合金钢辙叉剩磁消除工艺研究与应用

邹晓峰 任峰

（天津市东达伟业机车车辆有限公司，天津 300000）

在铁路道岔中，辙叉是占据重要的地位，因此很多技术人员结合辙叉的应用特点，研制出了合金钢辙叉。在合金钢辙叉的生产过程相对复杂，需要应用到的夹具、吊具种类复杂，一些强磁夹具、吊具也有广泛的应用。这些辅助设备在生产中会让具有铁磁性的工件产生一定程度的剩磁，如果不能有效消除这些剩磁，那么在工件投入使用时会对周边的电路、设备造成干扰，为安全生产埋下隐患。因此，消除合金钢辙叉生产过程中所造成的磁性，对合金钢辙叉的应用以及安全生产有着重要意义。

一、传统退磁工艺概述

铁路运行中，除了需要对合金钢辙叉进行剩磁消除，继电器、变压器等等设备都需要进行剩磁消除处理。所以，在研究合金钢辙叉剩磁消除的过程中，需要延伸思考其他设备的退磁方法。在铁路路网建设、维护过程中，往往涉及到继电器的安装与维护。例如，如果变压器中具有较大容量的剩磁，那么励磁涌流的存在会导致冲击电流的出现，在这种情况下电路内电压会明显升高，此时会出现重瓦斯保护动作跳闸等情况的发生。

（一）合金钢辙叉存在剩磁的原因

合金钢辙叉运用铁磁性材料制成，生产过程中的外部磁场会磁化合金钢辙叉，当外磁场去除后，会有表面磁感应强度留存，这种情况被称为剩磁特性。施加适当的反向磁场是常用且传统的退磁方法，另外还有运用高温、振动等退磁方法。通过行业调查可知，施加反向磁场是目前广泛应用的退磁工艺。

（二）合金钢材剩磁测量设备

高斯计是合金钢材剩磁测量中主要选择的设备，这种设备又被叫作特斯拉计。其中，霍尔元件探头是完成剩磁测量的主要元件。高斯计可以永久对磁性材料的表面磁场进行测量，测量结果是对应测点的磁感应强度。目前，市面上常见的高斯计的测量范围在200mT 以下。

（三）测量点选取

下图是目前应用较为广泛的合金钢辙叉，在对其心轨进行生产的过程中，其夹具、吊具均具有一定的磁性，因此心轨出厂前会具有一定的剩磁。为了能够进一步了解工件不同部位剩磁分部特点，需要我们完善测量点的选取方案。因此，需要测量电磁吸盘作用位置、电控永磁吸持、磁力吊与电磁吸盘共同作用等位置。

另外，选取测量点的过程中还应该明确剩磁的主要来源。例如，电磁吸盘作用位置的剩磁来源为电磁吸盘，磁力吊吸持的剩磁来源为磁力吊，心轨工作边、心轨跟端等位置无剩磁来源。

（四）合金钢辙叉剩磁分布情况

一般来说，在各类磁体的共同作用下，工件各个部位的剩磁值处于12mT 左右，在有剩磁来源的部位，其剩磁值处于7.5mT 左右，对于无剩磁来源的部位，其剩磁值一般低于1mT。由此可见，剩磁大小会受到夹具位置、夹具类型的影响。由此可见，在选取测量点位的时候，需要提前了解合金钢辙叉的生产工艺，结合磁性夹具的作用部位，确定测量点。

（五）传统退磁工艺流程

下图是传统消磁工艺布局示意图，消磁过程中需要先明确工件长度，后对并联电磁吸盘的数量进行调整，让电磁吸盘和外界磁盘连接在一起，运用开关控制充磁、退磁过程，完成退磁处理。

一般来说，退磁周期需要控制在19s，并且需要在循环2～3 次的退磁过程后，运用高斯计测量其表面磁性，如果数值低于理想值，那么则需要对其进行翻面，逐步完成其他面的退磁处理；反之，则需要继续反复进行退磁过程，直至数值达到理想值。

二、合金钢辙叉剩磁消除新工艺研究与应用

（一）退磁设备设计参数优化

一般来说，退磁设备需要对合金钢辙叉在内的各种设备进行消磁处理，例如对翼轨等工件进行退磁处理，所以，工艺设备的参数需要进行适当调整，保证设备能够处理多样的设备。

因此，在尺寸上，退磁器内框尺寸推荐设计为300mm×300mm，总高推荐设计为700mm。其磁场强度、预期剩磁分别为36mT、0.3mT～0.5mT。为了能够进一步提升设备的退磁效率，建议为其设计PLC 控制系统，实现退磁过程的自动化控制。

