Giáo trình Mô đun: Kỹ thuật Hàn Cơ bản (Trường Cao đẳng Dầu khí)
Tổng quan về giáo trình
Giáo trình mô đun Kỹ thuật hàn cơ bản (mã môn học: MECW53161) được ban hành chính thức theo Quyết định số 204/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 Giáo dục nghề nghiệp (GDNN) biên soạn, bao gồm: Trần Thanh Ngọc, An Đình Quân và Nguyễn Công Khai.
+-------------------------------------------------------------------------------+
| THÔNG TIN ĐỊNH DANH GIÁO TRÌNH |
+---------------------+---------------------------------------------------------+
| Tên mô đun | Kỹ thuật hàn cơ bản |
| Mã mô đun | MECW53161 |
| Cơ quan ban hành | Trường Cao đẳng Dầu khí (QĐ số 204/QĐ-CĐDK, 01/03/2022) |
| Trình độ đào tạo | Trung cấp / Cao đẳng |
| Nhóm nghề áp dụng | Cắt gọt kim loại; Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí |
| Thời lượng đào tạo | 3 tín chỉ (Tổng số 75 giờ: 14h LT, 58h TH, 3h KT) |
+---------------------+---------------------------------------------------------+
Về vị trí trong chương trình đào tạo, mô đun được bố trí giảng dạy ở giai đoạn giữa khóa học của hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại cũng như nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí. Về mặt tiến trình, mô đun được thực hiện sau khi sinh viên đã hoàn thành các môn học, mô đun cơ sở kỹ thuật và là điều kiện tiên quyết trước khi bước vào mô đun Thực tập sản xuất (mã môn MECM54210).
Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể trên ba phương diện chuẩn đầu ra:
- Về kiến thức (A1 - A5): Trang bị bản chất vật lý của hồ quang hàn; nguyên lý cấu tạo và quy trình vận hành các thiết bị hàn điện hồ quang tay (AC và DC); quy trình hàn liên kết giáp mối tấm ở vị trí hàn bằng; quy tắc an toàn lao động, phòng chống cháy nổ trong hàn và cắt kim loại; phương pháp tính toán chế độ hàn ($I_h, d$) tương ứng với chiều dày vật liệu.
- Về kỹ năng (B1 - B3): Sử dụng thành thạo thiết bị hàn điện hồ quang tay; thực hiện thao tác cắt vật liệu kim loại bằng ngọn lửa khí oxy – khí cháy; thực hiện hoàn chỉnh mối hàn giáp mối tấm ở vị trí bằng (vị trí 1G) không vát cạnh và có vát cạnh chữ V.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1 - C2): Hình thành tác phong công nghiệp, tính cẩn thận, độ chính xác cơ khí; chấp hành nội quy bảo hộ lao động và an toàn vệ sinh phân xưởng.
Giáo trình được cấu trúc thành 6 bài học theo nguyên tắc module hóa, tiếp cận từ kiến thức an toàn xưởng, nguyên lý thiết bị đến kỹ năng thao tác hồ quang từ cơ bản đến phức tạp. Điểm đặc thù của tài liệu là nội dung giảng dạy bám sát các yêu cầu thực tế sản xuất trong ngành công nghiệp Dầu khí và cơ khí chế tạo.
Nội dung kiến thức cốt lõi
TIẾN TRÌNH 6 BÀI HỌC CỐT LÕI
[Bài 1: Nội quy & An toàn]
Các chương/chủ đề chính
Nội dung toàn bộ mô đun 75 giờ được phân bổ thành 6 bài học cụ thể:
- Bài 1: Nội quy và an toàn thực tập xưởng hàn (1 giờ: 0.25h LT, 0.75h TH): Thiết lập 13 điều nội quy xưởng; kỹ thuật an toàn phòng chống tia tử ngoại, tia hồng ngoại, kim loại bắn tóe; an toàn điện giật; an toàn thiết bị áp lực và khí cháy (máy sinh khí axêtylen, bình oxy, van giảm áp, bình ngăn lửa tạt lại).
