Giáo trình Kỹ thuật Hàn Cơ bản (Mã môn học: MECW53161) – Trường Cao đẳng Dầu khí

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Kỹ thuật hàn cơ bản (mã môn học: MECW53161) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề thuộc hệ thống giáo trình đào tạo trình độ Cao đẳng và Trung cấp của Trường Cao đẳng Dầu khí (PVMTC), trực thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam. Tài liệu được ban hành chính thức theo Quyết định số 207/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 do tập thể giảng viên Khoa Giáo dục nghề nghiệp biên soạn, gồm: Trần Thanh Ngọc, An Đình Quân và Nguyễn Công Khai.

Trong cấu trúc chương trình khung 92 tín chỉ (tương đương 2205 giờ đào tạo) của nghề Lắp đặt – Vận hành – Bảo dưỡng bơm, quạt, máy nén khí, mô đun MECW53161 có thời lượng 3 tín chỉ (75 giờ định mức), được xếp vào nhóm 48 tín chỉ môn học/mô đun chuyên môn ngành, nghề. Mô đun được giảng dạy từ giai đoạn giữa khóa học, sau khi người học đã hoàn thành các môn học cơ sở kỹ thuật và đóng vai trò trang bị năng lực gia công liên kết phục vụ trực tiếp cho các mô đun sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị cơ khí công nghiệp cũng như giai đoạn thực tập sản xuất.

                    KHUNG TIẾN TRÌNH ĐÀO TẠO
                    
   [Môn cơ sở: Vật liệu, Vẽ KT, Điện KT, Gia công nguội...]
        [MECW53161: KỸ THUẬT HÀN CƠ BẢN (75 giờ - 3 TC)]
  [Mô đun chuyên ngành: Sửa chữa Bơm, Quạt, Máy nén khí...]
            [Thực tập sản xuất & Khóa luận tốt nghiệp]

Chuẩn đầu ra của giáo trình được xác định cụ thể theo ba nhóm mục tiêu:

  • Kiến thức (A1 – A5): Trình bày bản chất vật lý của hồ quang hàn; nắm vững cấu tạo, nguyên lý làm việc của các loại máy hàn điện hồ quang tay (AC, DC); hiểu rõ quy trình công nghệ hàn giáp mối tấm ở vị trí hàn bằng; nắm vững quy tắc an toàn lao động, phòng chống cháy nổ khi hàn và cắt kim loại; tính toán chính xác chế độ hàn ($I_h, d, U_h$) phù hợp với vật liệu và liên kết.
  • Kỹ năng (B1 – B3): Vận hành thành thạo thiết bị hàn điện hồ quang tay; thực hiện kỹ thuật cắt kim loại bằng ngọn lửa oxy – khí cháy; thực hiện hoàn chỉnh liên kết hàn giáp mối tấm ở vị trí hàn bằng (1G) không vát cạnh và có vát cạnh chữ V đạt yêu cầu kỹ thuật.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1 – C2): Rèn luyện tác phong công nghiệp, tính cẩn thận, chính xác, ý thức chấp hành nghiêm chỉnh nội quy xưởng và quy chuẩn an toàn – vệ sinh công nghiệp.

Giáo trình được cấu trúc thành 6 bài học theo mô hình tích hợp lý thuyết chuyên môn và rèn luyện kỹ năng thực hành thao tác xưởng. Điểm đặc thù của tài liệu là định dạng trực quan hóa tối đa các thông số kỹ thuật, bản vẽ công nghệ, bảng tra quy chuẩn và danh mục hình ảnh chi tiết phục vụ gia công thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 6 bài với logic phát triển từ an toàn, thiết bị đến kỹ năng thao tác cơ bản và nâng cao:

  • Bài 1: Nội quy và an toàn thực tập xưởng hàn (2 giờ): Phổ biến 13 điều nội quy xưởng thực tập; quy chuẩn bảo hộ lao động; các biện pháp phòng chống bức xạ ánh sáng hồ quang (tia tử ngoại, tia hồng ngoại), phòng chống điện giật; an toàn thiết bị áp lực và khí cháy (bình sinh khí axêtylen, đất đèn, bình oxy, van giảm áp).
  • Bài 2: Khái niệm thiết bị, dụng cụ hàn và kỹ thuật sử dụng (7 giờ): Phân tích đặc tính ngoài dốc của nguồn hàn; cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp hàn xoay chiều (AC) có bộ tự cảm kết hợp Nikitin, máy hàn cuộn dây di động, máy hàn lõi từ di động; máy hàn một chiều (DC) chỉnh lưu 1 pha (4 điôt), 3 pha (6 điôt) và máy phát điện hàn DC cực từ lắp rời; kỹ thuật đấu dây cực tính thuận (DC-) và nghịch (DC+); dụng cụ phụ trợ và kỹ thuật cắt kim loại bằng khí.
  • Bài 3: Kỹ thuật gây và duy trì hồ quang hàn (8 giờ): Bản chất phóng điện qua môi trường khí ion hóa; đường đặc tính tĩnh V-A; kỹ thuật mồi hồ quang bằng ma sát và mổ thẳng; phương pháp khống chế chiều dài cột hồ quang $(2 \div 4)\text{ mm}$; xử lý sự cố dính que hàn và hồ quang bị thổi lệch.
  • Bài 4: Kỹ thuật hàn đường thẳng (16 giờ): Quy trình đọc bản vẽ và vạch dấu phôi; thiết lập góc nghiêng que hàn $(70^\circ \div 80^\circ)$; các kiểu dao động que hàn (đường thẳng, zíc zắc, nguyệt, số 8); kỹ thuật bắt đầu, nối tiếp và kết thúc mối hàn lấp đầy miệng rỗ.
  • Bài 5: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối không vát cạnh (17 giờ): Quy trình chuẩn bị mép phôi; kỹ thuật hàn đính khống chế khe hở; thiết lập chế độ hàn; thực hiện đường hàn giáp mối trên mặt phẳng; phương pháp làm sạch xỉ và xử lý khuyết tật bề mặt.
  • Bài 6: Kỹ thuật hàn bằng giáp mối vát cạnh chữ V (24 giờ): Đọc bản vẽ liên kết 1G; chuẩn bị góc vát và góc mở rãnh hàn; quy trình hàn nhiều lớp gồm lớp lót (hình thành lỗ thâm nhập hồ quang đáy), lớp hàn đầy và lớp hàn phủ hoàn thiện; phương pháp mài nối mép hàn; kiểm tra và nghiệm thu chất lượng mối hàn theo tiêu chuẩn.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp các nguyên lý kỹ thuật và công thức tính toán phục vụ định lượng thông số hàn:

  • Lý thuyết nhiệt và hồ quang: Ứng dụng định luật Joule – Lenz tính nhiệt lượng đoản mạch $Q = 0.24 \cdot R \cdot I^2 \cdot t$; đường đặc tính tĩnh V-A với 3 vùng (vùng giảm I, vùng không đổi II, vùng tăng III); công thức xác định điện áp rơi trên cột hồ quang: $$U_{ab} = a + b \cdot L_{hq}$$ (trong đó $a = 15 \div 20\text{ V}$ đối với que hàn nóng chảy; $b = 15.7\text{ V/cm}$; $L_{hq}$ là chiều dài cột hồ quang).
  • Nhiệt độ vùng cháy: Nhiệt độ tâm cột hồ quang đạt $6000^\circ\text{C}$, cực catốt đạt $3400^\circ\text{C}$, cực anốt đạt $2600^\circ\text{C}$.
  • Công thức xác định đường kính que hàn ($d$) theo chiều dày phôi ($S$): $$d = \frac{S}{2} + 1 \quad (\text{mm})$$
  • Công thức thực nghiệm xác định cường độ dòng điện hàn ($I_h$): $$I_h = (\beta + \alpha \cdot d) \cdot d \quad (\text{A})$$ (với các hệ số thực nghiệm $\beta = 20, \alpha = 6$).
  • Nguyên lý điện tử và phản ứng máy điện: Phân tích hiện tượng phản ứng rôto làm dốc đường đặc tính ngoài của máy phát điện hàn DC; sơ đồ cầu chỉnh lưu điôt 1 pha và 3 pha tạo dòng một chiều ổn định.
                  QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỒ QUANG HÀN
                  
