热得快电热丝的显微断口形貌分析

●张 辉

(武警学院消防工程系，河北廊坊 065000)

热得快是一种浸入式液体加热器，主要由电热管、电源线和插头组成。由于热得快使用方便，价格低廉，因此得到了广泛应用。然而，由于操作使用不当，尤其是通电干烧，以及产品质量问题等原因，由热得快引起的火灾时有发生［1］，给公共安全和社会稳定造成了严重危害。热得快火灾事故的调查，其关键问题是能否通过火灾残留物，判定火灾发生之前热得快处于通电状态［2］。对于热得快火灾痕迹物证的技术鉴定方法主要是金相分析法(GB 16840.4－1997)，该标准只能通过电源线的熔痕性质，间接判定火灾发生之前热得快是否处于通电状态，没有涉及主要部件电热丝的鉴定，因此存在局限性［3］。目前，对于热得快火灾痕迹物证的技术鉴定方法虽有一些研究，但主要集中在电热管管壁和电热丝的金相组织、表面形貌、表面成分等方面［4－5］。本文利用扫描电子显微镜，对热得快正常使用、通电干烧以及正常使用和通电干烧后受火灾作用4种状态下，电热丝的显微断口形貌进行对比分析，根据显微断口形貌特征，判定热得快在火灾发生之前是否处于通电干烧状态，并应用于实际火灾物证鉴定工作中，从而为此类火灾事故的认定提供证据。

1 实验材料及方法

实验材料:某厂生产的热得快(电热丝为Fe－Cr－Al电热合金丝)，额定电压220V，额定功率700W。实验方法为:(1)模拟正常使用状态。用10个新的热得快，分别插入盛满水的8磅热水瓶中，每次通电至水开，累计通电使用时间为30h，编号待用。(2)模拟通电干烧状态。热得快火灾事故通常是在通电状态下直接接触可燃物，或将水烧干后继续通电引发的。在通电状态下，热得快直接接触可燃物至起火的时间一般不超过2min。因此，用10个新的热得快，分别置于木板上，通电干烧2min后断电，编号待用。(3)模拟火灾作用状态。热得快引起火灾后，必然要经历火灾的作用。为了考察火场温度对电热丝显微断口形貌的影响，将正常使用、通电干烧后的热得快分别置于800℃的加热炉中加热30min，编号待用。(4)在上述不同实验条件下的电热管中部截取一段长10cm的电热丝，用WAW－1000微机控制电液伺服试验机拉断，加载速率1kN·s－1，获得电热丝断口样品，编号待用。(5)用KYKY2800B型扫描电子显微镜对电热丝的显微断口形貌特征进行观察和拍照。

2 结果与讨论

2.1 正常使用状态下电热丝的显微断口形貌特征

正常使用状态下电热丝受火前的显微断口形貌特征为:断口外貌呈较规则的圆形，断口凹凸不平，整个表面粗糙，有坑洞，呈等轴或撕裂“韧窝花样”［6］，韧窝底部有细小孔洞(见图1a)。正常使用状态下电热丝受火后的显微断口形貌特征为:断口外貌呈不规则形，断口凹凸不平加剧，整个表面更加粗糙，有较大的坑洞出现，呈等轴或撕裂“韧窝花样”，韧窝底部有孔洞(见图1b)。正常使用状态下电热丝受火前后的显微断口形貌特征虽有所不同，但均为“韧窝花样”，属于韧性断口，无本质区别。

图1 正常使用电热丝的显微断口形貌

2.2 通电干烧状态下电热丝的显微断口形貌特征

通电干烧状态下电热丝受火前的显微断口形貌特征为:断口外貌近似圆形或椭圆形，断口比较平整，有较深的裂纹出现，断口大部分表面比较光滑，呈“河流花样”或“岩石花样”，局部有少量“韧窝花样”，韧窝较小、较浅(见图2a)。通电干烧状态下电热丝受火后的显微断口形貌特征为:断口外貌呈不规则形，断口不平整，有较深的沟槽出现，断口大部分表面比较光滑，呈“河流花样”或“岩石花样”，局部有少量“韧窝花样”，韧窝较小、较浅(见图2b)。通电干烧状态下电热丝受火前后的显微断口形貌特征虽有所不同，但大部均为“河流花样”或“岩石花样”，局部有少量“韧窝花样”，属于以脆性断裂为主的韧脆混合性断口［7］，无本质区别。

图2 通电干烧电热丝的显微断口形貌

2.3 正常使用与通电干烧状态下电热丝的显微断口形貌特征比较

从上述实验结果可以看出，正常使用与通电干烧状态下电热丝的显微断口形貌存在明显的特征区别。正常使用状态下电热丝的整个断口表面呈等轴或撕裂“韧窝花样”，与新电热丝的显微断口形貌特征基本相同，属于韧性断口;通电干烧状态下电热丝的绝大部分断口表面呈“河流花样”或“岩石花样”，局部有少量“韧窝花样”，属于以脆性断裂为主的韧脆混合性断口。这主要是由于两种状态下电热丝所承受的温度不同所造成的［8］。在正常使用时，有螺旋形电热丝部分的电热管全部浸入水中，电热丝所产生的热量被水吸收后迅速释放，电热管管壁外表面的最高温度不超过130℃，此时电热丝的实际工作温度较低，还不足以使材料内部的组织结构发生明显变化，进而影响到断口的显微形貌。而在通电干烧时，由于空气为热的不良导体，电热丝所产生的热量不能迅速释放，电热管管壁外表面的最高温度可达800℃以上，造成电热丝的实际工作温度过高，导致电热丝处于过热或过烧状态，使材料内部的晶粒和晶界粗化，晶界表面氧化、熔化等，其后果是材料的塑性变形能力下降，断裂性质发生了由韧性断裂向脆性断裂的转变，反映在断口表面上，就会呈现出以脆性断裂为主的韧脆混合性断口或脆性断口的显微形貌特征。

2.4 加热温度和时间对电热丝显微断口形貌的影响

从上述实验结果可以看出，对正常使用和通电干烧状态下的热得快，用800℃的外部热源加热30min，尚不能对电热管内部电热丝的显微断口形貌特征产生本质的影响。在实际火灾现场中，热得快通常位于建筑物室内地面附近，处于火场温度较低处，其电热丝的显微断口形貌受火灾的影响程度较实验条件会更小。

3 结论

通过对实验结果的分析讨论，可得到以下结论:(1)在正常使用状态下，热得快电热丝的整个断口表面呈“韧窝花样”;在通电干烧状态下，热得快电热丝的绝大部分断口表面呈“河流花样”或“岩石花样”，局部有少量“韧窝花样”。(2)热得快电热丝的显微断口形貌特征，主要取决于自身电热作用，一般火场温度对其显微断口形貌特征的影响较小。(3)热得快电热丝的显微断口形貌特征，可以作为热得快在火灾发生之前是否处于通电干烧状态的判定依据。

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