【doc】电气线路火灾中铜导线一次短路与二次短路的显微组织特征
电气线路火灾中铜导线一次短路与二次短
路的显微组织特征
第l6喜第6期
V01.16No.5
科学2000年10月
JOURNALOFANALYTICALSCIENCEOct.2000 文章编号:1006—6144(2000)05—0406—04
电气线路火灾中铜导线一次短路与二次短路
的显微组织特征
张晓觊周忠/书运李建文徐采林
一师箍:军化分析测试中心,请南,250014)
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摘要:时电气残路火竞中铜导残的一次短路与二次短路的显微蛆衄特性进行了对比分
析,利用二者之闻槭蛄构形态上的盖异采分析鉴定火变的起因.为套安消防部门侦破火囊
案件提供了有利的科学证据,可使案件侦破率厦破案速度太太提高.因而,特此项工作如
,,f咀推广有十分重要的意史.与空相显槭境比较.用电镜进行观察分析具有放太掊敖连续谓
q
一
'节范珥太,景深太,分辨率高,阿时具有图象更清晰,立体感更明显的特点. 言;熔ATGI"13;O657A嗣?',{f;,中圈分类号:文献标识码:^王,J ,乞
电镜观察分析是研究金属材料,半导体材料及一切固体材料和生物医学材料的
面
形态,内部组织及其结构的一门科学.在上述学科中电镜已得到了广泛的应用.而将它的
科学理论,技术方法和仪器设备应用到消防部门,用于电气火灾原因分析中,则是一种比
较新的方法.自1995年起,我们与济南市公安消防分局火灾原因调查科合作,尝试用电镜
分析鉴定火灾起因,取得了十分满意的结果,目前已参与分析各类电气线路火灾22起,观
察样品150余个.
通常,火灾现场的金属残留物很多,在什么部位取样是很重要的.取样部位的恰当与
否,直接影响到检查结果的准确性.因而,必须提取带有融化痕迹的物证.由电气线路,设
备故障引起的火灾,在故障点高温作用下,绝大多数的铜,铝甚至钢铁及其它合金等,都会
出现熔化现象.分析这些金属或导线残臼物熔痕的表面形态和其内部的组织结构,对于认
定火灾起因才有意义.本文仅对电气线路火灾中铜导线的一次短路与二次短路的显微特
征进行比较分析.
1实验部分
1.1导线短路痕迹的形成及其表现形式
电气线路中的不同相或不同电位的两根或两根以上的导线不经负载直接接触称为短
路由于短路的瞬时温度可达2000?以上,而常用的铜导线的熔点为1083?,因此,短路
强烈的电弧高温作用可使锕导线局部金属迅速熔融,气化,甚至造成金属熔滴的飞溅,从
而产生了导线短路熔化的痕迹.
收稿日期一1999—11-01通讯联采人:张晓凯
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第5期张晓札等:电气残路戈灾中铜导残一班短路与二班短路的显氍蛆织特征第16卷
导线短路形成的熔痕可分为两种:一种是发生在火灾之前的短路,称为一次短路熔 痕:另一种是着火后,火灾火焰或火灾热使导线绝缘破坏而形成的短路,称之为二次短路
熔痕.由于短路电流的大小及作用时间的不同,因而短路熔痕的外观状态相当复杂,常见
的有以下几种:
(1)短路熔珠;(2)尖状熔痕;(3)凹坑状熔痕;(4)喷溅熔珠.
1.2一次短路熔痕与二次短路熔痕的鉴别
一
次短路与二次短路熔痕在外观上没有明显差别,在本质上是相同的.由于二者产生 的外界环境不同.因此在它们各自形成的短路熔痕中便留下了可以区别的显徽特征.如图
1,图2,图3a及图3b所示,分别为正常原始铜导线组织及一次短路和二次短路的铜导线
显徽结构图象.由图示可以看出,一次短路熔痕与二次短路熔痕在显微组织结构上的不同
特征主要有以下几个方面t(1)一次短路熔痕的显徽组织大都是由细小的柱状晶组成,而
二次短路熔痕的显徽组织都是由等轴晶组成,且被很多气孔分割出现较多粗大晶界,在多
数情况下,看不到与一次短路熔痕相同的细小柱状晶结构.(2)一次短路熔痕内部气孔少
而小,二次短路熔痕内部气孔多而大.(3)一次短路熔痕气孔周围的(Cu4-Cuo)共晶
体较
少,不明显;二次短路熔痕周围(Cu4-Cu0)共晶体较明显.(4)一次短路熔珠过度区(熔珠
与导线衔接处)有较明显的界限;而二次短路熔珠过度区界限不明显. Fig.1Thefjbrtdm【costructureofr矗wcopper
啪re
2讨论
F2Thecoulumnarcrystalmicrostructureof thefirstshortcircuitofcopperwire 2.1显微组织特征
由于一次短路熔痕结晶时的环境温度为正常气温,而二次短路熔痕结晶时的环境温
度为火灾温度,所以二者在结晶时的冷却速度有较大差别,从而使结晶时的过玲度也存在
着明显的差异,既一次短路熔痕比二次短路熔痕的冷却速度要大,过玲度也就大些.因此,
一
次短路熔痕的显微组织以柱状晶为主,而二次短路熔痕的显微组织以等轴晶为主,而且
二次熔痕的晶粒也较一次短路熔痕的晶粒租大些.
