合金鋼轍叉剩磁消除工藝研究與應用

鄒曉峰 任峰

（天津市東達偉業(yè)機車車輛有限公司，天津 300000）

在鐵路道岔中，轍叉是占據(jù)重要的地位，因此很多技術人員結合轍叉的應用特點，研制出了合金鋼轍叉。在合金鋼轍叉的生產(chǎn)過程相對復雜，需要應用到的夾具、吊具種類復雜，一些強磁夾具、吊具也有廣泛的應用。這些輔助設備在生產(chǎn)中會讓具有鐵磁性的工件產(chǎn)生一定程度的剩磁，如果不能有效消除這些剩磁，那么在工件投入使用時會對周邊的電路、設備造成干擾，為安全生產(chǎn)埋下隱患。因此，消除合金鋼轍叉生產(chǎn)過程中所造成的磁性，對合金鋼轍叉的應用以及安全生產(chǎn)有著重要意義。

一、傳統(tǒng)退磁工藝概述

鐵路運行中，除了需要對合金鋼轍叉進行剩磁消除，繼電器、變壓器等等設備都需要進行剩磁消除處理。所以，在研究合金鋼轍叉剩磁消除的過程中，需要延伸思考其他設備的退磁方法。在鐵路路網(wǎng)建設、維護過程中，往往涉及到繼電器的安裝與維護。例如，如果變壓器中具有較大容量的剩磁，那么勵磁涌流的存在會導致沖擊電流的出現(xiàn)，在這種情況下電路內(nèi)電壓會明顯升高，此時會出現(xiàn)重瓦斯保護動作跳閘等情況的發(fā)生。

（一）合金鋼轍叉存在剩磁的原因

合金鋼轍叉運用鐵磁性材料制成，生產(chǎn)過程中的外部磁場會磁化合金鋼轍叉，當外磁場去除后，會有表面磁感應強度留存，這種情況被稱為剩磁特性。施加適當?shù)姆聪虼艌鍪浅Ｓ们覀鹘y(tǒng)的退磁方法，另外還有運用高溫、振動等退磁方法。通過行業(yè)調查可知，施加反向磁場是目前廣泛應用的退磁工藝。

（二）合金鋼材剩磁測量設備

高斯計是合金鋼材剩磁測量中主要選擇的設備，這種設備又被叫作特斯拉計。其中，霍爾元件探頭是完成剩磁測量的主要元件。高斯計可以永久對磁性材料的表面磁場進行測量，測量結果是對應測點的磁感應強度。目前，市面上常見的高斯計的測量范圍在200mT 以下。

（三）測量點選取

下圖是目前應用較為廣泛的合金鋼轍叉，在對其心軌進行生產(chǎn)的過程中，其夾具、吊具均具有一定的磁性，因此心軌出廠前會具有一定的剩磁。為了能夠進一步了解工件不同部位剩磁分部特點，需要我們完善測量點的選取方案。因此，需要測量電磁吸盤作用位置、電控永磁吸持、磁力吊與電磁吸盤共同作用等位置。

另外，選取測量點的過程中還應該明確剩磁的主要來源。例如，電磁吸盤作用位置的剩磁來源為電磁吸盤，磁力吊吸持的剩磁來源為磁力吊，心軌工作邊、心軌跟端等位置無剩磁來源。

（四）合金鋼轍叉剩磁分布情況

一般來說，在各類磁體的共同作用下，工件各個部位的剩磁值處于12mT 左右，在有剩磁來源的部位，其剩磁值處于7.5mT 左右，對于無剩磁來源的部位，其剩磁值一般低于1mT。由此可見，剩磁大小會受到夾具位置、夾具類型的影響。由此可見，在選取測量點位的時候，需要提前了解合金鋼轍叉的生產(chǎn)工藝，結合磁性夾具的作用部位，確定測量點。

（五）傳統(tǒng)退磁工藝流程

下圖是傳統(tǒng)消磁工藝布局示意圖，消磁過程中需要先明確工件長度，后對并聯(lián)電磁吸盤的數(shù)量進行調整，讓電磁吸盤和外界磁盤連接在一起，運用開關控制充磁、退磁過程，完成退磁處理。

一般來說，退磁周期需要控制在19s，并且需要在循環(huán)2～3 次的退磁過程后，運用高斯計測量其表面磁性，如果數(shù)值低于理想值，那么則需要對其進行翻面，逐步完成其他面的退磁處理；反之，則需要繼續(xù)反復進行退磁過程，直至數(shù)值達到理想值。

二、合金鋼轍叉剩磁消除新工藝研究與應用

（一）退磁設備設計參數(shù)優(yōu)化

一般來說，退磁設備需要對合金鋼轍叉在內(nèi)的各種設備進行消磁處理，例如對翼軌等工件進行退磁處理，所以，工藝設備的參數(shù)需要進行適當調整，保證設備能夠處理多樣的設備。

