汽车导线一次短路熔痕的多层金相分析

 摘　要：传统的金相鉴定方法是通过分析汽车导线一次短路熔痕某一截面的显微组织特征，参考建筑物火灾中一次短路熔痕特征对熔痕形成原因进行推断，但是汽车导线与建筑物导线一次短路熔痕显微组织存在差别，有其自身的特征。本文模拟汽车导线一次短路发生的条件，利用改进后的金相制备技术，分别对熔痕的多个横、纵截面进行观察，并利用IPP图像分析软件对每个截面的晶粒及气孔分布情况进行统计与分析，探究不同层面显微组织的变化趋势。通过实验发现：汽车导线一次短路熔痕的显微组织随着研磨深度的加深存在一定差别，且不同截面气孔分布极不均匀。因此，仅通过观察熔痕某一截面的显微组织来判断熔痕形成原因，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，能更全面地观察熔痕显微组织，从而使汽车导线一次短路的鉴定结果更加准确。

关键词： 金相鉴定； 汽车导线； 一次短路； 多层金相分析　

Multilayer Metallographic Analysis of Primary Short Circuited Melted Mark of Vehicle Wire

Abstract: The traditional metallographic identification method is to judge the cause of melted mark by investigating the microstructural characteristics of a certain cross-section of the primary short circuited melted mark of vehicle wire and by referring to the characteristics of the primary short circuited melted mark in a building fire, but the primary short circuited melted mark microstructure of the vehicle wire is different from that of the building wire and has its own characteristics. This article simulates the occurrence conditions for the primary short circuit of vehicle wire and makes use of the improved metallographic preparation techniques to respectively observe many cross and longitudinal sections of the melted mark, and takes the Image-pro plus  analysis software to count and investigate the crystal particle and hole distribution on each section, to explore the variation tendency of different levels of microstructure. We find through experiments that the microstructure of the primary short circuited melted mark of vehicle wire has some differences along with the deepening of the grinding depth, and different cross-sectional holes are very unevenly distributed. Therefore, there is big one-sidedness if judge the cause of a melted mark only through observing the microstructure of a certain cross-section of the melted mark, and some cross-sectional images may even cause erroneous judgment to the identification people. After a preliminary exploration of the observation methods for melted mark multilayer metallurgical structures of vehicle wire, we consider that the adjusted and improved metallographic specimen preparation techniques can observe the melted mark microstructure more comprehensively, thereby making identification results of the primary short circuit of vehicle wire more accurate
.
Keywords: Metallographic identification; vehicle wire; primary short circuit; multilayer metallographic analysis

目 录
摘　要： I
Abstract: II
目 录 IV

1 绪 论 1
2 实验部分 3
2.1 实验设备与材料 3
2.2 实验过程 3
2.2.1 汽车导线一次短路熔痕的金相观察 3
2.2.1.1 汽车导线一次短路熔痕的制备及处理 3
2.2.1.2 汽车导线一次短路熔痕宏观特征的观察和拍照 4
2.2.1.3 金相试样的制备、观察、拍照 4
2.2.2 4.0mm2汽车导线一次短路熔痕的多层金相观察 4
2.2.2.1 4.0mm2汽车导线一次短路熔痕的制备及处理 4
2.2.2.2 4.0mm2汽车导线一次短路熔痕多层金相试样的制备、观察及拍照 5
2.2.2.3 4.0mm2汽车导线一次短路熔痕多层金相试样定量分析 5
3 实验结果与分析 7
3.1 汽车导线一次短路熔痕宏观特征 7
3.2 汽车导线一次短路熔痕显微组织 8
3.2.1　2.5mm2 汽车导线一次短路熔痕的显微组织 8
3.2.2 3.0mm2汽车导线一次短路熔痕的显微组织 9
3.2.3 4.0mm2汽车导线一次短路熔痕的显微组织 11
3.2.4　2.5mm2的汽车导线与建筑物导线一次短路熔痕对比 12
3.3 4.0mm2汽车导线一次短路熔痕不同横截面的显微组织 13
3.3.1 试样B1-1不同横截面的显微组织 13
3.3.2 试样B1-2不同横截面的显微组织 17
3.4 4.0mm2汽车导线一次短路熔痕不同纵截面的显微组织 20
3.4.1　试样B2-1不同纵截面的显微组织 20
3.4.2　试样B2-2不同纵截面的显微组织 24
4 结 论 29
参考文献 30
致 谢 32
附录：多层试样定量分析数据统计 33

