倪章文

(廈門市消防支隊(duì)，福建 廈門 361000)

單股銅導(dǎo)線一次短路熔痕的多層金相分析

倪章文

(廈門市消防支隊(duì)，福建 廈門 361000)

金相法是電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定中最常用的方法之一，能為電氣火災(zāi)的原因認(rèn)定提供重要依據(jù)，而多層金相相比于單層金相分析更加精確，分析結(jié)果更加真實(shí)。采用多層金相法對一次短路熔痕進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果表明：一次短路熔痕的金相組織熔化區(qū)呈細(xì)小的柱狀晶或胞狀晶，非熔化區(qū)呈銅導(dǎo)線原始的等軸晶，氣孔小而少。對比觀察單股銅導(dǎo)線一次短路熔痕的金相組織，不同層的金相截面中晶粒形狀、氣孔分布都存在差異；同一溫度不同截面金相組織中晶粒大小、形狀有差異，氣孔也有變化。試驗(yàn)為金相組織的研究與觀察提供了新思路。

一次短路；火災(zāi)物證鑒定；熔痕；金相分析

金相分析技術(shù)是依據(jù)同一種金屬在經(jīng)過不同的加熱、保溫、冷卻等一系列熱處理后形成的不同金相組織顯微形態(tài)，鑒別出熔化性質(zhì)的分析方法。由于導(dǎo)線在不同火災(zāi)中的受熱方式和受熱程度不同，冷卻方式和過冷度不同，火場環(huán)境和氣氛也有所不同，因而會造成金屬導(dǎo)線結(jié)晶情況的差異，呈現(xiàn)出不同的金相組織。本次試驗(yàn)是對一次短路熔痕的多層金相分析。一次短路熔痕是指導(dǎo)線因自身的故障在火災(zāi)前形成的短路熔痕，它的金相顯微組織是由細(xì)小的柱狀晶或胞狀晶組成，有較少的小孔洞和明顯的過渡區(qū)，在偏光下觀察其顯微組織時(shí)，孔洞周圍的共晶體較少，不太明顯。這種現(xiàn)象的形成是由它的環(huán)境條件決定的，一次短路熔痕形成時(shí)，他周圍的環(huán)境溫度較低，在短路的瞬間，除了短路點(diǎn)處于高溫狀態(tài)，整個(gè)導(dǎo)線的溫度并不高，其金相組織仍呈方向性，過渡區(qū)的界限比較明顯。

1 試驗(yàn)材料、儀器和方法

利用火災(zāi)痕跡物證綜合試驗(yàn)臺的電焊機(jī)來制作單股一次短路熔痕，進(jìn)行金相制樣，利用4XCZ型金相顯微鏡對單股銅導(dǎo)線一次短路熔痕的金相組織進(jìn)行觀察。對試樣進(jìn)行觀察時(shí)，將試樣置于載物臺，調(diào)整粗/微調(diào)旋鈕進(jìn)行調(diào)焦，直到觀察到的圖像清晰為止，找到需要的視場，利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍攝。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 第一層金相組織

圖1～4分別是放大倍率為25×、50×、100×、200×下的單股銅導(dǎo)線一次短路熔痕的第一層金相組織的圖像，第一層圖像是熔珠打磨至五分之一拍照得到。由圖1可看出，一次短路熔痕的熔化區(qū)呈細(xì)小的柱狀晶或胞狀晶，非熔化區(qū)呈銅導(dǎo)線原始的等軸晶。由圖2～4可看出，一次短路熔珠原樣的顯微組織中，胞狀晶較多，由熔痕縱向頂端處至非融化區(qū)，所有晶粒的晶界明顯，熔痕內(nèi)部氣孔較少，面積較小，形狀表現(xiàn)為邊緣規(guī)則的圓形，分布極不均勻。

2.2 第二層金相組織

圖5～8分別是放大倍率為25×、50×、100×、200×下的單股銅導(dǎo)線一次短路熔痕的第二層金相組織的圖像。由圖5可看出熔珠與導(dǎo)線銜接處有明顯的界限。熔化區(qū)即熔珠內(nèi)呈細(xì)小的柱狀晶或胞狀晶，非熔化區(qū)呈等軸晶，第二層的氣孔較第一層要多，多分布在中心。由圖6～8可看出，熔珠的顯微組織中，胞狀晶較多，第二層的柱狀晶、胞狀晶較之第一層要更加細(xì)小，由熔痕縱向頂端處至非融化區(qū)，所有晶粒的晶界明顯，熔痕內(nèi)部氣孔較第一層要多，面積較小，形狀表現(xiàn)為邊緣規(guī)則的圓形，分布極不均勻，可以看出靠近熔珠中心氣泡更多，有擴(kuò)散趨勢。

