剩磁法在汽车火灾原因鉴定中的适用性研究

柴智勇，王学平

（1.北京正研工程技术研究院有限公司司法鉴定中心，北京 102600；2.中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300）

据公安部统计，截至2019年6 月，全国机动车保有量达3.4 亿辆，其中汽车2.5 亿辆。 随着我国汽车保有量的逐年增加，汽车火灾事故频发，汽车火灾原因司法鉴定社会需求量较大。 常见的汽车火灾事故原因主要分为电路故障、油液泄漏、外来火源引燃等，其中电路故障占比较大，且高发于乘用车，原车导线电流过大或线径过细导致局部过热、电路老化、原装电器件故障、后期改装加装引发自燃等情况均有可能发生。 目前，针对汽车火灾电路故障涉及的一、二次短路熔痕分析，使用金相显微镜、扫描电子显微镜等仪器设备进行测试的实验室检验方法相对较为成熟，但对于火灾现场勘验，却主要依靠基于痕迹分析的人工目视检查方法，缺乏定量化的勘验手段。

1 剩磁法基本原理

电流具有磁效应，在电流周围空间产生磁场，处于磁场中的铁磁体容易受到磁化作用，当磁场逸去后铁磁体仍会保持一定磁性。 处于磁场中的铁磁体被磁化，保持磁性的大小与电流和磁场的强弱有关。 通常导线中的电流在正常状态下，虽然也会产生磁场，但其强度小，留在铁磁体上的剩磁也有限。当线路发生短路或有雷电经过时，将会产生异常大电流，从而出现具有相当强度的磁场，铁磁体也随之受到强磁化作用，保持较大的磁性。

由于建筑电路一般为220V 或380V 的高压交流电，因此在建筑火灾现场中，当怀疑火是由于导线短路或雷电引起而又无熔痕可作为依据时，鉴定技术人员可采用对导线及雷电周围铁磁体进行剩磁数据检测，根据国家标准《电气火灾原因技术鉴定方法 第 2 部分：剩磁法》（GB16840.2—1997）检测剩磁的有无和剩磁的大小来判定在建筑火灾现场中是否出现过短路及雷电现象，进一步分析与火灾起因的关系。 而传统燃油汽车电路以12V 或24V低压直流电为主，与建筑电路明显不同，能否同样使用剩磁法进行现场勘验和判定仍需进一步研究。

2 实验设备开发

为分析剩磁法在汽车火灾原因鉴定中的适用性， 需要根据汽车电路特点来设计模拟实验装置，结合汽车铁质金属零部件制作一次短路火灾故障。如图1 所示，本文模拟实验装置主要由特斯拉计、发电机、可变稳压电源、电源防爆安全箱、实验电源（蓄电池）、连接导线、闸刀开关、多功能燃烧实验箱、数字火焰温度计等组成，目前已取得发明专利授权（发明名称为“一种汽车电气火灾模拟实验装置及应用其实验的方法”，专利号：ZL201510579719.X）。

图1 汽车电气火灾模拟实验装置结构原理图

3 模拟实验及分析

本文采用汽车导线中常见的线径为2.0 mm的多芯聚氯乙烯绝缘铜导线，分别以缠绕、搭接等方式与汽车铁质金属零部件进行空间布置，通过模拟汽车火灾电气线路一次短路、火烧等情形进行实验，通过测量铁质金属零部件在上述不同布置情况下产生的剩磁数据变化情况进行分析与研究。

3.1 缠绕式模拟短路

3.1.1 实验过程

将导线通过零部件凸起、孔洞等位置以对称、偏置等连接方式进行缠绕连接，开展一次短路实验，如图2 所示。

图2 缠绕式模拟实验

3.1.2 实验数据

将缠绕式模拟短路实验的四个零部件样品依次编号为 1、2、3、4 号（图 3），对其尖角位置的剩磁数据进行测量，分别统计实验前、实验时、实验后7 d、实验后21 d、切割、敲击等状态下的剩磁数据变化情况（表 1）。

表1 四个零部件样品的剩磁数据结果

图3 四个零部件样品位置标示图

3.1.3 分析总结

根据以上数据进行分析，发现实验零部件样品经过导线一次短路后，其本身剩磁数据会有明显增加。 通常位于零部件四周的尖角处剩磁量比较高，随着零部件存放时间的延长，零部件各个尖角处剩磁数据会发生转移、增减，但总量不会发生太大变化。 当对零部件进行切割后，发现剩磁数据总量变化不大，会跟随零件分离而重新分布。 当对零部件进行敲击后，发现零部件剩磁数据会有明显减小，甚至有剩磁量全部消失的情况出现。 这是因为有磁性的物质，内部分子磁场的排列具有一定的指向性，于是总的效应是产生一个宏观磁场，但是这个磁场的指向性很脆弱，当分子动能增加时，可能会打乱原有的、有序排列，于是原有的磁场就会减弱甚至消失。 震荡、热处理都能够增加分子动能，也就有可能改变原有的磁场排列，因此会形成消磁的效果。

