多股铜导线二次短路熔痕过渡区特征影响因素研究

 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，为电气火灾原因认定提供重要依据。为考察电压、线径和导线的接触方式对铜导线二次短路熔痕金相组织的影响，本文利用火灾痕迹物证综合实验台制备多股铜导线二次短路熔珠，运用金相显微台对熔痕进行拍照，并运用Image-ProPlus软件对熔痕内部晶粒的数量、大小、分布等进行了统计分析，总结出多股铜导线二次短路熔痕过渡区的微观形貌特征，最后通过对数据的分析，得出不同条件对二次短路熔痕过渡区金相组织的影响。结果表明：多股铜导线短路熔痕过渡区的金相组织中，不同电压、不同线径以及不同的导线接触方式对过渡区的晶粒形状可能存在较大差异，对于气孔的数量和分布也影响不同。因此本课题主要是探究其在不同火场条件下的金相微观组织变化的规律，为短路火灾调查人员证明火灾原因提供一个可靠的依据，增加物证鉴定证据。

关键词 过渡区；金相鉴定；金相制备；二次短路

Research on the influence of the character of weld mark’s intermediate zone of the secondary short-circuit of multistrand copper wire

Abstract: Metallographic method is one of the most commonly used method in the technical appraisal of the cause of the electrical fire, it provide an important basis for the cause of the electrical fire. In order to research the influence of microstructure of secondary short-circuit about the voltage, diameter and wire contact, the use of comprehensive experiment platform of fire traces evidence is prepared for creating secondary short-circuit of the short circuit beads, the use of microstructure desk to take pictures about melting marks, and the use of the IPP software can analysis internal grain of number, size, and distribution, summed up the microstructure characteristics of multi-strand the secondary copper wire of short circuit arcing transition zone microstructure morphology, and finally through the data analysis, the influence of different conditions on the the secondary short arcing transition zone microstructure. The results show that: In the microstructure of multistrand copper wire of the short circuit arcing transition zone, different voltage and different wire diameter and different ways of wire contact make a different impact on grain shape transition area .so the main subject is to probe the law of metallurgical microstructure changes with different fire conditions, to provide a reliable basis for the short-circuit fire investigators, increasing evidence of material identification.

Keywords transition zone; optical identification; metallographic preparation; secondary short-circuit

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 实验设备 3
2.1.2 实验材料 3
2.2 样品制备 3
2.2.1 二次短路实验样品的制备 3
2.2.2 金相实验样品的制备 4
2.3 实验样品的观察、分析和记录 4
2.3.1 实验样品的观察 4
2.3.2 实验分析软件介绍 4
2.3.3 实验样品分析原理 5
2.3.4 实验样品的数字图像处理 5
3 实验结果 7
3.1 二次短路熔痕过渡区的范围界定 7
3.2 二次短路熔痕过渡区金相组织定性研究 8
3.2.1 对不同接触方式下导线熔痕金相组织的研究 8
3.2.2 对不同线径条件下导线熔痕金相组织的研究 9
3.2.3 对不同电压条件下导线熔痕金相组织的研究 11
3.3 二次短路熔痕过渡区金相组织定量研究 12
3.3.1 过渡区定量研究主要内容 12
3.3.2 过渡区定量研究数据处理 13
3.4 过渡区的定义 13
4 分析与讨论 14
4.1接触方式对熔痕过渡区的影响 14
4.1.1 接触方式对熔痕过渡区定性的影响 14
4.1.2 接触方式对熔痕过渡区定量的影响 14
4.2 短路电压对熔痕过渡区的影响 15
4.2.1 短路电压对熔痕过渡区定性的影响 15
4.2.2 短路电压对熔痕过渡区定量的影响 15
4.3 导线线径对熔痕过渡区的影响 17
4.3.1 导线线径对熔痕过渡区定性的影响 17
4.3.2 导线线径对熔痕过渡区定量的影响 17
4.4 二次短路熔痕过渡区微观组织在不同条件下存在差异的原因及研究意义 19
5 结论 20
参考文献 21
致谢 23
附录Ⅰ 24

1 前言

随着科学技术的进步，电气设备已经进入到人类社会的各个领域，人们的日常生活离不开各式各样的电气设备，而在电气设备广泛使用的同时，由电气故障导致的火灾也越来越普遍，给人民的生命财产安全造成巨大危害，产生恶劣的社会影响。近年来，人们对于火灾调查工作越来越重视，准确调查每一起火灾的原因，已成为公安机关消防机构最重要的工作之一。
在电气火灾调查中，经常会提取火灾现场的金属导线及有关部件作为电气火灾技术鉴定的重要物证，这些金属物证受到电与火的双重作用后会以金属熔痕的形式保留下来。根据火灾中金属物证保留的信息，能区分出痕迹形成时的环境条件特征, 再结合火灾现场具体情况分析，便可推论出火灾原因[1]。在电气火灾熔痕鉴定方面，瑞士研究人员提出对导线熔痕外表面进行成分分析，前苏联学者用X射线衍射的星芒效应来进行结构分析，早在20世纪70年代初，美国学者就已经通过对建筑物火灾中的铜导线痕迹特征的金相分析来鉴别导线受热痕迹[2]。到了70年代末，美国研究者对建筑物火灾中的铜导线痕迹特征的分析有了近一步的发展，用其外观形貌和金相组织特征来鉴别导线短路痕迹和火烧痕迹，并已经形成一套较为成熟的鉴定技术[3]。
在国内，1997年我国颁布了GB16840《电气火灾原因技术鉴定方法》，分别通过宏观法（GB16840.1-1997）、剩磁法（GB16840.2-1997）、成分分析法（GB16840.3-1997）、金相法（GB16840.4-2008）对电气火灾物证进行技术鉴定。其中的金相法，就是运用金相分析技术，从导线熔痕形成的原因出发，将其划分为一次短路熔痕、二次短路熔痕、火烧熔痕三大类[4]。由于三种熔痕产生的时间点不同，一次短路熔痕往往产生在火灾前，而二次短路熔痕和火烧熔痕产生于火灾发生后。因此，三种熔痕对于电气火灾原因认定结论的证明作用大不相同。在实际火灾调查时，经常把熔珠的金相组织是否具有一次短路的特征作为认定短路火灾的主要依据。在这一点上，国内外的研究者对熔痕的看法并不一致。国外有学者认为二次短路熔珠形成后受火灾的影响很大[5]，但国内有学者通过实验发现，在不同受热温度及持续时间的影响下，铜导线二次短路熔珠的显微组织则会发生有规律的变化[6]。
目前，我国已将金相分析技术的科学理论、技术方法和仪器设备应用到实际的电气火灾原因鉴定中，依据电熔化所造成的导线熔痕与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原因，通过运用金属结晶的基本规律来鉴定电气火灾现场起火点及其附近残留的导线融化痕迹，从金相组织特征确定熔痕的熔化性质，即由电的热作用形成还是由火灾热作用形成，为直接认定或排除电气火灾原因提供客观、科学的依据[7]。但是，无论是国内还是国外的研究都很少见运用金相定量分析技术对火场中提取的多股铜导线进行分析鉴定。因此，本课题拟从定性和定量两个方面研究多股铜导线二次短路熔痕过渡区的特征影响因素。即利用火灾痕迹物证综合实验台制备二次短路熔珠，考查电压和接触方式、线径对铜导线二次短路熔珠金相组织的影响，为在火灾调查中运用此类金相特征进行技术鉴定提供依据。