单股铜导线一次短路熔痕的多层金相分析

倪章文

(厦门市消防支队，福建 厦门 361000)

单股铜导线一次短路熔痕的多层金相分析

倪章文

(厦门市消防支队，福建 厦门 361000)

金相法是电气火灾原因技术鉴定中最常用的方法之一，能为电气火灾的原因认定提供重要依据，而多层金相相比于单层金相分析更加精确，分析结果更加真实。采用多层金相法对一次短路熔痕进行试验分析，结果表明：一次短路熔痕的金相组织熔化区呈细小的柱状晶或胞状晶，非熔化区呈铜导线原始的等轴晶，气孔小而少。对比观察单股铜导线一次短路熔痕的金相组织，不同层的金相截面中晶粒形状、气孔分布都存在差异；同一温度不同截面金相组织中晶粒大小、形状有差异，气孔也有变化。试验为金相组织的研究与观察提供了新思路。

一次短路；火灾物证鉴定；熔痕；金相分析

金相分析技术是依据同一种金属在经过不同的加热、保温、冷却等一系列热处理后形成的不同金相组织显微形态，鉴别出熔化性质的分析方法。由于导线在不同火灾中的受热方式和受热程度不同，冷却方式和过冷度不同，火场环境和气氛也有所不同，因而会造成金属导线结晶情况的差异，呈现出不同的金相组织。本次试验是对一次短路熔痕的多层金相分析。一次短路熔痕是指导线因自身的故障在火灾前形成的短路熔痕，它的金相显微组织是由细小的柱状晶或胞状晶组成，有较少的小孔洞和明显的过渡区，在偏光下观察其显微组织时，孔洞周围的共晶体较少，不太明显。这种现象的形成是由它的环境条件决定的，一次短路熔痕形成时，他周围的环境温度较低，在短路的瞬间，除了短路点处于高温状态，整个导线的温度并不高，其金相组织仍呈方向性，过渡区的界限比较明显。

1 试验材料、仪器和方法

利用火灾痕迹物证综合试验台的电焊机来制作单股一次短路熔痕，进行金相制样，利用4XCZ型金相显微镜对单股铜导线一次短路熔痕的金相组织进行观察。对试样进行观察时，将试样置于载物台，调整粗/微调旋钮进行调焦，直到观察到的图像清晰为止，找到需要的视场，利用数码相机进行拍摄。

2 试验结果与讨论

2.1 第一层金相组织

图1～4分别是放大倍率为25×、50×、100×、200×下的单股铜导线一次短路熔痕的第一层金相组织的图像，第一层图像是熔珠打磨至五分之一拍照得到。由图1可看出，一次短路熔痕的熔化区呈细小的柱状晶或胞状晶，非熔化区呈铜导线原始的等轴晶。由图2～4可看出，一次短路熔珠原样的显微组织中，胞状晶较多，由熔痕纵向顶端处至非融化区，所有晶粒的晶界明显，熔痕内部气孔较少，面积较小，形状表现为边缘规则的圆形，分布极不均匀。

2.2 第二层金相组织

图5～8分别是放大倍率为25×、50×、100×、200×下的单股铜导线一次短路熔痕的第二层金相组织的图像。由图5可看出熔珠与导线衔接处有明显的界限。熔化区即熔珠内呈细小的柱状晶或胞状晶，非熔化区呈等轴晶，第二层的气孔较第一层要多，多分布在中心。由图6～8可看出，熔珠的显微组织中，胞状晶较多，第二层的柱状晶、胞状晶较之第一层要更加细小，由熔痕纵向顶端处至非融化区，所有晶粒的晶界明显，熔痕内部气孔较第一层要多，面积较小，形状表现为边缘规则的圆形，分布极不均匀，可以看出靠近熔珠中心气泡更多，有扩散趋势。

