电动车导线熔痕的金相分析研究

 摘 要：随着人们生活水平改善和环保意识的加强，电动车的社会保有量持续增加，由于使用和维护不当等原因，由其引发的火灾呈现出快速增长趋势。加强对电动车导线熔痕的研究，对提高火灾物证鉴定的准确性具有重要意义。本文利用蓄电池和电动车导线模拟火灾现场环境，制取导线熔痕，利用金相显微镜观察受不同原因作用后的多股铜导线熔痕的显微特征,得到相应的金相图谱，研究其金相组织形态和特征，总结不同原因形成的熔痕外观特征、金相组织、微观形貌的差别。实验结果表明：电动车导线熔痕金相组织中，一次短路主要呈细小的柱状晶、胞状晶，晶粒细小且排列有方向性，气孔较小，且均匀光洁、规则，熔珠与导线衔接处的过渡区界限明显；二次短路熔痕呈粗大的柱状晶和一些大的晶界，气孔明显较一次大而多，过渡区模糊不清，熔痕内有大量的杂质；火烧熔痕主要为粗大的等轴晶，且组织中有由间隙孔和由杂质产生的气孔，无过渡区。通过对本课题的研究，可以完善金相分析技术在电动车导线熔痕鉴定中的方法。

关 键 词 电动车导线； 熔痕； 金相鉴定

Metallurgical Analysis on electric vehicles wire’s melted trace
Abstract：As people's living standards and environmental awareness improved, the social ownership of electric vehicles continues to increase, due to the improper use and other reasons, the fire caused by electric vehicle showing a trend of rapid growth. Strengthen the research of melted trace can improve the accuracy of the fire evidence identification. In this paper, batteries and electric vehicles wire were used to simulate the fire environment to make the melted trace. Using the optical microscope to observe the different characteristics of the multi-strand copper wire trace ,Corresponding optical spectra to study the morphology and characteristics of the microstructure, summed up the appearance of the characteristics of the different reasons for the formation of arcing, microstructure, morphology difference. The result shows that: in the wire arcing microstructure of the electric vehicle, the primary short circuited melted trace are mainly small columnar crystals, cellular crystal, fine grain size and arranged directional, smaller pores, smooth and uniform convergence of rules ,the boundaries are quite obviously; The secondary short-circuit arcing mainly coarse columnar crystals and some large grain boundaries, pores are larger and more ,the boundaries are unclear ,a large number of impurities can be found in the melt marks ;the fire bead is coarse equiaxed crystal, and the Metallographic organization has clearance holes and pores generated by the impurities, no transition zone exist;. Through the research, we can improve the metallographic analysis methods in the wire arcing identification of the electric vehicle fire.
Keywords: electric vehicle wire; melt trace; metallographic examination

目 录
摘 要 I
Abstract: II
目 录 III

1 前 言 1
2 实验部分 3
2.1 实验设备与材料 3
2.1.1 实验原理 3
2.1.2 实验设备 3
2.1.3 实验材料 3
2.2 样品制备 3
2.2.1 导线实验样品的制备 3
2.2.2 金相试样的制备 4
2. 3 实验样品的观察、分析和记录 5
3 实验结果和分析 6
3.1 一次短路熔痕试样金相组织特征及图像 6
3.1.1 表面特征 6
3.1.2 金相组织特征 6
3.1.3 孔洞特征 8
3.1.4 分界线特征 9
3.2二次短路熔痕试样金相组织特征及图像 9
3.2.1 表面特征 9
3.2.2 金相组织特征 10
3.2.3 孔洞特征 11
3.2.4 分界线特征 12
3.3火烧熔痕试样金相组织特征及图像 12
3.3.1 表面特征 12
3.3.2 金相组织特征 13
3.3.3 孔洞特征 14
4 结 论 16
参考文献 17
致 谢 19

