●王 斌

(武警學(xué)院訓(xùn)練部,河北廊坊 065000)

0 引言

導(dǎo)線過負荷火災(zāi)是一種常見的電氣火災(zāi)形式,導(dǎo)線過負荷引起火災(zāi)后,過負荷導(dǎo)線會繼續(xù)受火災(zāi)現(xiàn)場的高溫作用,會對過負荷導(dǎo)線的金相顯微組織形成影響[1],為考查受熱溫度和時間對過負荷銅導(dǎo)線金相組織的影響,本文通過模擬火災(zāi)現(xiàn)場中過負荷銅導(dǎo)線的形成和遺留過程,利用金相顯微鏡觀察過負荷銅導(dǎo)線受熱不同時間和不同溫度后的金相顯微特征,分析其變化規(guī)律,從而為火災(zāi)調(diào)查人員準(zhǔn)確認定火災(zāi)原因提供參考和技術(shù)支持。

1 實驗部分

1.1 實驗設(shè)備與材料

火災(zāi)痕跡物證綜合實驗臺(中國人民武裝警察部隊學(xué)院研制);SRJX-4-9型箱式電阻爐(杭州藍天儀器廠);P-2金相試樣拋光機(江南光學(xué)儀器廠);4XC型金相顯微鏡(上海光學(xué)儀器廠);Canon PowerShot A630數(shù)碼相機 (佳能中國有限責(zé)任公司 )。金相砂紙 (320號 、400號、600號、800號 );自凝牙托水,牙托粉;單芯聚氯乙烯銅導(dǎo)線(2.5mm2、4 mm2);FeCl3;HCl;無水乙醇。

1.2 實驗過程

取截面積為 2.5mm2和 4mm2的銅導(dǎo)線若干段,利用火災(zāi)痕跡物證綜合實驗臺制備出過負荷試樣。過負荷導(dǎo)線制成后,利用箱式電阻爐模擬火災(zāi)現(xiàn)場熱環(huán)境,將其置入其中加熱,在不同的溫度下加熱不同的時間,再以不同的冷卻方式對加熱后的銅導(dǎo)線進行冷卻,之后制成金相試樣進行觀察和拍照。

2 實驗結(jié)果

2.1 未通電和正常通電銅導(dǎo)線金相顯微特征

銅導(dǎo)線未通電和正常通電情況下的金相組織見圖 1、圖 2。作為導(dǎo)電線路的銅導(dǎo)線,是采用 99.95%以上的純銅經(jīng)過冷拔處理制成的,強烈的塑性變形,銅的晶粒被拉長,原來的等軸晶粒沿著變形方向被拉長,呈纖維狀組織,具有明顯的方向性[2]。銅導(dǎo)線的原始組織如圖 1所示。在正常使用狀態(tài)下的銅導(dǎo)線的組織,仍保留著上述方向性,如圖 2。

2.2 不同加熱溫度下過負荷銅導(dǎo)線金相顯微特征

不同加熱溫度下過負荷銅導(dǎo)線金相顯微特征如圖 3～圖 5所示。將線徑為 2.5mm2的銅導(dǎo)線在 2.5倍安全電流下過負荷 20min,再分別置于 300℃、400℃、500℃、600℃、800℃下加熱 30min后噴水冷卻所得的金相顯微組織,比較各受熱溫度下的過負荷銅導(dǎo)線金相組織可發(fā)現(xiàn),銅導(dǎo)線在通入 2.5倍安全電流過負荷 20min后,再將其置于 300℃～600℃的熱環(huán)境中受熱時,在該溫度區(qū)間內(nèi)其金相顯微組織變化不大,均表現(xiàn)為不規(guī)則的多邊形晶粒,且具有一定的方向性,如圖 3、圖 4;而在 800℃的熱環(huán)境中受熱時,其晶粒將明顯增大,由形狀不規(guī)則的多邊形晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)樾螤钶^為規(guī)則的等軸晶和柱狀晶,且方向性明顯消失,如圖 5。

圖1 未經(jīng)通電導(dǎo)線試樣(130×)

圖2 正常通電試樣(130×)

2.3 不同加熱時間下過負荷銅導(dǎo)線金相顯微特征

圖3 試樣 2.52.5-20-300-30-2(130×)

圖4 試樣 2.52.5-20-600-30-2(130×)

圖5 試樣 2.52.5-20-800-30-2(130×)

