合金鋼轍叉剩磁消除工藝研究與應(yīng)用

鄒曉峰 任峰

（天津市東達(dá)偉業(yè)機(jī)車(chē)車(chē)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(shù)人員結(jié)合轍叉的應(yīng)用特點(diǎn)，研制出了合金鋼轍叉。在合金鋼轍叉的生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，需要應(yīng)用到的夾具、吊具種類(lèi)復(fù)雜，一些強(qiáng)磁夾具、吊具也有廣泛的應(yīng)用。這些輔助設(shè)備在生產(chǎn)中會(huì)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(shí)會(huì)對(duì)周邊的電路、設(shè)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(guò)程中所造成的磁性，對(duì)合金鋼轍叉的應(yīng)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(yùn)行中，除了需要對(duì)合金鋼轍叉進(jìn)行剩磁消除，繼電器、變壓器等等設(shè)備都需要進(jìn)行剩磁消除處理。所以，在研究合金鋼轍叉剩磁消除的過(guò)程中，需要延伸思考其他設(shè)備的退磁方法。在鐵路路網(wǎng)建設(shè)、維護(hù)過(guò)程中，往往涉及到繼電器的安裝與維護(hù)。例如，如果變壓器中具有較大容量的剩磁，那么勵(lì)磁涌流的存在會(huì)導(dǎo)致沖擊電流的出現(xiàn)，在這種情況下電路內(nèi)電壓會(huì)明顯升高，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)重瓦斯保護(hù)動(dòng)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(yùn)用鐵磁性材料制成，生產(chǎn)過(guò)程中的外部磁場(chǎng)會(huì)磁化合金鋼轍叉，當(dāng)外磁場(chǎng)去除后，會(huì)有表面磁感應(yīng)強(qiáng)度留存，這種情況被稱(chēng)為剩磁特性。施加適當(dāng)?shù)姆聪虼艌?chǎng)是常用且傳統(tǒng)的退磁方法，另外還有運(yùn)用高溫、振動(dòng)等退磁方法。通過(guò)行業(yè)調(diào)查可知，施加反向磁場(chǎng)是目前廣泛應(yīng)用的退磁工藝。

（二）合金鋼材剩磁測(cè)量設(shè)備

高斯計(jì)是合金鋼材剩磁測(cè)量中主要選擇的設(shè)備，這種設(shè)備又被叫作特斯拉計(jì)。其中，霍爾元件探頭是完成剩磁測(cè)量的主要元件。高斯計(jì)可以永久對(duì)磁性材料的表面磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果是對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。目前，市面上常見(jiàn)的高斯計(jì)的測(cè)量范圍在200mT 以下。

（三）測(cè)量點(diǎn)選取

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

另外，選取測(cè)量點(diǎn)的過(guò)程中還應(yīng)該明確剩磁的主要來(lái)源。例如，電磁吸盤(pán)作用位置的剩磁來(lái)源為電磁吸盤(pán)，磁力吊吸持的剩磁來(lái)源為磁力吊，心軌工作邊、心軌跟端等位置無(wú)剩磁來(lái)源。

（四）合金鋼轍叉剩磁分布情況

一般來(lái)說(shuō)，在各類(lèi)磁體的共同作用下，工件各個(gè)部位的剩磁值處于12mT 左右，在有剩磁來(lái)源的部位，其剩磁值處于7.5mT 左右，對(duì)于無(wú)剩磁來(lái)源的部位，其剩磁值一般低于1mT。由此可見(jiàn)，剩磁大小會(huì)受到夾具位置、夾具類(lèi)型的影響。由此可見(jiàn)，在選取測(cè)量點(diǎn)位的時(shí)候，需要提前了解合金鋼轍叉的生產(chǎn)工藝，結(jié)合磁性?shī)A具的作用部位，確定測(cè)量點(diǎn)。

（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(guò)程中需要先明確工件長(zhǎng)度，后對(duì)并聯(lián)電磁吸盤(pán)的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，讓電磁吸盤(pán)和外界磁盤(pán)連接在一起，運(yùn)用開(kāi)關(guān)控制充磁、退磁過(guò)程，完成退磁處理。

一般來(lái)說(shuō)，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(guò)程后，運(yùn)用高斯計(jì)測(cè)量其表面磁性，如果數(shù)值低于理想值，那么則需要對(duì)其進(jìn)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(fù)進(jìn)行退磁過(guò)程，直至數(shù)值達(dá)到理想值。

二、合金鋼轍叉剩磁消除新工藝研究與應(yīng)用

（一）退磁設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化

一般來(lái)說(shuō)，退磁設(shè)備需要對(duì)合金鋼轍叉在內(nèi)的各種設(shè)備進(jìn)行消磁處理，例如對(duì)翼軌等工件進(jìn)行退磁處理，所以，工藝設(shè)備的參數(shù)需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證設(shè)備能夠處理多樣的設(shè)備。

