - DIVO52001: Vật lý lặn                              - MECM52126: Kỹ thuật nguội
                                                    [MECW56179: HÀN VÀ CẮT CƠ BẢN]
                                                      (165 giờ: 14h LT / 145h TH / 6h KT)
                                                    [DIVO56208: THỰC TẬP SẢN XUẤT]
                                                      (Tiền đề kỹ thuật hàn dưới nước)

Về vị trí trong khung đào tạo, môn học nằm trong nhóm các môn học, mô đun chuyên môn ngành nghề (Mã nhóm II.2) của chương trình đào tạo trình độ Trung cấp nghề Lặn thi công. Môn học được bố trí giảng dạy ở giai đoạn giữa khóa học, sau các môn học cơ sở như Vật lý lặn (DIVO52001), Sinh lý lặn (DIVO56002), Kỹ thuật nguội (MECM52126) và trước mô đun Thực tập sản xuất (DIVO56208). Môn học giữ vai trò cung cấp nền tảng kỹ thuật thao tác hàn và cắt trên bề mặt, làm cơ sở kỹ thuật bắt buộc để người học tiếp thu các kỹ năng hàn và cắt chuyên sâu trong môi trường dưới nước phục vụ công trình dầu khí.

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

  • Về kiến thức (A1): Cung cấp các nguyên lý vật lý của hồ quang hàn; nguyên lý cấu tạo và vận hành máy hàn xoay chiều (AC), máy hàn một chiều (DC); quy trình hàn liên kết giáp mối, liên kết góc ở các vị trí hàn bằng (1G, 1F) và hàn ngang (2F); cơ chế phản ứng nhiệt - hóa trong cắt kim loại bằng ngọn lửa oxy - khí cháy, hồ quang khí nén và hồ quang điện; các công thức tính toán chế độ hàn phù hợp với kích thước phôi và chủng loại vật liệu.
  • Về kỹ năng (B1, B2): Rèn luyện năng lực sử dụng máy hàn AC/DC; thực hiện thành thạo thao tác mồi, duy trì hồ quang, kiểm soát bể hàn; thi công mối hàn giáp mối không vát cạnh, vát cạnh V và mối hàn góc đạt kích thước hình học, không phát sinh khuyết tật; vận hành an toàn thiết bị cắt oxy - khí cháy cầm tay, máy cắt tự động và thiết bị cắt hồ quang khí nén.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Hình thành tác phong công nghiệp, ý thức tuân thủ kỷ luật xưởng, thực hiện nghiêm ngặt các quy chuẩn bảo hộ lao động và phòng chống cháy nổ.

Cấu trúc giáo trình được thiết kế theo thời lượng 6 tín chỉ với tổng số 165 giờ học (trong đó có 14 giờ lý thuyết, 145 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 6 giờ kiểm tra). Nội dung phân chia thành 9 bài học có kết cấu module khép kín, tích hợp giữa phân tích nguyên lý kỹ thuật và các phiếu quy trình thao tác thực hành xưởng.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 9 bài học sắp xếp theo trình tự tăng dần về độ phức tạp kỹ thuật và kỹ năng thao tác:

  [Bài 1] Nội quy & An toàn thực tập xưởng hàn, cắt kim loại
  [Bài 2] Thiết bị, dụng cụ hàn AC/DC & Kỹ thuật sử dụng
  [Bài 3] Kỹ thuật gây & Duy trì hồ quang hàn (Lý thuyết hồ quang, V-A)
  [Bài 4] Kỹ thuật hàn đường thẳng trên mặt phẳng
  [Bài 5] Kỹ thuật cắt kim loại (Hồ quang khí nén & Hồ quang điện)
  [Bài 6] Kỹ thuật hàn giáp mối không vát cạnh (Vị trí bằng)
  [Bài 7] Kỹ thuật hàn giáp mối vát cạnh V (Vị trí 1G - Đa lớp)
  [Bài 8] Kỹ thuật hàn góc bằng (Vị trí 1F)
  [Bài 9] Kỹ thuật hàn góc ngang (Vị trí 2F - Đa lớp 1→6)
  • Bài 1: Nội quy và an toàn thực tập xưởng (3 giờ): Giới thiệu 13 điều nội quy xưởng; kỹ thuật an toàn điện (nối đất vỏ máy, kiểm tra cách điện dây dẫn); an toàn bức xạ hồ quang (chống tia tử ngoại, hồng ngoại); các quy chuẩn phòng nổ, an toàn bình sinh khí axêtylen, bình oxy, van giảm áp và bình ngăn lửa tạt lại.
  • Bài 2: Khái niệm thiết bị dụng cụ hàn và kỹ thuật sử dụng (32 giờ): Phân tích nguyên lý và kết cấu máy hàn xoay chiều (biến áp có bộ tự cảm kết hợp Nikitin 1925, máy hàn có cuộn dây di động, máy hàn có lõi từ di động); máy hàn một chiều (chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha, máy phát điện hàn một chiều có cực từ lắp rời); phụ kiện cáp hàn, kìm hàn kiểu ren/kẹp/cút, kẹp mát; phương pháp đấu dây cực tính thuận ($DC^-$) và cực tính nghịch ($DC^+$); giới thiệu thiết bị cắt bằng ngọn lửa oxy - khí cháy.
  • Bài 3: Kỹ thuật gây và duy trì hồ quang (10 giờ): Trình bày bản chất vật lý của hồ quang hàn; 3 giai đoạn hình thành hồ quang (ngắn mạch, ion hóa, cháy ổn định); đặc tính tĩnh V-A; phương pháp gây hồ quang ma sát và gây hồ quang mổ thẳng; tính toán đường kính que hàn và cường độ dòng điện hàn; xử lý khuyết tật dính que và lệch hồ quang.
  • Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng (16 giờ): Quy chuẩn chọn chế độ hàn; các chuyển động dao động que hàn (dao động ngang kết hợp tịnh tiến theo trục mối hàn); góc nghiêng que hàn $70^\circ - 80^\circ$; kỹ thuật bắt đầu, nối đường hàn và điền đầy miệng rãnh kết thúc mối hàn.
  • Bài 5: Kỹ thuật cắt kim loại bằng hồ quang khí nén và hồ quang hàn (16 giờ): Nguyên lý nung chảy kim loại bằng hồ quang và sử dụng dòng khí nén áp lực thổi kim loại lỏng ra khỏi rãnh cắt; kỹ thuật cắt kim loại bằng điện cực than kết hợp khí nén và cắt bằng que hàn điện hồ quang tay.
  • Bài 6: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối không vát cạnh (16 giờ): Quy trình gá đính phôi tấm phẳng; thiết lập thông số hàn; kỹ thuật hàn giáp mối không vát mép; nhận diện và xử lý khuyết tật (ngậm xỉ, không ngấu, rỗ khí, cháy chân, chồng mép).
  • Bài 7: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối vát cạnh V (32 giờ): Chuẩn bị góc vát mép và khe hở đáy rãnh; kỹ thuật hàn liên kết giáp mối vị trí 1G nhiều lớp (lớp lót/root pass, lớp điền đầy/fill pass, lớp phủ/cap pass); kỹ thuật mở lỗ thâm nhập hồ quang (keyhole); mài nối mối hàn; phòng tránh khuyết tật cháy thủng.
  • Bài 8: Kỹ thuật hàn góc bằng (16 giờ): Tính toán chế độ hàn góc; gá đính liên kết chữ T vị trí 1F; kiểm soát độ ngấu chân mối hàn góc; kỹ thuật xử lý khuyết tật và phương pháp kiểm tra mối hàn góc.
  • Bài 9: Kỹ thuật hàn góc ngang (32 giờ): Tính toán thông số hàn góc vị trí 2F; kỹ thuật điều khiển góc độ que hàn qua các lớp; trình tự phân lớp mối hàn nhiều lớp (lớp 1 đến lớp 6); phương pháp đo kiểm kích thước hình học mối hàn góc bằng dưỡng kiểm.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết kỹ thuật điện và nhiệt luyện mối hàn:

  1. Vật lý hồ quang hàn: Giải thích quá trình phát xạ nhiệt điện tử và ion hóa chất khí dưới tác dụng của nhiệt lượng theo định luật Joule – Lenz ($Q = 0{,}24 R I^2 t$). Đặc tính tĩnh của hồ quang thể hiện qua quan hệ điện áp – dòng điện với phương trình điện thế cột hồ quang: $$U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$$ (trong đó $a$ là tổng sụt áp trên hai điện cực, $b = 15{,}7\text{ V/cm}$ là sụt áp trên một đơn vị chiều dài, $L_{hq}$ là chiều dài cột hồ quang).
  2. Khí động học và biến áp nguồn hàn: Cơ chế tạo đường đặc tính ngoài dốc giảm của máy biến áp hàn; nguyên lý điều chỉnh dòng điện vô cấp qua thay đổi khe hở không khí $a$ ở mạch từ phụ (sáng chế Nikitin) hoặc thay đổi từ thông tản $\varnothing_r$ bằng lõi từ di động ($\varnothing_1 = \varnothing_r + \varnothing_2$).
  3. Cơ sở xác lập chế độ công nghệ hàn:
    • Công thức tính toán đường kính que hàn $d$ theo chiều dày phôi $S$: $$d = \frac{S}{2} + 1$$
    • Công thức tính cường độ dòng điện hàn $I_h$ theo đường kính que hàn $d$: $$I_h = (\beta + \alpha d)d$$ (với hệ số thực nghiệm $\beta = 20$, $\alpha = 6$).
  4. Phân loại cấp độ bảo hộ bức xạ quang học: Tiêu chuẩn lựa chọn số kính lọc sáng theo dải dòng điện hàn:
    • Kính số 6–7: Hàn/cắt khí nhiệt trung bình, dòng điện $< 30\text{ A}$.
    • Kính số 8–9: Dòng điện từ $30\text{ A}$ đến $100\text{ A}$.
    • Kính số 10–12: Dòng điện từ $100\text{ A}$ đến $300\text{ A}$.
    • Kính số 13–14: Dòng điện $> 300\text{ A}$.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng thiết lập và vận hành thiết bị: Kiểm tra an toàn điện đầu vào/đầu ra, đấu nối tiếp địa vỏ máy; thiết lập cực tính hàn nghịch ($DC^+$) cho vật dày để tăng độ ngấu hoặc cực tính thuận ($DC^-$) cho vật mỏng; đo kiểm cường độ dòng điện thực tế bằng ampe kế kẹp trên đường cáp hàn.
  • Kỹ năng thao tác que hàn và kiểm soát vũng hàn: Thực hiện thành thạo phương pháp mồi hồ quang ma sát (quẹt diêm) và mổ thẳng (nhấp vuông góc); duy trì chiều dài cột hồ quang ổn định từ $2 - 4\text{ mm}$; phối hợp đồng thời chuyển động dọc trục đường hàn, chuyển động đi xuống bù hao hụt que hàn và chuyển động dao động ngang định hình vảy hàn.
  • Kỹ năng thi công kết cấu liên kết: Cắt phôi, nắn phẳng, làm sạch cạnh phôi thép tấm; hàn đính định vị mối ghép; thi công đường hàn giáp mối tấm phẳng (vị trí 1G) nhiều lớp (lót, điền, phủ); hàn liên kết chữ T ở vị trí hàn bằng (1F) và góc ngang (2F) với thứ tự đi đường hàn chuẩn xác (1-2-3-4-5-6).
  • Kỹ năng kiểm tra và kiểm soát chất lượng: Nhận biết nguyên nhân và xử lý tại xưởng các dạng khuyết tật mối hàn: ngậm xỉ hàn, không thấu/không ngấu, rỗ khí bề mặt và rỗ khí bên trong, cháy chân mối hàn, chảy tràn/chồng mép, cháy thủng tấm mỏng; sử dụng dưỡng đo cơ khí chuyên dụng kiểm tra chiều cao quy cách và bề rộng mối hàn.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp tiếp cận năng lực nghề nghiệp, kết hợp giữa truyền thụ kiến thức kỹ thuật và rèn luyện kỹ năng thực hành phân xưởng.

