汽车导线二次短路熔痕的多层金相分析研究

 摘 要：近年来，因电气故障造成汽车火灾事故频发，金相法是常用的鉴定汽车电气火灾原因的方法。本文通过在12V的蓄电池电源下，采用定性模拟实验的方法，制备不同线径的汽车导线二次短路熔痕样品，熔痕形成后再将其在不同温度下加热，然后再自然冷却，对试样相同方向多个截面的金相组织进行观察，分析其中的差别与规律性，找出火场温度对二次短路熔痕金相组织的影响，以及不同线径制备的二次短路熔痕金相组织有何区别。本文通过实验验发现：二次短路熔痕的金相组织为晶界尺寸较大的柱状晶，气孔分布不规则，且同一方向不同截面金相组织中气孔和晶粒有一定的变化。因此，仅通过金相试样的一个截面来判断熔痕形成原因时，在认定晶粒的形状和大小方面、气孔的多少及大小方面，都存在较大的片面性，某些截面的图像甚至可能造成鉴定人员的错误判断。经过对汽车导线二次短路熔痕多层金相组织观察方法的初步摸索，认为通过调整和改进后的金相试样制备技术，能够帮助鉴定人员更加准确的认定熔痕形成的原因及过程。

关键词 汽车导线； 二次短路； 多层金相分析

The Multilayer Metallurgical Study of Automotive Wire Secondary Short Circuited Melted Mark
Abstract: In recent years, Car fire due to an electrical fault caused frequent accidents, And metallographic method is commonly used in automotive electrical fire cause identification method. This article takes simulation experiments by making the different diameter automotive wire of the secondary short circuited melted mark samples that was on the 12V battery supply. After the formation of the arcing, it would be heated at different temperatures, and then naturally cooled. The microstructure of a plurality of cross-sectional sample of the same direction was observed. Then analysis of the difference with the regularity of to identify fire temperature on the microstructure of the secondary short circuit arcing. As well as different diameters prepared secondary short circuited melted mark microstructure what is the difference between them. In this paper, experimental experience found that secondary short circuited melted mark of microstructure was grain boundary with larger columnar crystals, and the stoma was irregular distribution and the same direction cross-sectional microstructure of pores and grains there were some changes. Therefore, there was a larger one-sidedness when only was formed through the metallographic specimens sectional analyzing arcing reason in the identified grain shape and size, the number and size of pores. And some of the cross-sectional image may even result in the identification error off. After preliminary exploration automotive wire secondary short-circuit arcing multilayer microstructure observation method, It was to help identify reasons for the formation and process more accurate identification of arcing by adjustment and improved metallographic sample preparation techniques.

Keywords automotive wire; secondary short circuited melted mark; multilayer metallographic analysis

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
2.2 样品制备 4
2.2.1 汽车导线试验样品的制备 4
2.2.2 金相试样的制备 6
2.3 试验样品的观察、分析和记录 6
3. 实验结果 7
3.1 不同线径汽车导线二次短路熔痕的金相组织 7
3.2 不同受热温度下自然冷却二次短路熔痕金相组织 8
3.3 4mm2汽车导线二次短路熔痕自然冷却的多层金相组织 11
3.4 400℃加热下4mm2汽车导线二次短路熔痕的多层金相组织 15
3.5 600℃加热下4mm2汽车导线二次短路熔痕的多层金相组织 16
3.6 800℃加热下4mm2汽车导线二次短路熔痕的多层金相组织 17
4. 讨论分析 18
4.1 汽车导线线径对二次短路熔痕的显微组织的影响 18
4.2 加热温度对汽车导线二次短路熔痕的显微组织的影响 18
4.3 汽车导线二次短路熔痕多层金相组织间的关系 18
5．结论 20
参考文献 21
致谢 23

1．前言
近年来，随着我国社会经济的迅猛发展，以及道路交通的日新月异，中国正逐渐成为汽车生产和消费大国。汽车的应用越来越广，较多高档车、私家车已不断走入千家万户，然而，在汽车工业给人们工作和生活带来方便快捷的同时，汽车火灾发生数量也逐年攀升，由此引发的社会矛盾越来越突出[1]。图1.为近年来我国车辆销售量与鉴定中心汽车火灾鉴定量的对比。