图1 一次短路熔痕原样第二层金相组织 25×

图2 一次短路熔痕原样第二层金相组织 50×

图3 一次短路熔痕原样第二层金相组织 100×

图4 一次短路熔痕原样第二层金相组织 200×

图5 一次短路熔痕原样第二层金相组织 25×

图6 一次短路熔痕原样第二层金相组织 50×

图7 一次短路熔痕原样第二层金相组织 100×

图8 一次短路熔痕原样第二层金相组织 200×

2.3 第三层金相组织

图9～12分别是放大倍率为25×、50×、100×、200×下的单股铜导线一次短路熔痕的第三层金相组织的图像。第三层图像是熔珠打磨至五分之三拍照得到。由图9可看出熔珠与导线衔接处有明显的界限。熔化区即熔珠内呈细小的柱状晶或胞状晶，非熔化区呈等轴晶，第三层的气孔较前两层要少，气孔面积都较小。由图10～12可看出，一次短路熔珠原样的显微组织中，胞状晶较多，第三层的柱状晶、胞状晶较之前要更加细小，由熔痕纵向顶端处至非融化区，所有晶粒的晶界明显，熔痕内部气孔面积较小，形状表现为边缘规则的圆形。

图9 一次短路熔痕原样第三层金相组织 25×

图10 一次短路熔痕原样第三层金相组织 50×

图11 一次短路熔痕原样第三层金相组织 100×

图12 一次短路熔痕原样第三层金相组织 200×

2.4 第四层金相组织

图13～16分别为25×、50×、100×、200×下的单股铜导线一次短路熔痕的第四层金相组织图像。由图13可看出熔珠与导线衔接处有明显界限。熔化区呈细小的柱状晶或胞状晶，非熔化区呈铜导线原始的等轴晶，第四层的气孔较前三层要少，气孔面积都较小，气泡有扩散趋势。由图14～16可看出，一次短路熔珠原样的显微组织中，胞状晶较多，第四层的柱状晶、胞状晶较之前稍大，由熔痕纵向顶端处至非融化区，所有晶粒的晶界明显，熔痕内部气孔面积较小，形状表现为边缘规则的圆形，分布极不均匀。熔珠内气泡有扩散趋势，但无明显规律。

3 结论

3.1 通过对单股铜导线一次短路熔痕金相组织的观察与分析发现：金相组织常温下呈细小的胞状晶或柱状晶，气孔小而少。随着加热温度的升高，晶粒有慢慢长大的趋势，气孔随温度升高变化不明显。

图13 一次短路熔痕原样第四层金相组织 25×

图14 一次短路熔痕原样第四层金相组织 50×

图15 一次短路熔痕原样第四层金相组织 100×

图16 一次短路熔痕原样第四层金相组织 200×

3.2 通过试验，比较了不同截面金相组织的图像，发现晶粒形态、大小都有不同程度的改变。一次短路熔珠金相截面中，内层金相组织中柱状晶或胞状晶的宽度小于外层晶粒的宽度。在不同温度不同截面中气孔分布都极其不均匀，没有明显规律。这也说明多层金相的研究与分析具有其实际作用与意义，通过多层金相的对比，可以更加准确地还原熔珠内气孔、晶粒等的实际状态。

[1] 胡建国.火灾调查[M].北京:中国人民公安大学出版社,2007.

[2] GB 16840-1997,电气火灾原因技术鉴定方法[S].

[3] 杨晓红,马子宁,赵辉.电气火灾中导线熔痕的成因及形态特征的研究[J].东北电力技术,2006,(5):15-16,19.

[4] 张建军,姜蓬.基于数字图像处理技术的金相分析[J].消防科学与技术,2008,27(1):68-71.

[5] 张金专,蒋浩.不同受热温度下一次短路熔珠显微特征分析[J].火灾科学,2008,17(1):63-66.

[6] 邸曼,张明,高伟.火灾中铜导线短路熔痕成分特征的分析研究[J].电子显微学报,2006,25(S1):194-195.

(责任编辑 陈 华)

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，福建闽清人，工程师。

X928.7

A

1008-2077(2015)08-0093-04