Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Hàn FCAW cơ bản (mã số mô đun: HAN19MĐ06) là tài liệu đào tạo chuyên môn bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Hàn trình độ Trung cấp và Cao đẳng, được ban hành kèm theo Quyết định số 196/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam). Trong cấu trúc khung chương trình, mô đun này có thời lượng 75 giờ (tương đương 3 tín chỉ), được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học chung, môn học cơ sở khối ngành (Điện kỹ thuật cơ bản, An toàn – vệ sinh lao động, Vật liệu cơ khí, Vẽ kỹ thuật 1) và các mô đun chuyên môn tiền đề từ HAN19MĐ01 đến HAN19MĐ05 (Chế tạo phôi hàn, Gá lắp kết cấu hàn, Hàn hồ quang tay cơ bản/nâng cao, Hàn MIG/MAG cơ bản).

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

  • Kiến thức (A1–A4): Trình bày nguyên lý làm việc của thiết bị hàn hồ quang dây lõi thuốc (Flux-Cored Arc Welding – FCAW); giải thích đặc điểm, công dụng của phương pháp; phân loại và nhận biết vật liệu hàn (dây hàn lõi thuốc, khí bảo vệ); tính toán, lựa chọn chế độ hàn phù hợp với chiều dày, tính chất cơ lý của vật liệu cơ bản.
  • Kỹ năng (B1–B3): Vận hành, căn chỉnh đồng bộ trang thiết bị và dụng cụ hàn FCAW; thực hiện các đường hàn liên kết giáp mối và liên kết góc ở các vị trí hàn bằng (1G), hàn góc ngang (2F) và hàn góc đứng (3F) bảo đảm kích thước hình học và độ ngấu; đo kiểm, phát hiện và sửa chữa các dạng khuyết tật mối hàn.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C3): Tuân thủ nghiêm ngặt quy chuẩn an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp trong phân xưởng; rèn luyện tác phong thao tác chính xác, tính trung thực trong đánh giá chất lượng sản phẩm.

Về cấu trúc và cách tiếp cận, giáo trình gồm 5 bài học được thiết kế theo tiến trình tích hợp lý thuyết kỹ thuật công nghệ (14 giờ) với thực hành rèn luyện tay nghề tại xưởng (58 giờ) và kiểm tra định kỳ (3 giờ). Điểm đặc trưng của giáo trình là việc quy chuẩn hóa các thông số công nghệ hàn theo các bộ tiêu chuẩn kiểm định quốc tế như AWS (American Welding Society), ASME Section IX, TWI, kết hợp với các yêu cầu thực tiễn trong thi công lắp đặt kết cấu cơ khí, đóng tàu và công trình dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 5 bài học chuyên đề được sắp xếp theo trình tự phát triển năng lực công nghệ:

  • Bài 1: Những kiến thức cơ bản khi hàn FCAW (12 giờ: 11 giờ lý thuyết, 1 giờ kiểm tra)

    • Trình bày định nghĩa, nguyên lý quá trình hàn FCAW cải tiến từ hàn GMAW/MAG.
    • Phân tích cấu tạo tiết diện dây hàn lõi thuốc (dạng uốn chữ U, dạng ống kín Oerlikon) và phân loại theo hệ xỉ: Rutil (TiO₂), Bazơ, Metal-cored; phân loại mã hiệu dây theo tiêu chuẩn (T-1, T-2, T-3, T-4, T-5, T-6, T-7, T-8, T-10, T-11, T-G, T-GS).
    • Phân loại và chức năng của khí bảo vệ: CO₂ tinh khiết ($\ge 99,5%$), khí trộn $75%\text{ Ar} + 25%\text{ CO}_2$, khí Argon và Helium.
    • Cấu tạo mỏ hàn, hệ thống làm mát bằng nước/khí, cơ cấu cấp dây có bánh xe rãnh khía, van giảm áp lưu kế phao.
    • Nhận diện các dạng khuyết tật mối hàn: nứt (nứt nóng $>1000^\circ\text{C}$, nứt nguội $<1000^\circ\text{C}$, nứt thô đại, nứt tế vi), rỗ khí, lẫn xỉ, không ngấu, cháy cạnh, quá nhiệt, bắn tóe.
    • Quy định an toàn lao động, ảnh hưởng của bức xạ hồ quang (tia tử ngoại, tia hồng ngoại), khói hàn và các biện pháp bảo hộ cá nhân.