                                sinh nhiệt Joule-Lenz làm nóng đỏ tiếp điểm.
                                phân tử khí, tạo dòng ion dẫn điện mạnh.
                                điện áp Uh (16-35V với DC; 20-45V với AC).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Cài đặt nguồn điện và điều chỉnh dòng điện chính xác qua ampe kế; lựa chọn kính hàn theo dải dòng điện; chuẩn bị mép phôi bằng phương pháp cơ học và nhiệt; cắt kim loại bằng mỏ cắt oxy – khí cháy.
  • Kỹ năng thao tác thực hành: Vận hành kìm hàn theo đúng góc độ; gá đính liên kết phôi; duy trì cột hồ quang ổn định $(2 \div 4)\text{ mm}$; thực hiện chuyển động dao động ngang kết hợp tiến thẳng đều đặn; thi công mối hàn giáp mối vát cạnh V đa lớp (lớp lót, lớp điền đầy, lớp phủ).
  • Kỹ năng phân tích và kiểm soát chất lượng: Nhận diện nguyên nhân và áp dụng biện pháp phòng ngừa 6 dạng khuyết tật hàn điển hình: ngậm xỉ (slag inclusion), không thấu/không ngấu (incomplete penetration), rỗ khí (porosity), cháy chân (undercut), chồng mép (overlap) và cháy thủng (burn-through).

Phương pháp giảng dạy và học tập

              CƠ CẤU PHÂN BỔ THỜI LƯỢNG MÔ ĐUN (75 GIỜ)

Phương pháp tiếp cận sư phạm

Mô đun MECW53161 áp dụng phương pháp dạy học tích cực. Đối với nội dung lý thuyết, giảng viên sử dụng phương pháp diễn giảng ngắn, trực quan hóa bằng sơ đồ/mô hình, nêu vấn đề kỹ thuật và định hướng đọc tài liệu. Phần thực hành xưởng chiếm tỷ trọng 77.3% (58/75 giờ), triển khai theo hình thức hướng dẫn mẫu thao tác, chia trạm thực hành cá nhân theo phiếu hướng dẫn thực hành và quy trình công nghệ chuẩn.

Tổ chức thảo luận và tự học

  • Hoạt động nhóm: Người học được chia nhóm từ 8 đến 10 sinh viên, nhận phiếu học tập và chủ đề thảo luận trước giờ học (ví dụ: so sánh máy hàn AC/DC, nguyên nhân lệch hồ quang, phương pháp đấu dây cực tính thuận/nghịch). Mỗi thành viên chịu trách nhiệm từng phần nội dung và hoàn thành báo cáo nhóm.
  • Quy định tự học: Sinh viên có trách nhiệm nghiên cứu trước tài liệu giáo trình và tài liệu tham khảo được cung cấp qua thư viện. Thời lượng tham gia học tập lý thuyết trên lớp bắt buộc đạt từ 70% trở lên; sinh viên vắng quá 30% tổng số tiết lý thuyết không đủ điều kiện dự thi kết thúc mô đun.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Hệ thống đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:

Hạng mục đánh giá Trọng số Thời điểm kiểm tra Hình thức tổ chức Chuẩn đầu ra đánh giá
Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% (tổng các cột quá trình) Sau 27 giờ học Viết / Tự luận / Vấn đáp / Thực hành A1, A2, A3, A4, A5, B1, B2, B3, C1, C2
Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) Sau 46 giờ học Thực hành thao tác xưởng A3, A4, A5, B2, C2
Kiểm tra kết thúc mô đun 60% Sau 75 giờ học (khi hoàn thành mô đun) Lý thuyết viết (1 giờ) và Thực hành tay nghề (2 giờ) A3, A4, A5, B1, B2, B3, C1, C2