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第5期分析科学第16毒
Fig.3TheequiaxleCl~stai(orrecrysta1)microstructure0fthesecondshortcircuitofcopperw
ire
(a)Thebiggergrainofequ[axlecrystalinbiggertemperltureintheSeDCeofafire
(b)Thesmallergrainofequiaxlecrystalinlowertemper[tureinthe~enceofafire
2.2气孔
一
次短路熔痕由于其形成的环境温度低,冷却速度快,凝固过程短,虽被截留在熔痕 内的气体较多而来不及析出体外,但由于它是在燃烧产物,水蒸汽等少的环境中形成的,
所以,一次短路熔痕内部的气孔是少而小.二次短路熔痕是在火灾中形成的,因火场温度
高,冷却速度慢,凝固过程长,虽被析出的气体多,但由于火灾环境中存在着大量的灰尘,
杂质和各种燃烧产物,以及受火灾热作用而蒸发的水蒸汽等,也将进人铜的熔液中,因此,
二次短路熔痕内部的气孔总是又多又太.
23共晶体
由于一次短路熔痕是在正常环境下形成的,凝固时间短及空气中的水蒸汽少,故氧气
的溶解量少,且还没来得及与铜充分反应产生Cu.0时,就被析出组织之外,所以,一次短
路熔痕气孔周围生成的(Cu+Cu0)共晶体很少;而二次短路熔痕是在火灾条件下形成
的,凝固时间长,再加上空气中的水蒸汽多,氧与铜的反应增加,又园气孔周围的晶体映陷
较多,氧得以沿晶探人,故生成的(Cu+Cu:0)共晶体的量也相应增多,且比一次短路熔痕
更明显.
2.4过渡区
一
次短路熔珠在形成时,即在短路瞬间,除短路点处于高温状态下外,整个导线的温 度并不高,其显微组织仍为加工时的原始状态呈方向性,所以温度过度区的界限比较明
显.如果继续在火场的高温中不断加热,短路熔珠内的细小柱状晶品粒逐渐长大,过度区
随着温度的升高而再结晶变成粗大的等轴晶,但其界限依然比较清楚.而二次短路
熔珠在
形成之前,因火灾的高温作用,整个导线的温度比较高,因此,除短路点处于高温状
态之
外,在短路点附近的温度也较高,所以,过度区的界限比较模糊.如果也在火焰中不
断加
热,则在短路熔珠内比较粗大的柱状晶和在过渡区内比较粗大的等轴晶都将继续
长大,从
而使过渡区的界限和柱状晶的豉痕更加狼牙交错和模糊不清.
408
第5期张晓凯等:电气践路火灾中铜导践一班短路与二斑短路的显微组担特征第
16春
参考文献:
E1]周忠平,张晓凯,彭庆平,徐泉林.电气线路火灾与其他火灾现场熔珠的电镜分析
[M].北京:清华
大学出版杜,1998(6)50,52
MicrostructureFeatureoftheFirstShortCircuitand
theSecondShortCircuitofCopperWireinthe
ElectricalEquipmentLineFireasaDisaster
ZHANGXiao—kai',ZHOUZhong—ping,WANGShu—yun,LIJian—wen,XUQuan—
lin
(AnatgsisandTestingCentreofShangdongNormalUniversity,Jinan,250014) Abstract:Themlcrostructurefeatureofthefirstshortcircuitandthesecondshort circuitofcopperwireintheelectricalequipmentlinefireasadisasteriscontrastedand analysedinthispaper.Thecauseoffireisevaluatedandanalysedbythedifferencein microstructurebetweenthefirstshortcircuitandthesecondshortcircuitofcopper wire.Itwouldprovidescientificandfavourableevidenceforthedepartmentoffire policemantOclearupacaseoftire.
Keywords:Firstshortcircuit;Secondshortcircuit;Meltedbead;Meltedtrace;
Columnarcrystal;Equiaxlecrystal 欢迎您到邮局订阅《光谱实验室》
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