3.2 搭接式模拟短路

3.2.1 实验过程

将导线以搭接方式置于铁质零部件表面，开展一次短路实验，如图4 所示。 实验数据如图5 所示。

图4 搭接式模拟实验

图5 搭接样品实验数据

3.2.3 分析总结

当采用搭接较大零部件进行短路实验时，通过特斯拉计测量各零部件剩磁数据，将剩磁数据标注如图5 所示。 根据测量数据分析，发现导线搭接处产生的短路剩磁数据较大，这说明剩磁较大的位置很有可能是短路发生的位置。

3.3 火烧实验

3.3.1 实验过程

采用模拟过短路实验且存在剩磁的零部件进行模拟火烧实验，首先对零部件整体进行一次火烧加热至高温变红，待冷却后再测量零部件各处剩磁数据；自然存放一段时间以后，再次对零部件局部进行二次火烧加热至高温变红，待冷却后再测量零部件各处剩磁数据。 实验数据如图6 和表2 所示。

图6 模拟火烧实验位置图

表2 模拟火烧样品实验数据

3.3.2 分析总结

通过剩磁数据统计分析，发现零部件通过第一次火烧加热后，各尖角位置剩磁数据变化比较大，剩磁数据下降较多；当第二次火烧加热后，零部件剩磁数据进一步下降。 这是因为带磁性的物体当温度上升时，一方面原子间距加大，降低了交换作用，不利于原子的磁矩同向排列；另一方面，热运动不断破坏原子磁矩的规则取向，导致磁性下降。 当温度超过居里温度临界值，原子磁矩规则取向被完全破坏，物质失去磁性。

4 剩磁法误判因素

汽车产品结构较为复杂，车辆自身装配有一些诸如霍尔传感器、喇叭等磁体，且在使用过程中蓄电池附近的有些部件容易发生磁化作用。 另外，一旦车辆出现交通事故，经过钣金或者焊接等维修后，某些部件也容易磁化，以上车辆部件在火灾现场一旦使用特斯拉计测量，会产生一定的剩磁数据，在使用剩磁法鉴定时，非常容易让鉴定人员产生误判，最终导致出具错误的火灾原因鉴定意见。

4.1 新车剩磁干扰数据

由于汽油发动机属于点燃式，其车辆电路系统比柴油发动发动机车辆相对复杂，因此本文选取汽油乘用车车型进行研究。 在某4S 店内，对39 辆同一型号、未曾销售的某日系品牌新车的前机盖、前翼子板等车身部件以及发动机舱内蓄电池、喇叭、发电机等部件（图7）进行剩磁数据测量，统计结果见表3。

表3 某品牌39 辆同型新车各部件剩磁数值统计结果

图7 新车剩磁数据测量位置示意图

对表3 数据进行分析，发现车辆蓄电池固定螺栓、喇叭、发电机、点火线圈等部位剩磁数据较大，均已超过国家标准《电气火灾原因技术鉴定方法第 2 部分：剩磁法》（GB16840.2—1997）短路判定值。

4.2 事故维修车辆剩磁干扰数据

在某4S 店内，对15 辆前部发生过碰撞的、经过钣金或者焊接维修的交通事故车辆进行剩磁数据测量，主要测量前纵梁、前部支架、翼子板、车身缝隙等部位，统计结果见表4。

表4 事故维修车辆剩磁数值统计结果

对表4 数据进行分析，发现车辆左、右前纵梁等部位剩磁数据较大，均已超过国家标准《电气火灾原因技术鉴定方法第2 部分：剩磁法》（GB16840.2—1997）短路判定值。

5 结论

对于汽车火灾原因鉴定现场勘验，剩磁法具有一定的适用性，可以弥补人工目视检查的不足，使用特斯拉计进行剩磁数据测量是一种可行的汽车火灾现场检验手段。 但是如果现场检测到车辆某处剩磁数据较大时，不能简单地认定此处为车辆初始起火部位，并将火灾原因归咎为线路短路导致，应该在排除车辆自身装配的具有磁性的零部件、经过钣金或者焊接等维修后导致磁化等可能性后，结合车辆火灾事故后是否经过移动、敲击、切割等客观事实进行综合分析，最终给出司法鉴定意见。