因此，在尺寸上，退磁器內(nèi)框尺寸推薦設計為300mm×300mm，總高推薦設計為700mm。其磁場強度、預期剩磁分別為36mT、0.3mT～0.5mT。為了能夠進一步提升設備的退磁效率，建議為其設計PLC 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)退磁過程的自動化控制。

（二）退磁設備布局設計優(yōu)化

為了生產(chǎn)的連續(xù)性，該退磁設備布局在心軌最后加工工序結束機床旁，采用鋼架與地面連接，分為遙控器與設備機身按鈕控制，工作人員在電氣箱側操作按鈕，上下料在設備的另一側，從而實現(xiàn)工件的退磁過程，設備布局圖下圖所示。

（三）工作原理

該退磁設備程序通過PLC 寫入，接通電源，指示燈亮起，將工件通過輸送線送至框口中，退磁指示燈亮起，停留3s～5s 后，按下輸送按鈕，從工件進入到內(nèi)框退磁工序開始，將心軌勻速從框口中輸出，按下停止按鈕，延時3s～5s 后，退磁自動停止完成，退磁器指示燈熄滅，再用無磁性吊具將工件從輸送線上取下。

在實際應用中，對原有工藝與設備和新開發(fā)的工藝與設備對比，首先從較為直觀的計量時間來分析，原退磁工序完成，工件剩磁降到1mT 范圍以下，該數(shù)值參考同行業(yè)產(chǎn)品剩磁數(shù)據(jù)，需要兩個人協(xié)同工作，一個人負責起吊與翻轉工件，一個人進行測量，順利完成需要10min，甚至30min，而現(xiàn)有剩磁消除工藝，只需要單人即可操作完成，從起吊工件至剩磁工藝完成只需要3min～5min。

三、其他合金鋼轍叉剩磁處理方法

直流電消磁法：首先，需要用磁力計對合金鋼轍叉的磁場方向進行測量，并在合金鋼轍叉上配置柔性焊接導線組成的線圈，并將其接入到焊接變流器中，并保證合金鋼轍叉與線圈所形成的磁場方向是相反的。在消磁開始之前，需要將電流控制在90A 左右，并對合金鋼轍叉上的磁場進行周期性測量，適當調整電流大小及方向。當完成消磁時，需要逐步降低磁通，當電流逐步降低到0 后，再切斷電源。

該方法主要用在已對接好的合金鋼轍叉，特別是在正負號改變的磁場附近。此時，消磁后，應該完成根部焊縫的焊接，然后進行下一段的消磁。為了消磁，選用了具有專門結構的電磁鐵。電磁鐵安裝在鋼管對接處，使電磁鐵的N極安置在有磁性S極的鋼管邊緣，而磁鐵S極與管磁性N極相接。在消磁過程中，必須用磁力計定期地測量轍叉剩磁的方向與大?。ń油娫磿r）。消磁磁場的大小通過改變電流大小來調節(jié)，磁場方向通過改變電流方向來調節(jié)，亦即轉換電源正負極來調節(jié)。

四、保證消磁效果的思路和方法

一般來說，隨著合金鋼內(nèi)組成、比例的不同，會導致其剩磁量的不同。因此，在實際消磁過程中，需要技術人員先了解合金鋼轍叉本身的材料特征和剩磁量，選擇適合的處理方法。同時，相關單位還應該為消磁引進有效的處理設備，并建設適合的消磁場所，避免環(huán)境因素對消磁效果造成不利影響。同時，需要定期對磁力計進行檢定，保證磁力計測量結果的準確性，同樣也需要定期對消磁設備進行檢修和保養(yǎng)，保證電流的穩(wěn)定性。

在合金鋼轍叉安裝焊接的過程中，也需要做好磁性的檢測，根據(jù)實際情況對合金鋼轍叉進行消磁處理。這是因為金屬在熱處理過程中，往往會在高溫的作用下產(chǎn)生磁性。這種情況下，即使在安裝前完成了消磁處理，合金鋼轍叉也會重新出現(xiàn)磁性。同理，在合金鋼轍叉安裝完畢后，同樣需要對周圍環(huán)境進行調查和分析，對具有磁性的設備進行適當?shù)奶幚恚苊鈱辖痄撧H叉造成影響，導致其反復帶磁。

另外，為了能夠有效杜絕合金鋼轍叉剩磁問題，還需要技術人員能夠從材料本身的特性入手，通過深入研究材料技術，研發(fā)出收高磁設備影響較少的材料，避免在生產(chǎn)過程中合金鋼轍叉本身磁性的出現(xiàn)。

五、總結

綜上所述，目前廣泛應用的消磁方法已經(jīng)相對成熟，想要達到理想的消磁效果，需要技術人員能夠掌握材料本身的特性，選用適合的方法。另外，從合金鋼轍叉本身出發(fā)，我們也應該進一步研究新材料的特性和制作方法，研制出抗磁性較強的材料，并運用在具體工程上。這樣，不僅轍叉出廠時不會有剩磁存在，在加工過程中也不會因為焊接等因素的影響出現(xiàn)帶磁的問題。