单股铜导线一次短路熔痕的多层金相分析

 摘 要：金相法是电气火灾原因技术鉴定中最常用的方法之一，能为电气火灾的原因认定提供重要依据。通过实验发现：单股铜导线一次短路熔痕的金相组织中，不同温度的金相截面中晶粒形状、气孔分布都存在较大差异，同一温度不同截面金相组织中气孔的大小、形状、数量不一，分布很不均匀。因此，如果单单只通过金相试样的某一个截面来判断熔痕形成的原因，可能会存在较大的片面性，如果鉴定人员根据主观选择一个截面判断，很可能得出与实际情况不相符的结论。在实验中，通过对单股铜导线一次短路熔痕的观察与分析，认为通过改进后的金相试样制备技术，能够获得试样局部金相组织的多层图像，从而对熔痕进行更准确的观察与判断，更能帮助鉴定人员更加准确的认定熔痕形成的过程和原因。

关键词： 火灾物证鉴定； 金相法； 金相制备；

The primary short circuited fused trace`s multiple metallographic analysis of single strands of copper conductor

Abstract： Metallographic method is one of the most commonly used method in the technical appraisal of electrical fire cause and it could provide important basis for the preference of fire causes. From the experiment we can find out that in the metallographic structure of copper conductor`s primary short circuited fused trace, there are both huge differences in pore distribution and grain shape in one metallographic section from various temperature，and in different metallographic section ,the size, shape, quantity and distribution of the pores are very uneven. Therefore, it might seem so objective for investigator to determine the causes only through one certain section of metallographic specimen, and it is likely to come to the conclusion that is not consistent with actual situation. In the experiment, from the observation and analysis of The primary short circuited fused trace, I believe that from the improved metallographic technique, the microstructure of fused trace could be detected in multiple sections，so that we can get a more accurate observation in fused trace, and can also help the investigators to determine the trace causes and the process of formation.

Keywords identification of fire physical; metallographic method; metallographic preparation

目录
摘 要： 2
Abstract： 3
1 前言 5
2.实验过程 7
2.1实验仪器与材料： 7
2.2样品制备 7
2.2.1单股一次铜导线短路熔痕的制备 7
2.2.2金相试样的制备 7
2.3试验样品的观察、分析和记录 8
3实验结果 9
3.1单股铜导线一次短路熔痕未加热原样的金相图像 9
3.2单股铜导线一次短路熔痕400℃的金相图像 11
3.3单股铜导线一次短路熔痕600℃的金相图像 13
3.4单股铜导线一次短路熔痕800℃的金相图像 15
3.5单股铜导线一次短路熔痕1000℃的金相图像 18
4.分析与讨论 20
4.1单股铜导线一次短路熔痕的金相试样微观图像对比 20
4.1.1一次短路熔痕不同加热温度试样的微观图像对比 20
4.1.2一次短路熔痕试样的不截面微观图像对比 21
4.2 不同截面获得的金相组织微观形貌存在差异的原因 21
5.结论 22
参考文献 23
致谢 24