- Bài 2: Khái niệm thiết bị, dụng cụ hàn và kỹ thuật sử dụng (7 giờ: 2h LT, 5h TH): Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy hàn xoay chiều (AC), máy hàn một chiều (DC chỉnh lưu 1 pha, 3 pha, máy phát DC cực từ rời); kỹ thuật đấu cực tính thuận ($DC^-$) và nghịch ($DC^+$); tiêu chuẩn kìm hàn No.0 đến No.4; quy cách cáp hàn; các số hiệu kính hàn lọc sáng (số 6 đến 14); kỹ thuật cắt kim loại bằng ngọn lửa oxy – khí cháy.
- Bài 3: Kỹ thuật gây và duy trì hồ quang hàn (8 giờ: 2h LT, 6h TH): Bản chất ion hóa chất khí; đường đặc tính tĩnh $V-A$; công thức tính toán chế độ hàn ($d = S/2 + 1$; $I_h = (\beta + \alpha d)d$); 2 phương pháp gây hồ quang (ma sát và mổ thẳng); thao tác duy trì chiều dài hồ quang $2 \div 4\text{ mm}$; xử lý hiện tượng que hàn bị dính và hồ quang bị thổi lệch.
- Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng (16 giờ: 2h LT, 13h TH, 1h KT): Đọc bản vẽ; kỹ thuật vạch dấu phôi; góc độ que hàn nghiêng $70^\circ \div 80^\circ$; các quỹ đạo dao động que hàn; kỹ thuật bắt đầu, nối đường hàn và kết thúc lấp đầy rãnh lõm bể hàn trong thời gian $4 \div 6\text{ giây}$.
- Bài 5: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối không vát cạnh (17 giờ: 4h LT, 12h TH, 1h KT): Chuẩn bị phôi tấm; kỹ thuật hàn đính; kỹ thuật dao động que hàn tạo mối hàn ngấu; nhận diện nguyên nhân và biện pháp xử lý 5 loại khuyết tật: ngậm xỉ, không ngấu, rỗ khí, cháy chân, chồng mép.
- Bài 6: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối vát cạnh V (24 giờ: 3h LT, 20h TH, 1h KT): Chuẩn bị phôi vát mép góc V; hàn giáp mối tấm ở vị trí 1G; kiểm soát lỗ thâm nhập hồ quang (keyhole); kỹ thuật mài nối mối hàn; quy trình hàn nhiều lớp gồm: lớp lót (root pass), lớp điền đầy (fill pass), lớp hàn phủ (cap pass); kiểm tra kích thước và xử lý khuyết tật cháy thủng. Cuối bài là 2 giờ kiểm tra kết thúc mô đun.
Kiến thức nền tảng được xây dựng
Giáo trình xây dựng cơ sở lý thuyết kỹ thuật thông qua các định luật và nguyên lý:
- Lý thuyết vật lý hồ quang điện hàn nóng chảy: Sự phát xạ điện tử từ catốt do tác dụng nhiệt sinh ra theo định luật Joule – Lenz ($Q = 0.24 R I^2 t$). Cơ chế va chạm ion hóa tạo môi trường plasma dẫn điện. Cân bằng nhiệt độ vùng hồ quang: tâm cột hồ quang đạt $6000^\circ\text{C}$, cực âm (catốt) xấp xỉ $3400^\circ\text{C}$, cực dương (anốt) xấp xỉ $2600^\circ\text{C}$. Quan hệ điện áp cột hồ quang qua công thức $U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$ (trong đó $a$ là tổng sụt áp trên 2 cực, $b \approx 15.7\text{ V/cm}$ là sụt áp trên một đơn vị chiều dài cột hồ quang $L_{hq}$).
- Nguyên lý máy điện hàn AC và DC: Cơ chế điều chỉnh dòng hàn thông qua thay đổi từ thông tản (máy biến áp lõi từ di động, máy biến áp cuộn dây di động, máy biến thế có bộ tự cảm kết hợp Nikitin 1925). Nguyên lý nắn dòng chỉnh lưu hình cầu sử dụng Đi-ốt (Diode) 1 pha và 3 pha. Hiện tượng phản ứng phần ứng (phản ứng rôto) làm giảm từ thông trong máy phát điện hàn DC cực từ lắp rời nhằm hạn chế dòng điện ngắn mạch ($I_{nm} = (1.3 \div 1.4) I_h$).
