单股铜导线二次短路熔痕的多层金相分析研究

 摘 要
为研究导线加热温度、加热时间对单股铜导线二次短路熔珠各个层面金相组织的影响，本文利用火灾物证综合实验台制备单股二次短路熔珠，然后将其放在不同温度下加热不同的时间，然后进行自然冷却，通过对熔珠金相组织的观察，寻找形成条件对二次短路熔珠金相组织各个层面的影响。结果表明，加热温度、加热时间对铜导线二次短路熔珠的金相组织影响较大，随加热温度的增高二次短路熔珠的柱状晶组织逐渐长大并有部分变成等轴晶；在加热温度较低的情况下，随着加热时间的延长，二次短路熔珠的晶粒基本不发生变化。实验结果为运用金相组织特征判定熔珠种类提供了依据。
关键词: 二次短路；熔珠；金相制备与分析，加热时间；加热温度

The secondary short circuited melted mark’s multiple metallographic study of copper wire
Abstract
In order to study the effect of the heated temperature, heated time on the metallographical structure of the secondary short circuited melted beads, secondary short circuited melted beads of copper wire were made and the metallographical structure were analyzed. The result shows that the metallographic crystal of the beads become bulky one and some of them even become isometric crystal with the increase of heating temperature. And when the heating temperature is low, with the extension of heating time, the secondary short circuit bead would not change. The result can be used in fire investigation to identify the category of the beads.
Keywords: Secondary short circuit; Metallographic preparation and analysis; Heating time ; Heating temperature

目录
摘 要 I
Abstract II
目录 III
1. 前 言 1
2. 实验部分 4
2.1实验设备与材料 4
2.1.1实验原理 4
2.1.2实验设备 4
2.1.3实验材料 4
2.2实验过程 5
2.2.1 导线实验样品的制备 5
2.2.2 金相试样的制备 6
2. 3 实验样品的观察、分析和记录 6
3. 实验结果 7
3.1二次短路熔痕不做后期处理的金相组织图像 7
3.2二次短路熔痕在400℃马弗炉中加热的金相组织图像 9
3.2.1二次短路熔痕在400℃马弗炉中加热10分钟的金相组织图像 9
3.2.2二次短路熔痕在400℃马弗炉中加热30分钟的金相组织图像 12
3.3二次短路熔痕在600℃马弗炉中加热的金相组织图像 15
3.3.1二次短路熔痕在600℃马弗炉中加热10分钟的金相组织图像 15
3.3.2二次短路熔痕在600℃马弗炉中加热30分钟的金相组织图像 18
3.4二次短路熔痕在800℃马弗炉中加热的金相组织图像 20
3.4.1二次短路熔痕在800℃马弗炉中加热10分钟的金相组织图像 20
3.4.2二次短路熔痕在800℃马弗炉中加热30分钟的金相组织图像 23
4. 分析与讨论 26
4.1试样不同截面金相组织微观形貌的对比 26
4.2加热不同时间的试样金相组织微观形貌的对比 26
4.3加热不同温度的试样金相组织微观形貌的对比 27
5. 结 论 29
参考文献 30
致 谢 31