（二）退磁设备布局设计优化

为了生产的连续性，该退磁设备布局在心轨最后加工工序结束机床旁，采用钢架与地面连接，分为遥控器与设备机身按钮控制，工作人员在电气箱侧操作按钮，上下料在设备的另一侧，从而实现工件的退磁过程，设备布局图下图所示。

（三）工作原理

该退磁设备程序通过PLC 写入，接通电源，指示灯亮起，将工件通过输送线送至框口中，退磁指示灯亮起，停留3s～5s 后，按下输送按钮，从工件进入到内框退磁工序开始，将心轨匀速从框口中输出，按下停止按钮，延时3s～5s 后，退磁自动停止完成，退磁器指示灯熄灭，再用无磁性吊具将工件从输送线上取下。

在实际应用中，对原有工艺与设备和新开发的工艺与设备对比，首先从较为直观的计量时间来分析，原退磁工序完成，工件剩磁降到1mT 范围以下，该数值参考同行业产品剩磁数据，需要两个人协同工作，一个人负责起吊与翻转工件，一个人进行测量，顺利完成需要10min，甚至30min，而现有剩磁消除工艺，只需要单人即可操作完成，从起吊工件至剩磁工艺完成只需要3min～5min。

三、其他合金钢辙叉剩磁处理方法

直流电消磁法：首先，需要用磁力计对合金钢辙叉的磁场方向进行测量，并在合金钢辙叉上配置柔性焊接导线组成的线圈，并将其接入到焊接变流器中，并保证合金钢辙叉与线圈所形成的磁场方向是相反的。在消磁开始之前，需要将电流控制在90A 左右，并对合金钢辙叉上的磁场进行周期性测量，适当调整电流大小及方向。当完成消磁时，需要逐步降低磁通，当电流逐步降低到0 后，再切断电源。

该方法主要用在已对接好的合金钢辙叉，特别是在正负号改变的磁场附近。此时，消磁后，应该完成根部焊缝的焊接，然后进行下一段的消磁。为了消磁，选用了具有专门结构的电磁铁。电磁铁安装在钢管对接处，使电磁铁的N极安置在有磁性S极的钢管边缘，而磁铁S极与管磁性N极相接。在消磁过程中，必须用磁力计定期地测量辙叉剩磁的方向与大小（接通电源时）。消磁磁场的大小通过改变电流大小来调节，磁场方向通过改变电流方向来调节，亦即转换电源正负极来调节。

四、保证消磁效果的思路和方法

一般来说，随着合金钢内组成、比例的不同，会导致其剩磁量的不同。因此，在实际消磁过程中，需要技术人员先了解合金钢辙叉本身的材料特征和剩磁量，选择适合的处理方法。同时，相关单位还应该为消磁引进有效的处理设备，并建设适合的消磁场所，避免环境因素对消磁效果造成不利影响。同时，需要定期对磁力计进行检定，保证磁力计测量结果的准确性，同样也需要定期对消磁设备进行检修和保养，保证电流的稳定性。

在合金钢辙叉安装焊接的过程中，也需要做好磁性的检测，根据实际情况对合金钢辙叉进行消磁处理。这是因为金属在热处理过程中，往往会在高温的作用下产生磁性。这种情况下，即使在安装前完成了消磁处理，合金钢辙叉也会重新出现磁性。同理，在合金钢辙叉安装完毕后，同样需要对周围环境进行调查和分析，对具有磁性的设备进行适当的处理，避免对合金钢辙叉造成影响，导致其反复带磁。

另外，为了能够有效杜绝合金钢辙叉剩磁问题，还需要技术人员能够从材料本身的特性入手，通过深入研究材料技术，研发出收高磁设备影响较少的材料，避免在生产过程中合金钢辙叉本身磁性的出现。

五、总结

综上所述，目前广泛应用的消磁方法已经相对成熟，想要达到理想的消磁效果，需要技术人员能够掌握材料本身的特性，选用适合的方法。另外，从合金钢辙叉本身出发，我们也应该进一步研究新材料的特性和制作方法，研制出抗磁性较强的材料，并运用在具体工程上。这样，不仅辙叉出厂时不会有剩磁存在，在加工过程中也不会因为焊接等因素的影响出现带磁的问题。