1 前言
近年来中国经济迅速发展，人民的物质生活质量也不断提高，越来愈多各种各样的电气设备也进入了人民的生活。但对于我们消防而言，随着人们物质生活水平的提高，越来越多的火灾隐患，越来越多的电气火灾也随时出现。近几年，电气线路设备故障或违章使用引起的火灾居高不下，严重危害国家财产和人民生命安全引起社会各界的广泛关注。据公安部消防局统计，2000-2007年，全国共发生建筑电气火灾19.7万起，占同期公安消防部门统计火灾总数的28.23%[1]。 而且呈连年增长的趋势，所以加强对电气火灾规律的认识和研究从而进一步控制和预防电气火灾是我们消防一个重要的刻不容缓的工作。
而在电气火灾的调查研究过程中，最重要的往往是电器的导线以及燃烧后在导线上留下的痕迹了。我们往往通过对导线熔痕的研究来判断用电设备与火灾事件的关联，通过对导线熔痕的特征的观察，再结合具体的环境情况，便可推出火灾形成的原因[2]。在火灾物证鉴定中，我国主要使用以下几种方法对导线熔痕的进行鉴定，如微观形貌法、成分分析法、剩磁法、金相分析法、模拟实验法等。其中较常用的是金相分析法。
金相分析技术是依据同一种金属在经过不同的加热保温冷去等一系列热处理后形成的不同金相组织显微形态，鉴别出熔化性质的分析方法。最早由我国著名的火调专家王希庆将金相分析技术的科学理论、技术方法和仪器设备应用到电气火因鉴定上，依据电熔化所造成的和由火焰热作用熔化所造成的导线熔痕金相组织不同的原理，按照其各自的特征来确定熔痕形成的原因，因此，短路或电弧热作用、雷电作用、接触不良以及导线过载等形成的导线熔痕均适用于金相分析法。
综合火灾现场的各种情况，通常火场中遗留的在导线上的熔痕可以分为三大类：火烧熔痕、一次短路熔痕和二次短路熔痕[3]，在金想法的实际运用当中对这三类熔痕有如下判别[4]：
（1）火烧熔痕：火烧熔痕的金相组织呈现粗大的等轴晶，无孔洞，个别熔珠磨面有极少缩孔；
（2）一次短路熔痕与二次短路熔痕区别：①一次短路熔痕的金相组织呈细小的胞状晶或柱状晶；二次短路熔痕的金相组织被很多气孔分割，出现较多粗大的柱状晶或粗大晶界。②一次短路熔珠金相磨面内部气孔小而较少，并较整齐；二次短路熔珠金相磨面内部气孔多而大，且不规整。③一次短路熔珠与导线衔接处的过渡区界限明显；二次短路熔珠与导线衔接处的过渡区界限不太明显。④一次短路熔珠晶界较细，孔洞周围的铜和氧化亚铜共晶体较少、不太明显；二次短路熔珠晶界较粗大，孔洞周围的铜和氧化亚铜共晶体较多，而且较明显。⑤在偏光下观察时，一次短路熔珠孔洞周围及洞壁的颜色不明显；二次短路熔珠孔洞周围及洞壁呈鲜红色、桔红色[5-7]。
因为他们形成的环境条件不同，所以他们的金相组织也不相同。这是由于金属导线具有一定的冷却速度时，会导致部分气体截留在金属体内，产生气孔，铜导线熔痕金相组织的整体形态发生变化[8]。由于导线在不同火灾中的受热方式和受热程度不同，冷却方式和过冷度不同，火场环境和气氛也有所不同，因而会造成金属导线结晶情况的差异，呈现出不同的金相组织[9-11]。本次实验是对一次短路熔痕的多层金相分析。一次短路熔痕是指导线因自身的故障在火灾前形成的短路熔痕。它的金相显微组织是由细小的柱状晶或胞状晶组成，有较少的小孔洞和明显的过渡区，在偏光下观察其显微组织时，孔洞周围的共晶体较少，不太明显[12]。这种现象的形成是由它的环境条件所决定的一次短路熔痕形成时，他周围的环境温度较低，在短路的瞬间，除了短路点处于高温状态，而整个导线的温度并不高，其金相组织仍呈方向性，过渡区的界限比较明显[13]。如果在火灾现场继续受高温的作用其纤维组织中细小的柱状晶虽然相互吞并长大，但在大晶界内仍有细小的柱状晶的痕迹[14]。过渡区的界限依然明显。由于环境温度低，冷却速度快，凝固时间短，虽然熔痕内的气体来不及溢出体外，但由于燃烧产物较少，所以他的孔洞总是又小又少，它的孔洞表面温差不大。所以如果导线上出现一次熔痕，那么火灾便很可能是由导线短路造成[8]。所以一次短路熔痕对于电气火灾的分析认定具有十分直观有效的作用[15-16]。
目前中国对金相的研究还比较简单，在物证鉴定的实际过程当中，往往只是对导线的某个单独的切面进行观察，而且往往会带有主观色彩，选取觉得比较合适的面观察。这样很可能会导致观察结果比较片面，甚至有时会得出与实际完全不同的结果。单层的观察即是存在着这样的局限性，所以我的这次的试验重点即是丢弃以往片面的观察，对同一个金相进行更为细致，更为全面的观察。选取金相的多个切面，通过对很多切面的观察、联系、比较，得出一个比较立体形象的金相。本课题主要研究单股铜导线一次短路熔痕中若干层切面的微观组织形态，然后进行综合分析，得出一次短路熔痕的晶粒和气孔的各种几何参数随位置的变化规律。研究一次短路熔痕多层的微观组织这对于火灾物证鉴定工作无疑具有及其重要的实际意义。