  • Bài 2: Vận hành máy hàn FCAW (3 giờ: 1 giờ lý thuyết, 2 giờ thực hành)

    • Cấu tạo và nguyên lý nguồn hàn hồ quang đặc tính V-A điện áp không đổi (Constant Voltage – CV), dòng định mức 400–500A, chu kỳ tải 100%.
    • Quy trình vận hành, cài đặt chu trình hàn 2T (hàn ngắt quãng) và 4T (hàn liên tục).
    • Ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn: cường độ dòng điện ($I_h$), điện áp hồ quang ($U_h$), tầm với điện cực (phần nhô dây hàn từ 10–25mm đối với dây có khí bảo vệ, 15–30mm đối với dây tự bảo vệ), tốc độ cấp dây, tốc độ hàn ($V_h$), lưu lượng khí (8–12 lít/phút).
    • Kỹ thuật điều chỉnh góc nghiêng mỏ hàn (Travel Angle – TA, Work Angle – WA) và 4 phương pháp dao động mỏ hàn: đường thẳng, răng cưa, bán nguyệt, hình tròn/tròn lệch.
    • Kỹ thuật gây hồ quang, duy trì khoảng cách hồ quang 2–3mm và kỹ thuật kết thúc hồ quang để lấp đầy miệng rãnh.

  • Bài 3: Hàn giáp mối thép các bon thấp – Vị trí hàn 1G (20 giờ: 1 giờ lý thuyết, 19 giờ thực hành)

    • Quy trình chuẩn bị 2 tấm phôi thép carbon thấp kích thước $250 \times 100 \times 10\text{ mm}$, vát mép $30^\circ$ (góc mở rãnh $60^\circ$), mép cùn $2 \div 2,5\text{ mm}$, khe hở đáy $3\text{ mm}$.
    • Phương pháp đính phôi mặt sau (đoạn đính dài 10mm), tạo góc biến dạng ngược $3^\circ$ và gá lắp tấm dẫn hướng.
    • Kỹ thuật hàn đường lót đáy (root pass) với dây ER71T-1 đường kính 1,2mm, dòng điện $100 \div 120\text{ A}$, lưu lượng khí 12 lít/phút, duy trì lỗ thâm nhập hồ quang (keyhole), phương pháp mài vát điểm nối que dày 3mm.
    • Kỹ thuật hàn lớp đầy (fill pass) với dòng điện $150 \div 350\text{ A}$, dao động răng cưa dừng 2 cạnh, cách bề mặt phôi $1,5 \div 2\text{ mm}$.
    • Kỹ thuật hàn lớp phủ (cap pass) gồm 1–2 đường, tạo dáng vân hàn mịn, gõ xỉ sạch và kiểm tra ngoại dạng mối hàn.

  • Bài 4: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn 2F (20 giờ: 1 giờ lý thuyết, 18 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra)

    • Quy trình chuẩn bị phôi liên kết chữ T tấm thép carbon thấp.
    • Thiết lập góc mỏ hàn vị trí 2F: góc di chuyển $\text{TA} = 20^\circ \div 15^\circ$, góc làm việc $\text{WA} = 40^\circ \div 50^\circ$.
    • Kỹ thuật hàn góc một lớp và nhiều lớp, khống chế khuyết tật chảy xệ kim loại lỏng, kiểm tra kích thước chân mối hàn góc bằng dưỡng chuyên dụng.

  • Bài 5: Hàn liên kết góc thép các bon thấp – Vị trí hàn 3F (20 giờ: 1 giờ lý thuyết, 18 giờ thực hành, 1 giờ kiểm tra)

    • Kỹ thuật gá phôi liên kết chữ T thẳng đứng, góc nghiêng mỏ hàn khi hàn leo ($\text{TA} = 5^\circ \div 10^\circ$).
    • Phương pháp dao động mỏ hàn hình bán nguyệt kết hợp dừng ở hai cạnh rãnh hàn để ngăn chặn khuyết tật cháy cạnh (undercut) và không ngấu (lack of fusion).
    • Quy trình đo kiểm, phát hiện rỗ khí, bắn tóe, không ngấu và phương pháp mài tẩy, hàn bù khắc phục khuyết tật.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập cơ sở lý thuyết luyện kim hàn và vật lý hồ quang điện cực chảy:

  • Cơ chế bảo vệ vũng hàn kép: Kết hợp giữa phản ứng phân hủy thuốc hàn trong lõi dây tạo lớp xỉ bao phủ bề mặt và luồng khí bảo vệ ($CO_2$ hoặc hỗn hợp $Ar-CO_2$) đẩy oxy, nitơ khỏi vũng hàn nóng chảy; cơ chế tự khử oxy thông qua hàm lượng Mangan (Mn) và Silic (Si) được bổ sung trong lõi thuốc.
  • Nguyên lý hồ quang tự điều chỉnh: Tương tác giữa nguồn điện đặc tính V-A cứng (CV) và cơ cấu cấp dây tốc độ không đổi; nguyên lý kiểm soát dòng ngắn mạch qua bo mạch điện tử để ổn định kích thước giọt kim loại chuyển dịch dạng tia hoặc giọt lớn.
  • Lý thuyết nhiệt luyện và ứng suất dư: Phân tích quá trình kết tinh kim loại mối hàn, cơ chế nứt nóng do tạp chất có nhiệt độ nóng chảy thấp (lưu huỳnh, photpho), hiện tượng nứt nguội do hydro khuếch tán và ứng suất tập trung, từ đó xác định các giải pháp gia nhiệt trước, giữ nhiệt và bố trí thứ tự đường hàn hợp lý.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Căn chỉnh đồng bộ hệ thống cấp dây, kiểm tra áp suất khí qua van lưu kế phao; lắp đặt ống dẫn teflon và ty tiếp xúc phù hợp với cỡ dây $1,2\text{ mm}$; thiết lập đúng chu kỳ hàn 2T/4T trên bảng điều khiển.
  • Kỹ năng phân tích: Đọc bản vẽ kết cấu hàn; giải mã ký hiệu quy chuẩn vật liệu dây hàn theo tiêu chuẩn AWS (ví dụ: E71T-1); phân tích nguyên nhân gốc rễ sinh ra khuyết tật nứt, rỗ khí, lẫn xỉ dựa trên các thông số hàn thực tế ($I_h, U_h, V_h$).
  • Kỹ năng năng lực thực hành: Thực hiện thành thạo các đường hàn giáp mối 1G và liên kết góc 2F, 3F; kiểm soát vũng hàn và lỗ thâm nhập hồ quang; sử dụng dưỡng đo kích thước mối hàn góc, kiểm tra mối hàn bằng phương pháp ngoại quan, bột từ, chất chỉ thị màu; thực hiện mài đục tẩy khuyết tật và hàn sửa chữa đúng quy trình kỹ thuật.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo tích hợp mô đun nghề nghiệp, kết hợp chặt chẽ giữa trang bị lý thuyết công nghệ và rèn luyện kỹ năng thực hành phân xưởng:

[Lý thuyết chuyên ngành (14h)]
  ├── Giảng dạy tích cực & Thuyết trình ngắn
  ├── Phân tích bản vẽ kỹ thuật & Chế độ hàn
  └── Quy chuẩn an toàn & Tiêu chuẩn AWS/ASME
         │
         ▼
[Thao tác mẫu của Giảng viên]
  ├── Chuẩn bị phôi, gá đính, vát góc 30°
  ├── Thiết lập máy hàn CV, tầm với 10-25mm
  └── Thị phạm dao động mỏ hàn (1G, 2F, 3F)
         │
         ▼
[Thực hành phân xưởng (58h)]
  ├── Phân nhóm 2 học viên / 1 máy hàn
  ├── Thực hành hàn 1G (3 lớp: lót, đầy, phủ)
  ├── Thực hành hàn liên kết góc 2F, 3F
  └── Gõ xỉ, mài sửa điểm nối que, đo kiểm
         │
         ▼
[Kiểm tra & Đánh giá (3h)]
  ├── Kiểm tra thường xuyên (sau 35h - 40%)
  ├── Kiểm tra định kỳ (Bài 4 & Bài 5)
  └── Thi kết thúc mô đun (sau 75h - 60%)
  • Tiếp cận sư phạm: Giảng viên áp dụng phương pháp dạy học tích cực thông qua thuyết trình ngắn, nêu vấn đề công nghệ, thao tác mẫu trực tiếp tại cabin hàn, theo dõi và hướng dẫn thường xuyên cho từng học viên.
  • Tổ chức bài tập và thực hành: Học viên được chia thành các nhóm nhỏ (mỗi nhóm gồm 2 người học sử dụng chung 01 máy hàn FCAW). Mỗi cá nhân chịu trách nhiệm độc lập trên sản phẩm phôi mẫu của mình từ khâu cắt phôi, mài mép, đính phôi, thiết lập thông số hàn cho đến khâu hoàn thiện mối hàn và dọn dẹp vệ sinh công nghiệp.
  • Phương pháp đánh giá kết quả học tập:
    • Căn cứ pháp lý: Quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/03/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội.
    • Điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1): Chiếm 40% trọng số, thực hiện kiểm tra tập trung bài thực hành sau 35 giờ học, đánh giá các chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2.
    • Điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2): Bố trí tại Bài 4 và Bài 5, kiểm tra kỹ năng thực hành đánh giá chuẩn đầu ra A4, B1, C3.
    • Điểm thi kết thúc mô đun: Chiếm 60% tổng điểm môn học, kiểm tra kỹ năng thực hành tổng hợp sau 75 giờ, đánh giá toàn diện chuẩn đầu ra A1–A4, B1–B2.
    • Điểm tổng kết tính 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.
  • Yêu cầu đối với người học:
    • Nghiên cứu giáo trình, bài giảng và tài liệu hướng dẫn kỹ thuật trước khi vào xưởng.
    • Tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết; nếu vắng $> 30%$ thời lượng lý thuyết phải học lại mô đun.
    • Tham dự 100% các buổi thực hành; nếu vắng $> 1%$ số tiết thực hành không có lý do chính đáng sẽ không được dự thi và phải học lại.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cải tiến so với công nghệ hàn que truyền thống (SMAW - 111): Khắc phục nhược điểm năng suất thấp, thời gian gián đoạn do thay que hàn và tổn thất đầu mẩu que hàn; tốc độ đắp kim loại tăng 4–5 lần, giảm thiểu tối đa các điểm nối mối hàn (vị trí thường phát sinh khuyết tật nứt và rỗ khí).
  • So sánh kỹ thuật với công nghệ hàn MIG/MAG dây đặc (GMAW - 135):
    • Năng suất hàn tự động đạt tốc độ $40 \div 50\text{ m/giờ}$.
    • Chiều sâu ngấu lớn hơn, cho phép giảm góc vát mép, tiết kiệm tới $30%$ khối lượng kim loại đắp.
    • Giảm lưu lượng tiêu hao khí bảo vệ xuống còn $8 \div 12\text{ lít/phút}$ (so với mức $17\text{ lít/phút}$ khi hàn MAG bằng dây đặc).
    • Khả năng chống rỉ và chất lượng bề mặt mối hàn vượt trội nhờ lớp xỉ mỏng dễ bong tróc và thành phần hợp kim hóa trong thuốc hàn.
  • Tích hợp hai nhánh công nghệ FCAW toàn diện:
    • Hàn FCAW dùng khí bảo vệ ($CO_2$, $Ar-CO_2$): Cho mối hàn hẹp, ngấu sâu, cơ tính cao, sử dụng tầm với điện cực $10 \div 25\text{ mm}$.
    • Hàn FCAW tự bảo vệ (Self-shielded): Sử dụng dây hàn chứa chất tạo khí và tạo xỉ bảo vệ, không cần hệ thống chai khí và chụp khí, khả năng chống gió lùa cao, thích hợp thi công ngoài hiện trường, cho phép sử dụng tầm với điện cực dài từ $15 \div 30\text{ mm}$ (lên tới $19 \div 95\text{ mm}$ tùy ứng dụng).
  • Gắn kết ứng dụng công nghiệp thực tế: Nội dung bài giảng kết nối trực tiếp với quy trình sản xuất cơ khí nặng, hàn kết cấu giàn khoan ngoài khơi, đường ống áp lực dẫn dầu khí, bồn bể chứa khí hóa lỏng, dầm chữ I nhà máy nhiệt điện và kết cấu gầm xe chuyên dụng.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và người học:
    • Học sinh, sinh viên theo học hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Hàn tại các trường cao đẳng kỹ thuật, trường nghề công nghiệp và dầu khí.
    • Kỹ thuật viên cơ khí, thợ hàn có nhu cầu nâng cao tay nghề từ hàn MAG/SMAW sang công nghệ hàn dây lõi thuốc.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites):
    • Đã tích lũy các môn học chung: Pháp luật (MHCB19MH07), Tin học (MHCB19MH09), Tiếng Anh (TA19MH01).
    • Đã hoàn thành các môn học cơ sở: An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01).
    • Đã học xong các mô đun chuyên môn thực hành tiền đề: Chế tạo phôi hàn (HAN19MĐ01), Gá lắp kết cấu hàn (HAN19MĐ02), Hàn hồ quang tay cơ bản (HAN19MĐ03) và Hàn MIG/MAG cơ bản (HAN19MĐ05).
  • Giảng viên và cán bộ đào tạo: Sử dụng làm căn cứ biên soạn giáo án tích hợp, thiết kế phiếu học tập, xây dựng phiếu hướng dẫn thực hành và thang bảng điểm chấm thi tay nghề theo quy chuẩn đánh giá chuẩn đầu ra.
  • Mục đích tự học và tra cứu: Tài liệu cung cấp bảng tra cứu thông số công nghệ chuẩn (quan hệ giữa dòng điện – tốc độ cấp dây, đường kính dây hàn – tầm với điện cực) và bảng phân tích nguyên nhân, biện pháp khắc phục khuyết tật hàn phục vụ kỹ sư giám sát và kiểm định chất lượng mối hàn (Welding Inspector).