因此，在尺寸上，退磁器內(nèi)框尺寸推薦設(shè)計(jì)為300mm×300mm，總高推薦設(shè)計(jì)為700mm。其磁場(chǎng)強(qiáng)度、預(yù)期剩磁分別為36mT、0.3mT～0.5mT。為了能夠進(jìn)一步提升設(shè)備的退磁效率，建議為其設(shè)計(jì)PLC 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)退磁過(guò)程的自動(dòng)化控制。

（二）退磁設(shè)備布局設(shè)計(jì)優(yōu)化

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

（三）工作原理

該退磁設(shè)備程序通過(guò)PLC 寫(xiě)入，接通電源，指示燈亮起，將工件通過(guò)輸送線(xiàn)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(jìn)入到內(nèi)框退磁工序開(kāi)始，將心軌勻速?gòu)目蚩谥休敵觯聪峦Ｖ拱粹o，延時(shí)3s～5s 后，退磁自動(dòng)停止完成，退磁器指示燈熄滅，再用無(wú)磁性吊具將工件從輸送線(xiàn)上取下。

在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)原有工藝與設(shè)備和新開(kāi)發(fā)的工藝與設(shè)備對(duì)比，首先從較為直觀的計(jì)量時(shí)間來(lái)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(gè)人協(xié)同工作，一個(gè)人負(fù)責(zé)起吊與翻轉(zhuǎn)工件，一個(gè)人進(jìn)行測(cè)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(jì)對(duì)合金鋼轍叉的磁場(chǎng)方向進(jìn)行測(cè)量，并在合金鋼轍叉上配置柔性焊接導(dǎo)線(xiàn)組成的線(xiàn)圈，并將其接入到焊接變流器中，并保證合金鋼轍叉與線(xiàn)圈所形成的磁場(chǎng)方向是相反的。在消磁開(kāi)始之前，需要將電流控制在90A 左右，并對(duì)合金鋼轍叉上的磁場(chǎng)進(jìn)行周期性測(cè)量，適當(dāng)調(diào)整電流大小及方向。當(dāng)完成消磁時(shí)，需要逐步降低磁通，當(dāng)電流逐步降低到0 后，再切斷電源。

該方法主要用在已對(duì)接好的合金鋼轍叉，特別是在正負(fù)號(hào)改變的磁場(chǎng)附近。此時(shí)，消磁后，應(yīng)該完成根部焊縫的焊接，然后進(jìn)行下一段的消磁。為了消磁，選用了具有專(zhuān)門(mén)結(jié)構(gòu)的電磁鐵。電磁鐵安裝在鋼管對(duì)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(guò)程中，必須用磁力計(jì)定期地測(cè)量轍叉剩磁的方向與大小（接通電源時(shí)）。消磁磁場(chǎng)的大小通過(guò)改變電流大小來(lái)調(diào)節(jié)，磁場(chǎng)方向通過(guò)改變電流方向來(lái)調(diào)節(jié)，亦即轉(zhuǎn)換電源正負(fù)極來(lái)調(diào)節(jié)。

四、保證消磁效果的思路和方法

一般來(lái)說(shuō)，隨著合金鋼內(nèi)組成、比例的不同，會(huì)導(dǎo)致其剩磁量的不同。因此，在實(shí)際消磁過(guò)程中，需要技術(shù)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(shí)，相關(guān)單位還應(yīng)該為消磁引進(jìn)有效的處理設(shè)備，并建設(shè)適合的消磁場(chǎng)所，避免環(huán)境因素對(duì)消磁效果造成不利影響。同時(shí)，需要定期對(duì)磁力計(jì)進(jìn)行檢定，保證磁力計(jì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，同樣也需要定期對(duì)消磁設(shè)備進(jìn)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(guò)程中，也需要做好磁性的檢測(cè)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)合金鋼轍叉進(jìn)行消磁處理。這是因?yàn)榻饘僭跓崽幚磉^(guò)程中，往往會(huì)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(huì)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(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行調(diào)查和分析，對(duì)具有磁性的設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚苊鈱?duì)合金鋼轍叉造成影響，導(dǎo)致其反復(fù)帶磁。

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

五、總結(jié)

綜上所述，目前廣泛應(yīng)用的消磁方法已經(jīng)相對(duì)成熟，想要達(dá)到理想的消磁效果，需要技術(shù)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(yīng)該進(jìn)一步研究新材料的特性和制作方法，研制出抗磁性較強(qiáng)的材料，并運(yùn)用在具體工程上。這樣，不僅轍叉出廠(chǎng)時(shí)不會(huì)有剩磁存在，在加工過(guò)程中也不會(huì)因?yàn)楹附拥纫蛩氐挠绊懗霈F(xiàn)帶磁的問(wèn)題。