正火工藝及正火車應用

王利

摘 要：簡要介紹熱處理工藝的原理及意義，以及鋼軌正火處理對確保車輛運行安全的重要性，GZH-70中頻正火設備結構、工作原理以及在現場運用過程中存在的問題，并提出個人觀點。

關鍵詞：鋼軌熱處理工藝;中頻正火原理;正火車;熱處理重要性

1 前言及簡介

熱處理是指金屬材料在固態下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，改變材料表面或內部的化學成分與組織，獲得所需性能的一種金屬熱加工工藝，他主要通過改善金屬性能來達到使用要求。目前鐵路運營線上的鋼軌接頭主要以焊接為主，所以焊縫的質量對鐵路的安全運行起到了至關重要的作用。如何確保火車高速平穩運行、確保焊接質量成為了一個熱門的話題，它涉及到多方面的工藝，包括焊接工藝以及熱處理工藝。傳統的鋼軌焊接熱處理工藝主要采用火焰正火，但是這種方法受氣候條件以及人為因素影響較大，正火質量的波動性較大，而現在廣泛采用了中頻電磁正火，這種方式主要是通過改變電流頻率、在鋼軌內部產生同頻率的感應電流，使鋼軌表面溫度迅速上升，從而達到加熱鋼軌的目的，避免了由于人為因素和自然因素對焊縫質量造成的影響。

2 正火車簡介

在近幾年中，鐵路施工正火工藝的機械化程度越來越高，正火工藝由傳統的火焰正火逐步發展成為目前的大型集裝箱式正火車，其標志著鐵路大修熱處理工藝步入了一個新的階段。目前在線使用的正火車有多種車型，盡管在整車設計上有一些區別，但其機頭工作原理卻基本相同，都是通過中頻感應產生的熱量對鋼軌進行加熱。在近幾年的施工中，我們車間配備使用的為武漢利德生產的集裝箱式正火車。目前使用效果還比較理想，在現場運用中未出現影響現場作業質量的設備故障，其設備固定在NX17A路用平車上，其主要由發動機、發電機，水冷系統，空氣系統，液壓系統、電氣控制系統、雙臂吊機、正火機頭、中頻控制柜等組成。

3 正火車工作原理

正火是熱處理方式的一種，是一種能夠改善鋼軌韌性，消除鋼軌內應力，細化鋼軌內部組織，獲得接近平衡狀態組織的一種熱處理方式。作業時通過高頻正火工藝，使鋼軌表面達到880℃～920℃，保溫適當時間后，采用0.3 MPa以下的噴風壓力進行冷卻[2]。

我們目前使用的GZH-70型正火車采用中頻電磁感應加熱工藝和自動噴風冷卻方式對現場鋼軌焊接接頭進行熱處理。通過柴油發電機組提供380 V，50 Hz三相交流電，通過三相橋式全控整流電路，將三相交流電整流成直流電，再將其逆變成中頻交流電，負載由淬火變壓器和補償電容器組成。連接成并聯諧振電路，通過改變電壓，電流產生渦流效應，對鋼軌進行加熱。使用時將機頭落在鋼軌上面，感應線圈環繞在鋼軌輪廓上，在鋼軌頂部設有紅外線感應頭，感應記錄鋼軌加熱過程中的溫度變化，并將溫度反饋給控制程序，當鋼軌溫度達到設定值后，立即切斷電源，張開感應頭，噴風裝置直接對其噴風降溫。其工作原理如下圖所示[1]：