圖1 一次短路熔痕原樣第二層金相組織 25×

圖2 一次短路熔痕原樣第二層金相組織 50×

圖3 一次短路熔痕原樣第二層金相組織 100×

圖4 一次短路熔痕原樣第二層金相組織 200×

圖5 一次短路熔痕原樣第二層金相組織 25×

圖6 一次短路熔痕原樣第二層金相組織 50×

圖7 一次短路熔痕原樣第二層金相組織 100×

圖8 一次短路熔痕原樣第二層金相組織 200×

2.3 第三層金相組織

圖9～12分別是放大倍率為25×、50×、100×、200×下的單股銅導(dǎo)線一次短路熔痕的第三層金相組織的圖像。第三層圖像是熔珠打磨至五分之三拍照得到。由圖9可看出熔珠與導(dǎo)線銜接處有明顯的界限。熔化區(qū)即熔珠內(nèi)呈細(xì)小的柱狀晶或胞狀晶，非熔化區(qū)呈等軸晶，第三層的氣孔較前兩層要少，氣孔面積都較小。由圖10～12可看出，一次短路熔珠原樣的顯微組織中，胞狀晶較多，第三層的柱狀晶、胞狀晶較之前要更加細(xì)小，由熔痕縱向頂端處至非融化區(qū)，所有晶粒的晶界明顯，熔痕內(nèi)部氣孔面積較小，形狀表現(xiàn)為邊緣規(guī)則的圓形。

圖9 一次短路熔痕原樣第三層金相組織 25×

圖10 一次短路熔痕原樣第三層金相組織 50×

圖11 一次短路熔痕原樣第三層金相組織 100×

圖12 一次短路熔痕原樣第三層金相組織 200×

2.4 第四層金相組織

圖13～16分別為25×、50×、100×、200×下的單股銅導(dǎo)線一次短路熔痕的第四層金相組織圖像。由圖13可看出熔珠與導(dǎo)線銜接處有明顯界限。熔化區(qū)呈細(xì)小的柱狀晶或胞狀晶，非熔化區(qū)呈銅導(dǎo)線原始的等軸晶，第四層的氣孔較前三層要少，氣孔面積都較小，氣泡有擴(kuò)散趨勢。由圖14～16可看出，一次短路熔珠原樣的顯微組織中，胞狀晶較多，第四層的柱狀晶、胞狀晶較之前稍大，由熔痕縱向頂端處至非融化區(qū)，所有晶粒的晶界明顯，熔痕內(nèi)部氣孔面積較小，形狀表現(xiàn)為邊緣規(guī)則的圓形，分布極不均勻。熔珠內(nèi)氣泡有擴(kuò)散趨勢，但無明顯規(guī)律。

3 結(jié)論

3.1 通過對單股銅導(dǎo)線一次短路熔痕金相組織的觀察與分析發(fā)現(xiàn)：金相組織常溫下呈細(xì)小的胞狀晶或柱狀晶，氣孔小而少。隨著加熱溫度的升高，晶粒有慢慢長大的趨勢，氣孔隨溫度升高變化不明顯。

圖13 一次短路熔痕原樣第四層金相組織 25×

圖14 一次短路熔痕原樣第四層金相組織 50×

圖15 一次短路熔痕原樣第四層金相組織 100×

圖16 一次短路熔痕原樣第四層金相組織 200×

3.2 通過試驗(yàn)，比較了不同截面金相組織的圖像，發(fā)現(xiàn)晶粒形態(tài)、大小都有不同程度的改變。一次短路熔珠金相截面中，內(nèi)層金相組織中柱狀晶或胞狀晶的寬度小于外層晶粒的寬度。在不同溫度不同截面中氣孔分布都極其不均勻，沒有明顯規(guī)律。這也說明多層金相的研究與分析具有其實(shí)際作用與意義，通過多層金相的對比，可以更加準(zhǔn)確地還原熔珠內(nèi)氣孔、晶粒等的實(shí)際狀態(tài)。

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[2] GB 16840-1997,電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法[S].

[3] 楊曉紅,馬子寧,趙輝.電氣火災(zāi)中導(dǎo)線熔痕的成因及形態(tài)特征的研究[J].東北電力技術(shù),2006,(5):15-16,19.

[4] 張建軍,姜蓬.基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的金相分析[J].消防科學(xué)與技術(shù),2008,27(1):68-71.

[5] 張金專,蔣浩.不同受熱溫度下一次短路熔珠顯微特征分析[J].火災(zāi)科學(xué),2008,17(1):63-66.

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(責(zé)任編輯 陳 華)

The Primary Short Circuited Melted Mark’s Multiple Metallographic Study of Copper Wire

NI Zhangwen

(XiamenMunicipalFireBrigade,FujianProvince361000,China)

Metallographic method is one of the most commonly used method in the technical appraisal of an electrical fire cause and it can provide an important basis for the identification of fire causes. The experiment shows that in the melted zone, the sample appears in afterbirth-like crystal and cylindrical crystal while in the unmelted zone it appears in the original isometric crystal. The pores are both tiny and small. There are both huge differences in pore distribution and crystal shape in one metallographic section from various temperature，and in different metallographic section, the size, shape of the pores and crystals are very uneven. It proves a new method for the research and observation of metallographic analysis.

primary short circuited; identification of fire physical; melted mark; metallographic method

2015-01-06

倪章文(1977— )，男，福建閩清人，工程師。

X928.7

A

1008-2077(2015)08-0093-04