1 前 言
近年来，随着人们生活水平改善和环保意识的加强，电动车作为一种新兴、绿色、节能的交通工具，逐步进入到人们的生活中，其社会保有量持续增加，目前在全国范围内已接近 1. 5 亿辆。与此同时，由于电动车的使用和维护不当等原因，由其引发的火灾数量呈现出快速增长的趋势，其火灾起数，造成的人员伤亡和财产损失逐年上升[1]。相关统计数据表明，90%以上的电动车火灾均由于电动车内自身电气线路故障引起的。
电动车导线一般为较细的多股聚氯乙烯铜导线，电动车导线与其自带低压蓄电池相连。在电动车火灾现场中，能够发现和提取的导线主要有一次短路、二次短路和火烧熔痕。一次短路是导线因自身故障于火灾前形成，是引发火灾的原因；二次短路是导线受外界火焰高温或热烟气作用，其绝缘层失效或破损而形成，是火灾发生后形成的；火烧熔痕是导线在火焰高温下，金属组织融化而形成的。鉴别熔痕的具体形成原因对认定火灾原因有着至关重要的作用，在当前火灾调查实践及物证技术鉴定过程中，目前主要采用金相法来进行鉴别。
金相法是指在火灾现场中，依据铜、铝导线在不同的环境气氛中其金相显微组织的不同变化，来鉴别火灾原因的一种方法[2]，涉及到的金相分析是研究金属材料组织及其结构的一门科学。在冶金工业、机器制造工业、金属材料研究等许多部门早已广泛应用。而将它的科学理论、技术方法和仪器设备应用到消防部门，用于电气火灾原因调查中，也已成为了一种比较普遍、实用的方法。
近年来全国各地陆续发生多起电动车火灾，武警学院火灾物证鉴定中心也进行了大量的电动车导线熔痕的金相鉴定，为查明火灾原因，认定事故责任提供了事实依据。目前国内外火灾调查人员及各鉴定机构都对电动车火灾以及其电气线路进行了研究，取得了一定的成果。具体有：天津消防研究所陈克及山东总队的张加伍等人针对电动车的现场勘验技术进行了研究，总结了火灾现场痕迹特征、电动车火灾危险性、指出电动自行车停放时, 蓄电池本身及其连接的电气线路和电动车充电器及其线路, 均能够发生电气故障并引发火灾[3]；江苏总队曹奇研究了电瓶车火灾的发生机理，总结出电动车电气火灾主要机理可分为短路，过负荷，接触电阻过大等[4]；张万民在分析案例的基础上概括了电动车火灾规律，表明电动车行驶中发生火灾的主要原因是车辆电气线路过负荷、短路情况下,由于未安装电气安全装置或电气安全装置不合格, 不能及时有效切断电源, 大电流引燃绝缘或其他易燃可燃材料所致。充电过程中发生火灾主要是由电动车自身电气线路短路、充电器线路过负荷、电动车电池故障引起[5]；胡玉娟利用FTA法针对电动车火灾事故的成灾原因进行了研究，定性分析了事故树[6]。这些理论成果都对电动车的结构组成，起火机理，灾害成因进行了系统的研究。
国外许多国家在铜导线熔痕认定方面也形成了自己的特点: 不同原因形成的熔痕，其内部金相组织也会呈现不同的特征，这可以作为鉴别具体故障和起火原因的依据[7]。美国采用的金相检验分析技术，基于微观结构，确定铜导线熔痕是火灾加热所致，还是电流通过导体产生高热而形成，用以鉴别导线的火烧熔痕和短路熔痕[8]。日本专家对一次短路熔痕和二次短路熔痕进行了外观形貌特征、金相组织、微观形貌等进行了特征比较观察，分别从以上角度对熔痕的形成原因进行鉴别，从而认定一次和二次短路 [9]。
当前在火灾调查领域，目前只有有大量针对电动车火灾危险性及预防措施的研究，而对于电动车火灾调查方法较少，没有系统概括出这方面火灾认定的方法、对于电动车导线的金相分析，更是鲜有关于这方面的成果和文献。
为了更加准确的查明导线熔痕的形成原因，就要求对于这一类的电动车导线进行详细的金相分析，研究熔痕中金相组织形态和特征，总结不同原因形成的熔痕外观形貌特征、金相组织、微观形貌的差别，以及与常压线路的熔痕进行对比，归纳特征，为鉴别电动车火烧、一次短路、二次短路熔痕提供技术支持参考标准，通过比较不同原因形成的金相组织，总结出电动车导线的金相特征，并据此认定起火原因。对于电动车火灾物证鉴定工作无疑具有重要的实际意义，并为我们在今后在处理电动车火灾调查案件时，提供一定的方法指导和理论基础。