- Công thức tính toán công nghệ hàn: Xác định đường kính que hàn theo công thức $d = \frac{S}{2} + 1$ (với $S$ là chiều dày vật liệu hàn). Xác định cường độ dòng điện hàn hồ quang tay theo công thức kinh nghiệm $I_h = (\beta + \alpha d)d$, trong đó hệ số thực nghiệm $\beta = 20$ và $\alpha = 6$.
Kỹ năng phát triển
- Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Lắp đặt, kiểm tra tiếp địa, đấu dây thiết bị hàn xoay chiều và một chiều; chuyển đổi linh hoạt cực tính đấu nghịch ($DC^+$ kìm hàn nối cực dương - áp dụng cho vật hàn dày cần ngấu sâu) và đấu thuận ($DC^-$ kìm hàn nối cực âm - áp dụng cho vật hàn mỏng); lắp ráp, căn chỉnh đồng hồ đo áp suất, van giảm áp và thao tác mỏ cắt oxy – khí cháy.
- Kỹ năng thao tác thực tế (Practical competencies): Gây hồ quang thuần thục bằng phương pháp ma sát và mổ thẳng; cố định góc que hàn $70^\circ \div 80^\circ$; duy trì cột hồ quang $2 \div 4\text{ mm}$; kiểm soát tốc độ dịch chuyển và phương pháp dao động que hàn; triển khai hoàn chỉnh liên kết hàn giáp mối tấm 1G theo quy trình 3 lớp hàn (lót, điền, phủ).
- Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc và bóc tách yêu cầu kỹ thuật từ bản vẽ chi tiết; quan sát hiện tượng bể hàn nóng chảy để nhận diện sai lệch chế độ hàn; kiểm tra phân loại các dạng khuyết tật mối hàn (rỗ khí, ngậm xỉ, cháy chân, chồng mép, cháy thủng, không ngấu) và đưa ra biện pháp khắc phục kỹ thuật tương ứng.
Phương pháp giảng dạy và học tập
Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích hợp lý thuyết và thực hành, trong đó thời lượng thực hành xưởng chiếm tỷ trọng áp đảo:
+-------------------------------------------------------------------------------+
| CƠ CẤU THỜI LƯỢNG MÔ ĐUN (TỔNG 75 GIỜ) |
+---------------------+-------------------+-------------------------------------+
| Thành phần | Thời lượng (Giờ) | Tỷ lệ phần trăm |
+---------------------+-------------------+-------------------------------------+
| Lý thuyết | 14 giờ | 18.7% |
| Thực hành / Bài tập | 58 giờ | 77.3% |
| Kiểm tra đánh giá | 03 giờ (1h LT/2h TH) | 4.0% |
+---------------------+-------------------+-------------------------------------+
- Tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach): Giảng viên sử dụng phương pháp thuyết trình ngắn gọn, nêu vấn đề, hướng dẫn quy trình mẫu trực tiếp trên thiết bị (demonstration). Học viên học tập kết hợp giữa làm việc nhóm (nhóm 8 - 10 người) để thảo luận chủ đề kỹ thuật trước buổi học và luyện tập kỹ năng độc lập tại từng vị trí bàn hàn.
- Bài tập và tình huống xưởng: Xử lý tình huống que hàn bị dính vào phôi khi đoản mạch; xử lý sự cố lửa tạt lại trong bình ngăn lửa của máy sinh khí axêtylen; tình huống hồ quang bị thổi lệch do hiệu ứng từ trường; bài tập tính toán dòng điện hàn thực tế theo que hàn $\varnothing 3.2\text{ mm}$ ($125\text{ A}$) hoặc $\varnothing 4.0\text{ mm}$.