4 設備特點及存在問題

正火車采用電磁感應加熱鋼軌強制噴風冷卻，整體使用效果比較理想，其具備以下特點：

（1）設備采用電磁感應加熱，鋼軌升溫快，芯、表溫差小，鋼軌內部有平緩的溫度梯度，效率高，表面氧化少，不損傷鋼軌母材。

（2）采用開合式感應線圈，線圈狀態一目了然，線圈間距、線圈狀態直觀可控，維修方便。

（3）全程PLC自動控制，紅外線感溫探頭精確控溫，確保正火加熱溫度。并實時記錄整個正火、噴風過程，實現正火過程全程可追溯，為后期作業質量把控提供理論依據。

（4）機身重量輕，體積小，應急泵簡單、實用。

但其也存在一些需要改進的地方：

（1）如機頭正火裝置，其早期構造圖主要由夾緊裝置和感應裝置組成，使用時我們需要將機頭落在鋼軌上面，打開夾緊裝置以保持機頭穩定。防止正火過程中機頭晃動，使感應頭接觸鋼軌造成損壞。當正火裝置開始工作后，感應頭會自動合攏，其感應頭形狀類似于鋼軌外形，與鋼軌之間保持均等的距離。在使用中存在感應頭無法合攏與張開的情況及感應頭與鋼軌接觸的情況，經檢查發現，主要是由于氣動支架變形，機構卡滯造成的，另外感應頭預留的可調空間太小，由于在現場施工過程中，施工條件比較惡劣，所以焊接出來的鋼軌接頭在外形尺寸上會或多或少的存在一些偏差，由于施工時間較短，無法完全的進行處理，所以在感應線圈設計時應該考慮到這一點，上下左右都應該設有可活動空間，后期經過與廠家共同努力，對其線圈結構和夾持裝置進行了改進，使用效果良好，后期在現場運用過程中未出現問題。

（2）箱體外形設計較小，車體內操作空間設計不足，包括吊機、正火機頭操作室，空壓機、冷水機室等，在設備運用過程中存在不便。

5 正火工藝的重要性

鋼軌焊接質量分為內在質量和外在質量，熱處理工藝是改善鋼軌內在質量不可或缺的一個重要環節，其對改善內在質量有著至關重要的作用，其是焊軌作業環節中一道十分關鍵的工序，只有通過符合技術要求的正火過程，才能保證鋼軌接頭的內在質量，提高鋼軌接頭的安全性、可靠性及使用壽命。所以好的設備對正火的效果會有很大影響。從某種意義上講，正火工藝是確保和鞏固鋼軌焊接質量的重要手段，和U71Mn鋼軌相比，合理的正火工藝對高強度U75V鋼軌焊接接頭尤其重要，不符合技術規范的正火過程對接頭的內在質量有害無益。

如果正火開始溫度過高，不但達不到正火的應有效果，反而使焊縫過熱區的粗大晶粒繼續長大，導致接頭的塑性下降。正火溫度過低又無法起到細化晶粒，消除鋼軌內部應力的作用。所以好的正火工藝是非常重要的。有時在對鋼軌進行熱處理的時候，也可以適當延長正火時間，這樣的話可以延長軌底角在相變溫度點以上的滯留時間，可以改善軌底角的正火效果。

由于以前的野外施工作業中主要以火焰正火為主，人工操作過程中有較大的隨意性，由于不同人的技術水平不一樣，對接頭處的溫度判斷也會存在誤差，所以正火的效果也不一樣，對施工質量還是會存在一定的影響，而正火車的發明使用正好去除了人為因素造成的影響，對焊接質量的保證起到了很重要的作用。

6 結語

社會在不斷發展，各種各樣的工藝都在不斷更新，新事物不斷取代舊事物，時代在發展，社會在進步，我們國家正在逐步步入機械化社會，正火車的發明研制可以說是時代的進步，他去除了由于人為因素對焊接質量的影響，其加熱速度快、生產效率高、節省能源、不氧化脫碳、不污染環境，有可能會成為以后大修施工中正火工藝的主要力量，它使鋼軌焊接接頭熱處理工藝更進了一步，也為焊接質量的提高起到了很大的作用，也為鐵路的安全增加了新的保障。

參考文獻：

[1]GZH-70中頻正火設備使用說明書[S].

[2]劉宗昌.馮佃臣.熱處理工藝學[M].北京：冶金工業出版社.