1 绪 论

随着经济建设的迅猛发展，汽车已经成为人们日常生活中不可或缺的现代化交通工具，给人们的生活带来诸多方便。全世界汽车保有量高达7亿辆，平均每9个人就拥有一辆汽车。但是伴随汽车生产数量和使用量的大幅度增加，汽车火灾也越来越频繁地发生，而由此引发的社会矛盾也越来越突出。根据公安部消防局统计数据表明，1997-2004年我国共发生汽车火灾55632起（其中特重大火灾222起），造成692人死亡、2611人受伤，直接财产损失高达100135.3万元，仅2000年，全国共发生汽车火灾11540起，是1980年我国发生汽车火灾数的10倍，汽车火灾造成的人员死亡数目也超过了公寓火灾，是非建筑类火灾死亡人数的7倍。2009年，美国火灾调查机构公布了一个惊人的数字，同年美国汽车保有量近2.5亿辆，平均每1万辆汽车中就有9辆发生火灾，每146s就有一起车辆火灾。种种数据表明，车辆火灾已经成为火灾损失的一个重要方面，严重危害国家财产和人民生命安全。因此，研究影响汽车火灾发生发展的因素及汽车火灾原因调查的方法，对减少和防止汽车火灾事故的发生、汽车火灾原因的确定、划分火灾责任归属、解决矛盾与纠纷、处理保险赔偿、推进汽车的合理化设计以及公共交通安全等与之相关的9个敏感问题都有积极的意义[1-5]。
汽车在有限的空间内包括了电路、油路、气路、冷却、空调、暖风等六大系统，运行中和运行停止后存在多个制热区域，其本身又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，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、机械摩擦都有造成火灾发生的可能性[5]，因此导致汽车火灾的原因复杂，调查困难。国际火灾调查领域针对汽车火灾采用最广泛的标准是NFPA921火灾和爆炸调查指南[4]，国内对汽车火灾研究较少，第一部关于汽车火灾原因调查的专业书籍是由公安部天津消防研究所出版的《汽车火灾原因调查》，为火灾调查人员提供一定的认定依据
由于汽车本身的问题引发火灾主集中在电气系统、油路系统和排气系统三个方面[1]，特别是由电气故障引发火灾所占比例高居首位，约为45.2%[3]。汽车电气故障以电气线路短路、过电流、漏电（搭铁短路）、接触不良等为主要表现形，又以短路最多。所谓短路是指电气线路中的不同相或不同电位的两根或两根以上的导线不经负载直接接触形成闭合回路。由于短路的瞬时温度可达2000 ℃以上，而常用铜导线的熔点为1083 ℃，因此，短路强烈的电弧高温作用可使铜导线局部金属迅速熔融、气化，甚至造成金属熔滴的飞溅，从而产生了导线短路熔化的痕迹。导线短路形成的熔痕可分为两种：一种是发生在火灾之前的短路形成的熔痕，称为一次短路熔痕；另一种是着火后，由于火灾火焰或火灾热使导线绝缘破坏引发短路形成熔痕，称之为二次短路熔痕[6]。因此准确判断短路发生的时间，即判定是一次短路还是二次短路，对认定电气火灾事故原因有很重要的意义。我国采用的电气火灾技术鉴定方法主要是由公安部沈阳消防科学研究所提出的物证鉴定方法，分别是宏观法、成分分析法、剩磁法、金相法、微观形貌法和模拟试验法，其中金相分析法是判定电气火灾原因的一种有效方法，在我国的电气火灾物证技术鉴定中得到了广泛的应用并形成了《电气火灾原因技术鉴定方法》[7-9]。这些方法从宏观和微观上对直流建筑电气火灾短路熔痕的特征进行了描述，但是汽车导线与建筑物导线一次短路熔痕的形成条件不同。汽车导线大多为低压铜质多芯软线，除电源线外具有线径较细、股数较多等特点，且汽车大部分使用的是12V或24V蓄电池直流供电[10-14]，而建筑使用的是220V交流电源供电，所以用建筑电气线路短路熔痕的鉴定标准鉴别汽车线路短路熔痕存在一定偏差，但现今国内对汽车导线短路熔痕的专门研究却很少。
金相学中常常利用单层的显微组织特征来推断熔痕显微组织的整体形貌，这是对于所研究的材料组织相对均匀的情况。但是汽车导线熔痕体积较小，在经过短路和火烧后内部气孔分布不均匀，晶粒组织的形态不一，所以在汽车火灾物证鉴定中通过对熔痕的某个单层平面来推测断熔痕整体形貌，推测熔痕形成原因具有一定的片面性。本文通过金相制备技术改进得到汽车导线一次短路熔珠的多层金相显微组织，探究不同截面显微组织特征对汽车导线一次短路鉴定结果的影响，从而为今后的汽车火灾鉴定工作提供技术支持。