- Phương pháp và hình thức đánh giá: Căn cứ theo quy chế đào tạo ban hành kèm Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:
+-------------------------------------------------------------------------------+
| MA TRẬN ĐÁNH GIÁ MÔ ĐUN |
+---------------------+---------+--------------------+--------------------------+
| Loại điểm | Trọng số| Thời điểm kiểm tra | Hình thức / Tiêu chí |
+---------------------+---------+--------------------+--------------------------+
| Kiểm tra thường xuyên| 40% | Sau 27 giờ học | Vấn đáp, viết hoặc bài tập|
| Kiểm tra định kỳ | (hệ số 2)| Sau 46 giờ học | Thực hành thao tác xưởng |
| Thi kết thúc mô đun | 60% | Sau 75 giờ học | Bài thi thực hành hàn 1G |
+---------------------+---------+--------------------+--------------------------+
Điểm đánh giá thực hiện theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân và quy đổi sang điểm chữ, thang điểm 4 theo quy định đào tạo tín chỉ.
- Quy định tự học: Người học bắt buộc nghiên cứu tài liệu trước khi đến lớp; tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết (nếu vắng trên 30% tổng số tiết lý thuyết, sinh viên không đủ điều kiện dự thi và phải học lại mô đun).
Điểm nổi bật và cập nhật
Giáo trình có các cập nhật kỹ thuật và thông số định lượng cụ thể:
- Chuẩn hóa chương trình đào tạo: Được biên soạn và thẩm định theo quyết định nội bộ năm 2022 của Trường Cao đẳng Dầu khí, cập nhật danh mục thiết bị hàn cơ khí hiện hành tại các cơ sở gia công và bảo dưỡng thiết bị chế biến dầu khí.
- Tích hợp tiêu chuẩn chuyên ngành quốc tế: Tài liệu tích hợp các quy chuẩn kỹ thuật tham chiếu từ Tiêu chuẩn Hàn Kết cấu Thép Hoa Kỳ (AWS D1.1 - Structural Welding Code) và Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (IWS - 2010).
- Bảng tra cứu thông số kỹ thuật chi tiết: Giáo trình cung cấp hệ thống bảng dữ liệu định lượng chính xác phục vụ quá trình thực hành:
- Bảng lựa chọn kính hàn bảo vệ: Kính số 6 - 7 (hàn khí/hồ quang $\le 30\text{ A}$), kính số 8 - 9 ($30\text{ A} \div 100\text{ A}$), kính số 10 - 12 ($100\text{ A} \div 300\text{ A}$), kính số 13 - 14 ($> 300\text{ A}$).
- Bảng tra tiết diện cáp hàn theo chiều dài và dòng điện: Quy định tiết diện dây dẫn ($38\text{ mm}^2$, $50\text{ mm}^2$, $60\text{ mm}^2$, $80\text{ mm}^2$, $100\text{ mm}^2$, $125\text{ mm}^2$, $150\text{ mm}^2$) tương ứng dòng điện từ $100\text{ A} \div 450\text{ A}$ trên cự ly $25\text{ m}$, $50\text{ m}$ và $75\text{ m}$.
- Quy chuẩn kìm hàn điện: Tiêu chuẩn kỹ thuật kìm hàn từ loại No.0 đến No.4 với chu kỳ tải và dải dòng cực đại.
- Quy trình an toàn nghiêm ngặt: Hệ thống hóa 13 điều nội quy xưởng và quy chuẩn bảo dưỡng an toàn thiết bị sinh khí: kiểm tra mức nước bình ngăn lửa tạt lại 2 lần/ca, tháo rửa bình ngăn lửa 1 lần/tháng, thử kín hệ thống khớp nối bằng nước xà phòng hàng tuần, thiết lập khoảng cách an toàn tối thiểu giữa máy sinh khí và nguồn lửa hở là $10\text{ m}$ (chai oxy cách nguồn nhiệt trần tối thiểu $5\text{ m}$).
Đối tượng sử dụng giáo trình
- Học sinh, sinh viên:
- Sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại (CGKL).
- Sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí (SCTBCBDK).
- Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Trước khi học mô đun MECW53161, người học phải hoàn thành các môn chung và cơ sở ngành trong chương trình khung:
- An toàn vệ sinh lao động (SAEN52001)
- Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055)
- Vẽ kỹ thuật 1 (MECM52003)
- Vật liệu cơ khí (MECM53002)
- Dung sai (MECM53001)
- Hình học họa hình (MECM55025)
- Gia công nguội cơ bản (MECM53104)
- Giảng viên và cán bộ đào tạo: Sử dụng làm căn cứ thiết lập đề cương chi tiết, bài giảng tích hợp, phiếu phân tích công việc, phiếu hướng dẫn thực hành và ngân hàng câu hỏi kiểm tra kỹ năng nghề.