图1. 我国车辆销售量与鉴定中心汽车火灾鉴定量的对比

统计数据表明，随着汽车总量的增加，汽车火灾的数量也呈上升趋势[2]。汽车火灾原因调查是一项技术要求相对较高、难度相对较大的工作。其目的是认定火灾原因，确定责任归属，解决矛盾和纠纷，减少和防止火灾的再发生。汽车火灾原因的确定，对保险的赔偿、汽车的合理化设计以及公共交通安全等与之相关的敏感问题都有积极的意义[3]。
由于汽车在有限的空间内包括了电路、油路气路等，还有冷却系统、空调系统、暖风系统等运行中和运行停止后存在多个炽热区域，本身可装载一定数量的货物，而且汽车属于高档消费品，加之人为因素在内，因此汽车具有多重火灾危险性人为纵火、物品自燃、遗留火种、电气故障、机械摩擦等火灾都有可能发生，火灾原因调查难度很大[4-8]。
有关资料显示，在汽车运行过程中，电气系统故障占整车故障的85％左右，而在所有汽车火灾中，因电气系统故障引起的火灾占60％左右。在各类电气故障源和故障原因中以电气线路短路、过电流、漏电（搭铁短路）、接触不良等电气故障为主要表现形式 ,其中以过电流、漏电（搭铁短路）尤为严重[9]。
导线因自身故障于火灾前形成的短路称为一次短路，大多数汽车电气火灾就是由导线短路造成的。导线受外界火焰或高温的作用，其绝缘层失效形成的短路称为二次短路，二次短路在火灾发生后形成，是整个回路处于通电状态的主要证据[10]。因此,汽车火灾中二次短路导线熔痕的鉴定，对于汽车火灾原因认定有非常大的帮助。
目前火灾调查人员及鉴定机构的调查研究情况看，常用的鉴定方法主要有六种鉴定技术方法，包括宏观鉴别法、成分分析法、剩磁法、微观形貌法、模拟试验法、金相析法。在现有的鉴定方法中，应用最广泛的是金相分析法，其设备简易、成本低。我国火调专家王希庆最早将金相分析技术的科学理论、技术方法和仪器设备运用到电气火灾原因鉴定上。在电气线路上应用金相法，是依据同种导线金属经过不同的加热、保温、冷却等一系列热处理后，根据金相组织所呈现的不同变化特征判定熔痕的成因，可以用于鉴定短路、过载、接触电阻过大、漏电、火灾热作用等产生的熔痕。它发展前景广阔，随着理论研究的深人，鉴定经验的积累，该技术将会被广大火调工作者熟练掌握并运用，成为火灾原因调查中常用的一种科学方法[11]。
大多数的专业鉴定人员都是使用GB16840《电气火灾原因技术鉴定方法》中的金相法，同时结合其他相应的方法和多年的鉴定经验，对送检的导线二次短路熔痕进行认定的，其中金相法的鉴别依据对于导线二次短路是这么规定的：
（1）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）二次短路熔珠金相磨面内部气孔多而大，且不规整；
（3）二次短路熔珠与导线衔接处的过渡区界限不太明显；
（4）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）二次短路熔珠孔洞周围及洞壁呈鲜红色、桔红色[12]。
而实际上由于汽车所有电线均采用铜质多芯软线，且由蓄电池供电，电压均为低压直流12V或24V[13-15]。对于汽车导线二次短路熔痕金相组织的研究不是很多，刘振刚，邸曼，李克等人得出的汽车导线二次短路熔痕金相组织为：大尺寸柱状晶,晶界平直;有的熔痕无孔洞,有的熔痕含有不规则形状孔洞，数量较少[2]。
因此，对于汽车导线二次短路熔痕金相组织还需要系统的研究。此外，在国外基本不采用金相鉴定，美国，日本等发达国家，他们从来认为金相鉴定准确性太低[16-18]。 而且现有文献都是运用普通金相学的知识，从单层面来研究汽车导线二次短路熔痕，从不同方位多层面研究某一局部的金相组织尚未见到报道，有部分对于金相组织的深入研究集中于对合金进行深腐蚀，来观察其立体形貌。这主要是由于材料学界的研究工作者所面对的材料都是相对较大，组织形态也较均匀，很少遇到需要对一块较小的材料进行多方位研究的必要。对于多层金相组织的观察至今尚未见到文献报道。为了弥补这个空缺，需要对汽车导线二次短路熔痕进行多层金相分析研究。
本课题拟通过对汽车导线二次短路熔痕进行多层金相分析，得到更为全面的熔痕形貌，这对于火灾物证鉴定工作无疑具有重要的实际意义。
二次短路熔痕形成后会继续受到火灾现场的高温作用，在不同温度下受热时，二次短路熔痕的金相组织会发生改变，为了考察温度对汽车导线二次短路熔痕金相组织的影响，本文通过模拟火灾中汽车导线二次短路熔痕的形成条件，制备了不同线径的汽车导线二次短路熔痕，熔痕形成后再将其在不同温度下加热，然后再自然冷却，之后对熔痕的金相组织进行观察，找出火场温度对二次短路熔痕金相组织的影响，以及不同线径制备的二次短路熔痕金相组织有何区别。总结出金相组织随形成条件和受热过程的变化规律，为汽车导线熔珠的金相鉴定提供依据。