  • Hoạt động của người dạy: Áp dụng các phương pháp giảng dạy tích cực bao gồm thuyết trình ngắn, đặt vấn đề kỹ thuật, thị phạm thao tác chuẩn tại xưởng; hướng dẫn học viên đọc bản vẽ gia công; giao bài tập tình huống về khuyết tật hàn; giám sát an toàn và quy trình thao tác trên từng trạm thực hành cá nhân.
  • Hoạt động của người học:
    • Nghiên cứu tài liệu: Đọc trước giáo trình, tài liệu tham khảo và phiếu hướng dẫn công nghệ trước khi vào xưởng.
    • Làm việc nhóm: Tổ chức nhóm học tập từ 8–10 học viên để thực hiện các phiên thảo luận chuyên đề về an toàn, nguyên lý thiết bị và phân tích sự cố mối hàn; phân công thành viên phụ trách các phần việc cụ thể và tổng hợp báo cáo nhóm.
    • Thực hành cá nhân: Trực tiếp thực hiện toàn bộ các công đoạn chuẩn bị phôi, gá đính, cài đặt thông số máy, hàn và gõ xỉ làm sạch chi tiết theo đúng phiếu thực hành.
  • Quy định đánh giá kết quả học tập: Căn cứ theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/03/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội, điểm đánh giá môn học tính theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân) và quy đổi sang thang điểm chữ/thang điểm 4:
    • Điểm quá trình (trọng số 40%): Gồm 01 cột điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, thực hiện sau 27 giờ học dưới hình thức hỏi miệng/viết/thực hành) và 01 cột điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2, thực hiện sau 140 giờ học dưới hình thức thực hành).
    • Điểm thi kết thúc môn học (trọng số 60%): Thực hiện sau 165 giờ học bằng hình thức kiểm tra viết kết hợp thực hành kỹ năng gia công liên kết hàn mẫu.
  • Điều kiện chuyên cần: Người học phải tham dự tối thiểu 70% số giờ giảng lý thuyết. Trường hợp vắng quá 30% thời lượng lý thuyết, học viên bắt buộc phải học lại mô đun mới đủ điều kiện dự thi kết thúc môn học.

Điểm nổi bật và cập nhật

  1. Thiết kế chuyên biệt cho nghề Lặn thi công dầu khí: Giáo trình đóng vai trò là khối kiến thức - kỹ năng kỹ thuật cơ sở chuyên môn bắt buộc, chuẩn bị năng lực thao tác tay nghề hàn bề mặt trước khi học viên tiếp cận các kỹ thuật gia công cơ khí dưới nước.
  2. Trực quan hóa thiết bị và kỹ thuật bằng hệ thống sơ đồ: Tài liệu tích hợp danh mục hơn 30 hình ảnh và bản vẽ kỹ thuật chi tiết. Các nội dung bao gồm: sơ đồ mạch từ máy biến áp hàn có bộ tự cảm kết hợp Nikitin, đồ thị dạng sóng chỉnh lưu 1 pha và 3 pha, sơ đồ phản ứng Rôto trong máy phát DC, cấu tạo các loại kẹp mass, kìm hàn, vị trí góc que hàn, hướng dao động que hàn và sơ đồ phân bố các đường hàn nhiều lớp (từ đường 1 đến đường 6) ở liên kết góc 2F.
  3. Quy chuẩn hóa quy trình an toàn áp lực và phòng nổ: Giáo trình cung cấp quy chuẩn vận hành hệ thống cung cấp khí công nghiệp: quy tắc kiểm tra mức nước bình dập lửa tạt lại (kiểm tra 2 lần/ca, súc rửa 1 lần/tháng), khoảng cách an toàn đặt máy sinh khí axêtylen và hố bã đất đèn (tối thiểu 10 mét cách xa nguồn lửa hở), khoảng cách đặt chai oxy (tối thiểu 5 mét cách xa nguồn nhiệt).
  4. Tích hợp tiêu chuẩn nghề quốc tế: Nội dung giáo trình được đối sánh và biên soạn dựa trên nguồn tài liệu tham khảo chuyên ngành trong nước và quốc tế, bao gồm:
    • Giáo trình chuyên ngành của các tác giả Trương Công Đạt, Ngô Lê Thông, Trần Văn Niên, I.Ixô-Cô-Lốp.
    • Tiêu chuẩn hàn kết cấu thép quốc tế AWS D1.1 (American Welding Society).
    • Khung chương trình đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (International Welding Specialist – 2010).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và học viên:
    • Học viên theo học hệ Trung cấp nghề Lặn thi công tại Trường Cao đẳng Dầu khí.
    • Học viên, sinh viên các hệ đào tạo Cao đẳng và Trung cấp chuyên ngành: Sửa chữa Thiết bị Chế biến Dầu khí (SCTBCBDK) và Cắt gọt Kim loại (CGKL).
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần giáo dục chung và kỹ thuật cơ sở trước khi học mô đun này:
    • An toàn vệ sinh lao động (SAEN52001).
    • Vật lý lặn (DIVO52001) và Sinh lý lặn (DIVO56002).
    • Kỹ thuật nguội (MECM52126).
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Tài liệu làm căn cứ để xây dựng đề cương bài giảng, thiết lập phiếu hướng dẫn luyện tập xưởng, chuẩn bị vật tư phôi hàn và thiết kế thang rubric đánh giá tay nghề thực hành cơ khí.
  • Tự học và tham khảo kỹ thuật: Kỹ thuật viên bảo trì cơ khí xưởng, công nhân hàn kết cấu và thợ lặn kỹ thuật công trình biển có thể sử dụng giáo trình để tra cứu quy chuẩn an toàn khí nén, cách tính chế độ dòng điện hàn và biện pháp khắc phục khuyết tật mối hàn.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ học viên hệ Trung cấp nghề Lặn thi công, sinh viên các khối nghề Cơ khí chế tạo, Cắt gọt kim loại, Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và kỹ thuật viên cần nắm vững kỹ thuật hàn hồ quang tay và cắt kim loại cơ bản.