將過負荷銅導(dǎo)線在 500℃下加熱 10min、30min、50min、70min、90min后噴水冷卻。從得到的金相組織(圖 6～圖 8)中可以看出,在 500℃條件下,隨著加熱時間從 10min增加到 90m in,經(jīng)熱處理后的過負荷銅導(dǎo)線,其金相組織發(fā)生了輕微變化。由形狀不規(guī)則的多邊形細小晶粒(圖 6、圖 7)轉(zhuǎn)變?yōu)樾螤钶^為規(guī)則的細小等軸晶和柱狀晶(圖 8),方向性也有所降低,但總的來看變化不大。

圖6 試樣 2.52.5-20-500-10-2(130×)

圖7 試樣 2.52.5-20-500-70-2(130×)

圖8 試樣 2.52.5-20-500-90-2(130×)

3 結(jié)果分析

3.1 加熱溫度對過負荷銅導(dǎo)線金相組織的影響

銅導(dǎo)線的金相組織是單相組織[3],受熱溫度是影響其晶粒度的主要因素,晶粒的大小與其受熱溫度成正比,在一定的受熱時間內(nèi),受熱溫度越高,導(dǎo)線發(fā)生再結(jié)晶的速度越快,晶粒越大[4]。導(dǎo)線在不同溫度下所形成的晶粒形貌是不同的,在某一較高溫度下形成晶粒后,再將其置于一個較低的溫度下受熱,其晶粒將基本保持在高溫下已經(jīng)形成的形貌而不發(fā)生改變。結(jié)合本實驗,當(dāng)線徑為2.5mm2的銅導(dǎo)線中通入 2.5倍安全電流發(fā)生過負荷時,導(dǎo)線溫度已經(jīng)達到 795℃,在該溫度下保持 20min后,其微觀組織已發(fā)生改變,并形成了對應(yīng)于該溫度下的晶粒形貌,因此再將其置于低于 800℃的熱環(huán)境中受熱時,其微觀金相組織并未發(fā)生顯著變化,如圖 3、圖4;而將其置于 800℃的熱環(huán)境中受熱時,其晶粒明顯增大,方向性也基本消失,如圖 5。

3.2 加熱時間對過負荷銅導(dǎo)線金相組織的影響

對過負荷后的銅導(dǎo)線進行加熱處理時,加熱時間將影響其微觀形貌的變化。當(dāng)加熱溫度較高時,加熱時間對晶粒的影響較大;而當(dāng)加熱溫度較低時,加熱時間則對其影響不大[5]。結(jié)合本實驗,當(dāng)在500℃的熱環(huán)境中對發(fā)生過負荷后的銅導(dǎo)線進行加熱處理時,導(dǎo)線的金相顯微特征并未隨著加熱時間的延長而發(fā)生顯著變化。分析其原因是因為當(dāng)導(dǎo)線中通入 2.5倍安全電流發(fā)生過負荷時,導(dǎo)線溫度已達到 795℃,即加熱前的導(dǎo)線晶粒是在 795℃下形成的,該溫度高于隨后的熱處理溫度(500℃),所以在該溫度下加熱不同時間,其微觀組織基本保持原貌而不發(fā)生改變,如圖 6～圖 8。

4 結(jié)論

通過對過負荷銅導(dǎo)線金相顯微特征的分析比較,可以得出以下結(jié)論：過負荷銅導(dǎo)線的金相組織隨加熱溫度的升高,其晶粒也逐漸增大,但只有當(dāng)加熱溫度高于導(dǎo)線過負荷形成時的溫度時,晶粒增大才比較明顯。加熱時間對于晶粒影響受加熱溫度的影響較大,當(dāng)加熱溫度低于導(dǎo)線過負荷形成時的溫度時,加熱時間對晶粒度的影響不大,晶粒基本保持原貌不變。

[1]王希慶,韓寶玉,邸曼.電氣火災(zāi)現(xiàn)場勘查與鑒定技術(shù)指南[M].沈陽：遼寧大學(xué)出版社,1997.

[2]衛(wèi)廣昭,曹建旺,于進江.金相分析技術(shù)在電氣火因鑒定中的應(yīng)用[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2006,(8)：33-35.

[3]葉詩茂,陽世群,王新鋼,祝興華.金相分析中銅導(dǎo)線的腐蝕劑探討[J].消防科學(xué)與技術(shù),2004,24(3)：370-372.

[4]ZHANG Hui,ZHANG Hong-gang,PENG Da-shu.Hot deformation behavior of KFC copper alloy during compression atelevated temperatures[J].Science Press,2006：562-566.

[5]郭貴中.退火處理對紫銅組織和性能的影響[J].平原大學(xué)學(xué)報,2006,(3)：129-131.