本发明提供了一种钢轨表面在线式等离子硬化装置，该装置由导轨组件、移动组件、驱动组件和等离子枪组成：所述导轨组件由外导轨、内导轨和固定板组成，外导轨与内导轨之间相对位置固定，内外导轨通过固定板固定在钢轨上；所述移动组件由滚子和连接杆组成,两滚子分别与外导轨的外表面和内导轨的内表面接触，两滚子通过连接杆连接起来；所述驱动组件由大齿轮、小齿轮和销轴组成，大齿轮与导轨组件之间相对位置固定，小齿轮与大齿轮啮合，销轴与小齿轮固连并穿插在连接杆的滑槽中；所述等离子枪安装在连接杆上。本发明可实现对钢轨表面垂直等距加工，具有结构简单、加工过程可靠的优点。