- Kỹ thuật viên xưởng: Tài liệu phục vụ tham khảo quy trình thao tác chuẩn cho thợ hàn que, kỹ thuật viên sửa chữa cơ khí tại các phân xưởng gia công chế tạo.
Câu hỏi thường gặp
HỆ THỐNG CÂU HỎI THƯỜNG GẶP
1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?
Giáo trình được biên soạn phục vụ học viên, sinh viên trình độ Trung cấp và Cao đẳng thuộc các nhóm nghề Cắt gọt kim loại, Cơ khí chế tạo, và Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí. Ngoài ra, tài liệu phù hợp làm sổ tay kỹ thuật cho công nhân xưởng cơ khí học nâng cao tay nghề hàn điện hồ quang tay.
2. Người học cần đáp ứng kiến thức nền tảng nào trước khi tiếp cận mô đun?
Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở ngành gồm: An toàn vệ sinh lao động, Điện kỹ thuật cơ bản, Vẽ kỹ thuật cơ khí, Công nghệ vật liệu kim loại, Dung sai lắp ghép và Kỹ năng gia công nguội cơ bản để có thể đọc hiểu bản vẽ và sử dụng an toàn các thiết bị cơ - điện.
3. Giáo trình có điểm gì khác biệt về mặt cấu trúc so với các tài liệu hàn thông thường?
Tài liệu tập trung trực tiếp vào quy trình thực hành hàn hồ quang tay vị trí bằng (1G) với tỷ lệ thời lượng thực hành lên đến $77.3%$ ($58/75\text{ giờ}$). Toàn bộ thông số hàn, phương pháp kiểm tra khuyết tật và quy chuẩn vận hành khí oxy – axetylen được thiết kế bám sát theo tiêu chuẩn quốc tế AWS D1.1 và các điều kiện an toàn phòng nổ đặc thù của ngành Dầu khí.
4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?
Học viên cần nghiên cứu lý thuyết từng bài trước khi vào xưởng; thực hiện làm việc nhóm $8 \div 10\text{ người}$ để giải quyết các câu hỏi tình huống; lập bảng tính dòng điện hàn $I_h$ theo công thức lý thuyết trước khi vận hành máy và đối chiếu kích thước mối hàn thực tế với yêu cầu bản vẽ chi tiết sau mỗi ca thực hành.
5. Những tài liệu bổ trợ nào được khuyến nghị sử dụng kèm theo giáo trình?
Các tài liệu tham khảo chính thống được ban biên soạn xác lập bao gồm:
- Kỹ thuật hàn – Tác giả Trương Công Đạt.
- Công nghệ hàn điện nóng chảy – Tác giả Ngô Lê Thông.
- Thực hành hàn từ căn bản đến nâng cao – Tác giả Trần Văn Niên.
- Tiêu chuẩn kỹ thuật AWS D1.1 (Hoa Kỳ) và Tài liệu đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (IWS - 2010).
Kết luận
Giáo trình mô đun Kỹ thuật hàn cơ bản (MECW53161) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo nghề hoàn chỉnh về kỹ thuật hàn điện hồ quang tay (SMAW) và cắt kim loại bằng khí cháy. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở việc kết hợp chặt chẽ giữa nền tảng vật lý hồ quang điện, nguyên lý thiết bị máy biến áp/chỉnh lưu với hệ thống bài tập thực hành phân lớp mối hàn tấm 1G.
Theo lộ trình đào tạo, việc hoàn thành tốt mô đun 75 giờ này là bước chuẩn bị kỹ thuật bắt buộc để người học chuyển tiếp sang mô đun Thực tập sản xuất (MECM54210) và các mô đun công nghệ hàn chuyên sâu ở các vị trí không gian phức tạp hơn (hàn leo, hàn ngang, hàn trần, hàn ống). Để mở rộng năng lực nghề nghiệp, người học được khuyến nghị kết hợp khai thác các tiêu chuẩn hàn kết cấu quốc tế (AWS D1.1) và các giáo trình chuyên ngành hàn nóng chảy liên quan.