Điểm đánh giá được chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), tính tổng điểm học phần theo trọng số rồi quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy chế tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật kỹ thuật

Tài liệu được biên soạn dựa trên các quy chuẩn kỹ thuật chuyên ngành hiện hành, thể hiện qua các bảng thông số định lượng rõ ràng:

Chuẩn hóa lựa chọn kính lọc sáng bảo hộ

Giáo trình thiết lập bảng quy chuẩn độ tối của kính hàn tương ứng với từng khoảng dòng điện và phương pháp gia công:

Số kính hàn Phạm vi ứng dụng kỹ thuật
6 ÷ 7 Hàn và cắt bằng khí mức nhiệt trung bình; hàn/cắt hồ quang có dòng điện $I \le 30\text{ A}$
8 ÷ 9 Hàn và cắt bằng khí mức nhiệt trung bình; hàn/cắt hồ quang có dòng điện từ $30\text{ A} \div 100\text{ A}$
10 ÷ 12 Hàn và cắt bằng hồ quang có dòng điện từ $100\text{ A} \div 300\text{ A}$
13 ÷ 14 Hàn và cắt bằng hồ quang với dòng điện lớn hơn $300\text{ A}$

Quy chuẩn kích thước cáp hàn theo cự ly và dòng điện

Để hạn chế tổn hao điện áp và quá nhiệt đường dây, giáo trình cung cấp bảng tra tiết diện dây cáp đồng:

Cường độ dòng hàn (A) Tiết diện cáp ở cự ly 25 m Tiết diện cáp ở cự ly 50 m Tiết diện cáp ở cự ly 75 m
100 A $38\text{ mm}^2$ $38\text{ mm}^2$ $38\text{ mm}^2$
150 A $38\text{ mm}^2$ $50\text{ mm}^2$ $60\text{ mm}^2$
200 A $38\text{ mm}^2$ $60\text{ mm}^2$ $80\text{ mm}^2$
250 A $38\text{ mm}^2$ $80\text{ mm}^2$ $100\text{ mm}^2$
300 A $50\text{ mm}^2$ $100\text{ mm}^2$ $125\text{ mm}^2$
350 A ÷ 400 A $50\text{ mm}^2$ $100 \div 125\text{ mm}^2$ $125 \div 150\text{ mm}^2$
450 A $50\text{ mm}^2$ $125\text{ mm}^2$ $150\text{ mm}^2$ 
                       QUY ĐỊNH CỰ LY AN TOÀN TRONG XƯỞNG
                       
   [Vị trí hàn / Cắt / Nguồn lửa trần]

An toàn thiết bị sinh khí và áp lực

Giáo trình quy định cụ thể:

  • Bình chứa oxy phải đặt cách nguồn lửa trần tối thiểu 5 mét; cấm để dầu mỡ tiếp xúc van chai oxy.
  • Máy sinh khí axêtylen và hố thải bã đất đèn phải bố trí cách xa khu vực hàn và nguồn lửa tối thiểu 10 mét hoặc phải có tường ngăn cách ly.
  • Bình ngăn lửa tạt lại phải được kiểm tra mức nước 2 lần/ca làm việc và tháo rửa định kỳ 1 lần/tháng.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Hệ đào tạo và ngành nghề áp dụng: Sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Lắp đặt – Vận hành – Bảo dưỡng bơm, quạt, máy nén khí (LĐVHSCBQMNK); sinh viên ngành Cắt gọt kim loại (CGKL) và Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí (SCTBCBDK).
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Trước khi học mô đun MECW53161, người học phải hoàn thành các môn học cơ sở trong khung chương trình: Dung sai (MECM53001), Vật liệu cơ khí (MECM53002), Vẽ kỹ thuật 1 & 2 (MECM52003, MECM62012), Cơ kỹ thuật (MECM64011), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055), Gia công nguội cơ bản (MECM53104) và An toàn vệ sinh lao động (SAEN52001).
  • Hướng dẫn khai thác đối với giảng viên: Sử dụng giáo trình làm khung kế hoạch bài giảng tích hợp; khai thác các bản vẽ phân bước, câu hỏi thảo luận cuối mỗi bài và phiếu quy trình công nghệ để tổ chức giảng dạy tại xưởng thực hành hàn.
  • Hướng dẫn khai thác đối với người học: Đọc trước nội dung lý thuyết, sơ đồ nguyên lý mạch điện và các bước công nghệ trước khi vào ca thực hành; sử dụng các bảng thông số chế độ hàn để tính toán và tự kiểm tra chất lượng sản phẩm mẫu theo các tiêu chí khuyết tật mối hàn.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Lắp đặt – Vận hành – Bảo dưỡng bơm, quạt, máy nén khí; đồng thời làm tài liệu học tập cho các lớp nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và Cắt gọt kim loại tại các trường đào tạo nghề kỹ thuật.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần nắm vững kiến thức từ các môn tiên quyết: đọc hiểu bản vẽ kỹ thuật cơ khí, cơ sở điện kỹ thuật (khái niệm dòng điện xoay chiều, một chiều, ngắn mạch, biến áp), cơ tính và nhiệt luyện vật liệu kim loại, kỹ thuật gia công nguội và các quy định an toàn vệ sinh lao động chung.