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

Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở về an toàn lao động (SAEN52001), vật lý đại cương/vật lý lặn (DIVO52001) và kỹ thuật gia công nguội cơ khí (MECM52126) để có hiểu biết về tính chất kim loại, dụng cụ đo kiểm và an toàn xưởng.

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

Giáo trình phân bổ thời lượng thực hành lên tới 87,9% (145/165 giờ), tập trung chuẩn hóa kỹ năng hàn kết cấu thép tấm (1G, 1F, 2F) và cắt kim loại bằng hồ quang khí nén/ngọn lửa oxy – khí cháy. Đây là chương trình chuyên môn được thiết kế làm nền tảng trực tiếp phục vụ cho việc đào tạo kỹ thuật hàn cắt dưới nước trong ngành dầu khí.

                  SO SÁNH ĐẶC TÍNH VẬN HÀNH NGUỒN HÀN

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

Học viên cần chuẩn bị trước bài học theo các câu hỏi thảo luận cuối mỗi bài, ghi nhớ các công thức tính chế độ hàn ($d = S/2 + 1$; $I_h = (\beta + \alpha d)d$), tuân thủ nghiêm ngặt 13 điều nội quy xưởng và đối chiếu mối hàn thực tế với danh mục khuyết tật trong giáo trình để kịp thời điều chỉnh góc que hàn và tốc độ dịch chuyển.

5. Có những tài liệu tham khảo chính thức nào kèm theo giáo trình?

Giáo trình trích dẫn và khuyến nghị người học tham khảo các tài liệu chuyên ngành:

  • Kỹ thuật hàn – Trương Công Đạt.
  • Công nghệ hàn điện nóng chảy – Ngô Lê Thông.
  • Thực hành hàn từ căn bản đến nâng cao – Trần Văn Niên.
  • Hàn cắt kim loại – I.Ixô-Cô-Lốp.
  • Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (2010) và tiêu chuẩn kết cấu AWS D1.1.

Kết luận

Giáo trình Mô đun: Kỹ thuật hàn và cắt cơ bản (mã số MECW56179) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu kỹ thuật chuẩn mực, hệ thống hóa toàn diện các kiến thức vật lý hồ quang, cấu tạo nguồn điện hàn AC/DC và quy trình thi công các liên kết hàn tấm ở vị trí 1G, 1F, 2F cùng kỹ thuật cắt kim loại công nghiệp.

Lộ trình học tập đề xuất cho người học là hoàn thành tuần tự 9 bài học: từ nắm vững quy chuẩn an toàn xưởng, làm chủ thiết bị nguồn, thực hành kỹ thuật duy trì hồ quang, đến hoàn thiện các bài hàn liên kết giáp mối, hàn góc và cắt kim loại. Để nâng cao kiến thức chuyên môn, người học có thể nghiên cứu bổ trợ thêm tiêu chuẩn kết cấu hàn quốc tế AWS D1.1 và giáo trình Công nghệ hàn điện nóng chảy của tác giả Ngô Lê Thông.