1. 前 言
随着我国的现代化建设，电已成为社会生产和人类生活的必需品。电给社会生产和人们生活带来方便的同时，也在不同程度上带来了火灾害隐患。当今我国用电量的剧增，造成我国电气火灾形势格外严峻。据统计，1993～2007年全国公安消防机构调查的火灾总起数为1527649起，电气原因引发火灾共373641起，年平均占有比例24.46%；火灾造成总损失1681566万元，其中电气火灾626276万元，年平均占有比例37.24%。1997年～2007年，我国共发生重特大电气火灾1324起，直接经济损失156526.2万元，造成1936人死亡、1116人受伤，年均占有比例为31.56%、44.3%、28.3%、28.6%，表明重特大恶性火灾多数为电气火灾[1-4]。火灾对人民的生活，甚至是生命带来巨大的危害，为了给人民群众一份满意的答复，准确调查每一起火灾的原因至关重要。因此，对我国电气火灾的引发原因进行研究，并着力应用到火灾调查中，对火灾的责任判定具有重要意义。
电气火灾起火源分布特征：电气线路是引发电气火灾的主要起火源。电气线路：占统计总数的58.44%；电气设备：占统计总数的4.28%；照明器具过热（主要是日光灯镇流器长期处于工作状态，产生过热或故障）比较突出，占统计数据的7.56%[5]。
在改革开放以前，对电气火灾物证鉴定只是停留在个案分析的基础上，无法进行电气火灾痕迹、物证检验和鉴定的规律性研究。改革开放以来，电气火灾急剧增加，电气火灾损害程度的加大，也增加了火灾事故处理的难度；当事人法律意思的加强，火灾责任以及诉讼程序案件的增加，都大大增加了对证据特别是痕迹、物证鉴定的需求。
然而，火灾现场往往破坏严重，火灾证据易于毁坏，给调查起火原因带来很大困难，有些火灾甚至成为永远也解不开的谜团。所以，正确的理解火灾中铜合金熔痕的微观组织的形成机理，对于揭示火灾的形成原因有非常大的帮助[6]。
火灾现场中，我们经常发现或遇到破损的带有熔化痕迹的电气线路、残留的用电设备、家用电器等，它是引发火灾的原因还是火灾热作用后的结果，在疑难火灾原因认定过程中，如何在火灾现场勘验和痕迹物证提取过程中，发现痕迹、运用痕迹、解释痕迹、提取痕迹是非常重要的，怎样理解电气起火源与周围可燃物之间的关系，电气线路痕迹物证与起火源之间的关系，是火灾调查人员在工作实践中应该掌握的技能，也是查清起火原因，弄清火灾责任的关键所在。
引起电气线路失火的主要原因, 包括线路短路、过负荷、接触不良及漏电等。其中, 由短路原因引起的火灾约占整个电气火灾总数的52% , 远远超过其他原因。电气火灾中电线短路是造成电气火灾的主要原因之一, 而二次短路是在火灾中形成的短路, 是带电导线在外界火焰或高温的作用下, 导线绝缘层失效而引起的短路。
电气火灾物证技术鉴定的通用技术鉴定方法有以下8种，1. 宏观法，2. 剩磁检测法，3. 俄歇成分分析法，4. 金相分析法，5. 微观形貌法，6. 微区成分分析法，7. 模拟实验法，8. 透视分析法[7]。
金相分析方法是鉴定电气火灾物证最常用，也是最重要的方法之一，它是依据同一种金属在经过不同的加热、保温、冷却等一系列热处理后其金相组织所显示的不同变化来确定熔痕的性质，进而为认定起火原因提供证据的一种方法。金相分析法在电气线路火灾物证鉴定中应用最广泛，对于有熔珠形成的电气线路火灾，我国一般采用金相分析法确定熔珠的形成原因，再根据熔珠的形成原因进一步确定或排除电气线路火灾原因。电气火灾原因技术鉴定方法国家标准中（GB 16840.1-1997:3），对导线熔珠的金相组织进行了详细的描述，一次短路熔珠的金相组织为细小的柱状晶，二次短路熔珠的金相组织为粗大的柱状晶，火烧熔珠的金相组织为粗大的等到轴晶[8]。但通过模拟火灾现场条件，对熔珠的形成过程进行干预或熔珠形成后再进行加热处理，会使导线的熔珠的金相组织发生变化，表现出不同于国家标准上的晶粒特点。如火烧熔珠刚形成若遇消防射水的冷却，其金相组织有可能出现细小的柱状晶或粗大的柱状晶[9]，而一次短路和二次短路熔珠形成后，再受火场的高温作用，其晶粒也可能长大，从形成时的细小柱状晶和粗大柱状晶变成粗大柱状晶及粗大等轴晶。国外也有不少人对火场条件对熔珠金相组织的影响进行过研究，得出的结论与我国国家标准上的描述并不完全相同。
电气火灾二次短路熔痕鉴别和判定对分析火灾原因和事故认定至关重要，而目前金相分析方法目前处于经验和半经验水平。一次短路熔痕和二次短路熔痕的金相组织又较为接近，依靠肉眼是很难较为准确的区分的，因而对于熔痕的判断还是基于实践经验。
在火灾调查中, 对火灾现场提取的熔珠进行金相鉴定, 从熔珠的金相特征可以判断是由短路还是火烧造成的, 从而为火灾原因认定提供证据。国内外不少学者对短路熔痕进行了金相分析, 得出了不少的结论, 我国《电气火灾原因技术鉴定方法》中, 对一次短路与二次短路熔珠的金相组织做出了具有明显区别的结论。但国外不少研究认为火场中的熔珠之间没有本质上的区别, 与火灾原因也没有必然的联系, 而对于一次短路和二次短路与火灾原因的关系的专门研究也很少[10-11]。
并且传统的金相分析方法是对熔痕随机的某一个切面进行显微观察分析，对于金相熔痕的判断有一定的片面性，不能完整的把金相熔痕的全貌表现出来。而熔痕都是相对较小，组织形态不均匀，所以不能根据某一随机切面的显微结构来推断整个熔痕的整体形貌。由于现有文献都是运用传统的金相分析方法，对于多层金相组织的观察至今尚未见到文献报道。
在实际火灾鉴定工作中，由于火灾物证鉴定多是通过实践经验判断，对组织不太均匀的熔痕材料又是通过随机的单一层面的组织结构来认定熔痕形成原因，其具有一定的片面性，所以需要对熔痕进行多层的金相组织分析，来弥补单层金相的不足。多层的金相分析方法相当于把短路熔痕平均分成若干个切面，进而对每一个切面进行显微组织观察，最终把每一层都结合起来，形成一个完整的金相熔痕立体显微结构，让人能更加完整直观的观察金相熔痕，得出晶粒和气孔的几何参数随位置的变化规律的规律，从而能更好的判断一次短路熔痕和二次短路熔痕。本课题主要研究单股铜导线二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，最终得出二次短路熔痕的晶粒和气孔的几何参数随位置的变化规律。