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(yùn)行安全的重要性，GZH-70中頻正火設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理以及在現(xiàn)場運(yùn)用過程中存在的問題，并提出個(gè)人觀點(diǎn)。

關(guān)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(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，改變材料表面或內(nèi)部的化學(xué)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(dá)到使用要求。目前鐵路運(yùn)營線上的鋼軌接頭主要以焊接為主，所以焊縫的質(zhì)量對鐵路的安全運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。如何確保火車高速平穩(wěn)運(yùn)行、確保焊接質(zhì)量成為了一個(gè)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(tǒng)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(zhì)量的波動性較大，而現(xiàn)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(nèi)部產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電流，使鋼軌表面溫度迅速上升，從而達(dá)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(zhì)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(jī)械化程度越來越高，正火工藝由傳統(tǒng)的火焰正火逐步發(fā)展成為目前的大型集裝箱式正火車，其標(biāo)志著鐵路大修熱處理工藝步入了一個(gè)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(shè)計(jì)上有一些區(qū)別，但其機(jī)頭工作原理卻基本相同，都是通過中頻感應(yīng)產(chǎn)生的熱量對鋼軌進(jìn)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(chǎn)的集裝箱式正火車。目前使用效果還比較理想，在現(xiàn)場運(yùn)用中未出現(xiàn)影響現(xiàn)場作業(yè)質(zhì)量的設(shè)備故障，其設(shè)備固定在NX17A路用平車上，其主要由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)，水冷系統(tǒng)，空氣系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、雙臂吊機(jī)、正火機(jī)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(nèi)應(yīng)力，細(xì)化鋼軌內(nèi)部組織，獲得接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理方式。作業(yè)時(shí)通過高頻正火工藝，使鋼軌表面達(dá)到880℃～920℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后，采用0.3 MPa以下的噴風(fēng)壓力進(jìn)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(yīng)加熱工藝和自動噴風(fēng)冷卻方式對現(xiàn)場鋼軌焊接接頭進(jìn)行熱處理。通過柴油發(fā)電機(jī)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(fù)載由淬火變壓器和補(bǔ)償電容器組成。連接成并聯(lián)諧振電路，通過改變電壓，電流產(chǎn)生渦流效應(yīng)，對鋼軌進(jìn)行加熱。使用時(shí)將機(jī)頭落在鋼軌上面，感應(yīng)線圈環(huán)繞在鋼軌輪廓上，在鋼軌頂部設(shè)有紅外線感應(yīng)頭，感應(yīng)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(dāng)鋼軌溫度達(dá)到設(shè)定值后，立即切斷電源，張開感應(yīng)頭，噴風(fēng)裝置直接對其噴風(fēng)降溫。其工作原理如下圖所示[1]：

4 設(shè)備特點(diǎn)及存在問題

正火車采用電磁感應(yīng)加熱鋼軌強(qiáng)制噴風(fēng)冷卻，整體使用效果比較理想，其具備以下特點(diǎn)：

（1）設(shè)備采用電磁感應(yīng)加熱，鋼軌升溫快，芯、表溫差小，鋼軌內(nèi)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(yīng)線圈，線圈狀態(tài)一目了然，線圈間距、線圈狀態(tài)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(shí)時(shí)記錄整個(gè)正火、噴風(fēng)過程，實(shí)現(xiàn)正火過程全程可追溯，為后期作業(yè)質(zhì)量把控提供理論依據(jù)。

（4）機(jī)身重量輕，體積小，應(yīng)急泵簡單、實(shí)用。

但其也存在一些需要改進(jìn)的地方：

（1）如機(jī)頭正火裝置，其早期構(gòu)造圖主要由夾緊裝置和感應(yīng)裝置組成，使用時(shí)我們需要將機(jī)頭落在鋼軌上面，打開夾緊裝置以保持機(jī)頭穩(wěn)定。防止正火過程中機(jī)頭晃動，使感應(yīng)頭接觸鋼軌造成損壞。當(dāng)正火裝置開始工作后，感應(yīng)頭會自動合攏，其感應(yīng)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(yīng)頭無法合攏與張開的情況及感應(yīng)頭與鋼軌接觸的情況，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，主要是由于氣動支架變形，機(jī)構(gòu)卡滯造成的，另外感應(yīng)頭預(yù)留的可調(diào)空間太小，由于在現(xiàn)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(shí)間較短，無法完全的進(jìn)行處理，所以在感應(yīng)線圈設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮到這一點(diǎn)，上下左右都應(yīng)該設(shè)有可活動空間，后期經(jīng)過與廠家共同努力，對其線圈結(jié)構(gòu)和夾持裝置進(jìn)行了改進(jìn)，使用效果良好，后期在現(xiàn)場運(yùn)用過程中未出現(xiàn)問題。

（2）箱體外形設(shè)計(jì)較小，車體內(nèi)操作空間設(shè)計(jì)不足，包括吊機(jī)、正火機(jī)頭操作室，空壓機(jī)、冷水機(jī)室等，在設(shè)備運(yùn)用過程中存在不便。

5 正火工藝的重要性

鋼軌焊接質(zhì)量分為內(nèi)在質(zhì)量和外在質(zhì)量，熱處理工藝是改善鋼軌內(nèi)在質(zhì)量不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其對改善內(nèi)在質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用，其是焊軌作業(yè)環(huán)節(jié)中一道十分關(guān)鍵的工序，只有通過符合技術(shù)要求的正火過程，才能保證鋼軌接頭的內(nèi)在質(zhì)量，提高鋼軌接頭的安全性、可靠性及使用壽命。所以好的設(shè)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(zhì)量的重要手段，和U71Mn鋼軌相比，合理的正火工藝對高強(qiáng)度U75V鋼軌焊接接頭尤其重要，不符合技術(shù)規(guī)范的正火過程對接頭的內(nèi)在質(zhì)量有害無益。

如果正火開始溫度過高，不但達(dá)不到正火的應(yīng)有效果，反而使焊縫過熱區(qū)的粗大晶粒繼續(xù)長大，導(dǎo)致接頭的塑性下降。正火溫度過低又無法起到細(xì)化晶粒，消除鋼軌內(nèi)部應(yīng)力的作用。所以好的正火工藝是非常重要的。有時(shí)在對鋼軌進(jìn)行熱處理的時(shí)候，也可以適當(dāng)延長正火時(shí)間，這樣的話可以延長軌底角在相變溫度點(diǎn)以上的滯留時(shí)間，可以改善軌底角的正火效果。

由于以前的野外施工作業(yè)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(shù)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(zhì)量還是會存在一定的影響，而正火車的發(fā)明使用正好去除了人為因素造成的影響，對焊接質(zhì)量的保證起到了很重要的作用。

6 結(jié)語

社會在不斷發(fā)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(shí)代在發(fā)展，社會在進(jìn)步，我們國家正在逐步步入機(jī)械化社會，正火車的發(fā)明研制可以說是時(shí)代的進(jìn)步，他去除了由于人為因素對焊接質(zhì)量的影響，其加熱速度快、生產(chǎn)效率高、節(jié)省能源、不氧化脫碳、不污染環(huán)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(jìn)了一步，也為焊接質(zhì)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(xiàn)：

[1]GZH-70中頻正火設(shè)備使用說明書[S].

[2]劉宗昌.馮佃臣.熱處理工藝學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社.