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Tài liệu được biên soạn phục vụ đào tạo sinh viên trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Hàn, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho công nhân kỹ thuật ngành gia công cơ khí, chế tạo kết cấu kim loại và công trình đường ống dẫn dầu khí.

2. Cần hoàn thành những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học cơ sở gồm An toàn lao động, Vật liệu cơ khí, Vẽ kỹ thuật cùng các mô đun thực hành kỹ thuật cơ bản từ HAN19MĐ01 đến HAN19MĐ05 (đặc biệt là kỹ năng gá lắp phôi hàn và vận hành máy hàn hồ quang tay, máy hàn MIG/MAG).

3. Điểm khác biệt công nghệ của phương pháp hàn FCAW trong giáo trình là gì?

FCAW sử dụng dây điện cực dạng ống chứa thuốc hàn bên trong kết hợp cơ chế cấp dây liên tục, cung cấp tốc độ đắp cao hơn 4–5 lần so với hàn que (SMAW), giảm tiêu hao khí bảo vệ xuống 8–12 l/phút so với hàn MAG dây đặc, và cung cấp giải pháp hàn tự bảo vệ không cần bình khí cho các vị trí thi công ngoài trời.

4. Phương pháp nào giúp người học tự học và thực hành hiệu quả mô đun này?

Người học cần nghiên cứu kỹ các thông số chế độ hàn ($I_h, U_h, V_h$, tầm với điện cực) trong giáo trình trước khi thao tác, tuân thủ đúng góc nghiêng mỏ hàn ($TA, WA$) cho từng vị trí 1G, 2F, 3F, quan sát kỹ hình thái lỗ thâm nhập hồ quang (keyhole) khi hàn lót đáy và chủ động kiểm tra ngoại dạng, gõ sạch xỉ sau từng lớp hàn.

5. Những tài liệu bổ trợ và tiêu chuẩn kỹ thuật nào được trích dẫn kèm theo giáo trình?

Giáo trình trích dẫn hệ thống tài liệu tham khảo trong nước và quốc tế gồm:

  • Giáo trình Công nghệ hàn (Nguyễn Thúc Hà, Bùi Văn Hạnh – NXB Giáo dục, 2002).
  • Công nghệ hàn điện nóng chảy – Tập 1 (Ngô Lê Thông – NXB Giáo dục, 2004).
  • Bộ tiêu chuẩn ASME Section IX: Welding and Brazing Qualifications (2007).
  • Tiêu chuẩn AWS D1.1: Structural Welding Code – Steel (American Welding Society, 2008).
  • The Procedure Handbook of Arc Welding (The Lincoln Electric Company).
  • Tài liệu đào tạo kiểm định mối hàn của Viện Hàn Quốc tế TWI (The Welding Institute – Welding Inspection).

Kết luận

Giáo trình Hàn FCAW cơ bản (HAN19MĐ06) do Trường Cao đẳng Dầu khí biên soạn năm 2020 cung cấp cấu trúc nội dung khoa học, chuẩn hóa kỹ thuật công nghệ hàn hồ quang dây lõi thuốc cho hệ thống giáo dục nghề nghiệp. Tài liệu định hướng lộ trình học tập logic từ làm chủ nguyên lý thiết bị, tối ưu hóa thông số công nghệ đến kỹ năng thao tác chuẩn xác ở các vị trí hàn 1G, 2F, 3F. Việc hoàn thành mô đun này là điều kiện bắt buộc để người học tiếp tục phát triển chuyên môn sang các công nghệ hàn nâng cao tiếp theo trong chương trình đào tạo gồm Hàn TIG cơ bản (HAN19MĐ07), Hàn tự động dưới lớp thuốc (HAN19MĐ08), Hàn điện trở (HAN19MĐ09) và Thực tập sản xuất tại doanh nghiệp (HAN19MĐ16).