3. Điểm khác biệt kỹ thuật giữa máy hàn AC và máy hàn DC trong giáo trình là gì?

Máy hàn AC sử dụng dòng điện xoay chiều đổi chiều liên tục, cấu tạo dùng biến áp có lõi từ hoặc cuộn dây di động, không quy định cách đấu dây cực tính. Máy hàn DC tạo dòng hàn một hướng (nhờ hệ thống chỉnh lưu hoặc máy phát DC), cho phép lựa chọn đấu dây cực tính thuận (DC-: kìm hàn nối cực âm, độ ngấu thấp, dùng hàn vật mỏng) hoặc cực tính nghịch (DC+: kìm hàn nối cực dương, độ ngấu sâu, dùng hàn vật dày).

4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả mô đun này?

Sinh viên cần thực hiện tính toán trước chế độ hàn ($d$ và $I_h$) theo công thức giải tích trước khi bật máy; tuân thủ đúng trình tự 13 điều nội quy xưởng; ghi nhớ vị trí gây hồ quang trong rãnh hàn (cách đầu đường hàn 10 mm); luyện tập chuyển động dao động que hàn kết hợp duy trì đều đặn chiều dài hồ quang $(2 \div 4)\text{ mm}$.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?

Kèm theo giáo trình là hệ thống giáo án tích hợp, phiếu thực hành xưởng, phiếu hướng dẫn công nghệ, bản vẽ chi tiết gia công phôi và danh mục tài liệu tham khảo tiêu chuẩn quốc tế và trong nước.

Kết luận

Giáo trình Kỹ thuật hàn cơ bản (mã số MECW53161) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo chuyên môn đạt chuẩn cấu trúc mô đun nghề, kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết luyện kim – điện kỹ thuật và hướng dẫn kỹ năng thao tác hàn hồ quang tay vị trí 1G.

Tài liệu cung cấp nền tảng năng lực liên kết kim loại, đóng vai trò trực tiếp trong tiến trình học tập các mô đun chuyên ngành tiếp theo như: Sửa chữa – Bảo dưỡng bơm (MECM53107, MECM63120), Sửa chữa – Bảo dưỡng quạt (MECP65148), Sửa chữa – Bảo dưỡng máy nén khí (MECM53108) và giai đoạn Thực tập sản xuất (MECM54210).

Tài liệu tham khảo chính thức được trích dẫn trong giáo trình:

  1. Trương Công Đạt, Kỹ thuật hàn.
  2. Ngô Lê Thông, Công nghệ hàn điện nóng chảy.
  3. Trần Văn Niên, Thực hành hàn từ căn bản đến nâng cao.
  4. Chương trình đào tạo Chuyên gia hàn Quốc tế (IWE), 2010.
  5. American Welding Society, AWS D1.1: Structural Welding Code – Steel.