3mm2线径铜导线在不同受热温度下一次短路熔痕显微特征分析

3mm2线径铜导线在不同受热温度下一次短路熔痕显微特征 3mm2线径铜导线在不同受热温度下一次短路熔痕显微特征 分析 摘要:通过分析在实验室模拟火灾条件下3mm2线径铜导线及其熔珠熔痕的显微组织结构特征，得出结论:温度越高，晶粒的长大速度越快;在同一温度下，随着持续受热时间的增加，晶粒逐渐增大;火灾现场的温度及火灾持续时间对铜导线一次短路熔痕的金相组织有一定的影响。 关键词:铜导线 温度 时间 受热 晶粒 1 概述 短路是引起火灾的原因之一。短路熔痕是由电流的作用而产生的熔痕。一次熔痕是火灾前因本身故障短路而形成的熔痕。二次熔痕是由于火灾作用导线发生短路而形成的熔痕。在实验室模拟火灾现场，分析了3mm2铜导线在不同受热温度下一次短路熔痕显微特征，肯定了一些火灾原因的鉴定依据。 2 材料和方法 2.1 材料 电焊机;srjx-4-9型箱式电阻炉;p-2金相试样抛光机;xjg-05大型金相显微镜;sony体式显微镜;海鸥df300照相机，海鸥61—1型黑白放大机。 金相砂纸(320号、400号、600号、800号)，高反差黑白相纸(3号)。 牙托粉，自凝牙托水，显影粉(d-72，d-76)，酸性定影粉。 3mm2单芯聚氯乙烯铜导线。 fecl3;hcl;乙醇。 2.2 方法 2.2.1 一次短路熔珠的制备及处理。将不同线径铜导线分别剪成20cm长的若干节，去掉两端绝缘皮。利用电焊机使铜导线发生短路，电焊机一端接一块长50cm宽10cm的铜板，其另一端夹住已去掉绝缘皮的铜导线的裸线部分，调节电焊机电流(电焊机电流分为60a、80a、100a、120a、140a、160 a六档)，接通电源，使铜导线与铜板接触，产生一次短路熔珠。利用箱式电阻炉模拟火灾现场热环境，使熔珠在不同温度下加热不同时间，之后用体式显微镜对熔珠的外观进行拍照。样品编号见表2.1。 2.2.2 金相试样的制备、观察、拍照及照片冲洗。制好的熔珠经提取、镶嵌、研磨、抛光、浸蚀后在金相显微镜下观察、拍照并洗出照片。 ?镶嵌、研磨、抛光 用快速自凝牙托水(甲基丙稀酸甲酯)和自凝牙托粉镶嵌法镶嵌。用320号、400号、600号、800号金相砂纸对试样分别进行粗磨、细磨，每换一次砂纸时，试样均须转90?与旧磨痕成垂直方向，向一个方向磨至旧磨痕完全消失，新磨痕均匀一致时为止。经细磨后的试样，移到装有天鹅绒的抛光机上进行抛光。磨盘直径为200 mm，转速为1350r/min，抛光粉用细氧化铝粉。 ?浸蚀 铜导线所用化学浸蚀剂配比如下: fecl35g;hcl50ml;h2o100ml。浸蚀时间:3s-1min。 ?照相、洗相 把照相机连接到金相显微镜上，为观察到的试样的金相组织照相，曝光时间为1/4s。 在室温条件下冲洗底片，显影时间为3min40s，定影时间一般为10min。在放大机上印放照片，调节放大机的光圈，光圈数为8，底片密度适中的曝光时间为8s;基本显影时间为2-3min，定影15min，再把照片放在流水下冲洗15min。 3 结果与讨论 3.1 一次短路熔珠特征 3.1.1 表面特征。熔珠的大小一般是线径的1.5,2.5倍;熔珠的状态也不尽一致，有的较大且凝结在导线端的正当中，有的歪在线端的一侧。一次短路熔珠与导线衔接处有较明显的界限，熔珠表面有光泽。 3.1.2 金相组织特征。一次短路熔痕结晶时的环境温度为正常气温，冷却速度快，过冷度也就大，因此一次短路熔痕的显微组织以细小的柱状晶或胞状晶为主;一次短路熔痕气孔周围(cu+cu2o)共晶体较少，这是由于一次短路熔痕是在正常环境下形成的，外界环境温度低，冷却速度快，过冷度大，凝固时间短及空气中的水蒸汽少，氧气溶解量少，还没来得及与铜充分反应产生cu2o，就被析出组织之外。 3.2 受热后一次短路熔珠特征 3.2.1 表面特征。加热后表面有一层氧化物生成，而且极易脱落，温度越高，时间越长，越易生成氧化物。氧化物脱落后，导线表面有金属光泽。 3.2.2 孔洞特征。按照熔珠内有无孔洞以及孔洞内表面所具有的特征，可以鉴定出火烧熔痕，一次短路熔痕，二次短路熔痕。火烧导线在线端上形成的熔珠内部没有孔洞，利用成分分析法，可以根据孔洞内表面所含成分重量百分数的不同，准确地鉴定出短路是构成起火的原因还是火灾导致的原因。 3.2.3 金相组织变化特征 ?当受热温度在600?以下时，一次短路熔痕显微组织以细小的柱状晶为主，受热温度、持续受热时间对其影响不大。 ?当温度达到600?时，开始发生再结晶，随着时间的持续增加，晶粒逐渐长大。 由图可知，持续受热时间为30min时，一次短路熔痕的显微组织仍然是细小的柱状晶，当时间增加到1h30min时，晶粒长大，出现粗大的晶粒。 ?当温度超过600?以后，伴随着温度、时间的增加，晶粒逐渐呈长大趋势。 当持续受热时间增加到2h时，在相同放大倍率下，在整个金相显微镜视场内能看到粗大的晶粒。 4 结论 4.1 温度 实验结果显示，温度越高，晶粒的长大速度越快，这是因为晶界的平均迁移率与e-qm/rt成正比(qm为晶界迁移的激活能或原子扩散通过晶界的激活能)。 4.2 时间 实验结果显示，在同一温度下，随着持续受热时间的增加，晶粒逐渐增大。晶粒长大时，晶界总是向着曲率中心的方向移动。由dt=ct1/2， 其中，dt为t时间时的平均晶粒直径;c,k1/2，k为常数。这表明在恒温下发生正常晶粒长大时，平均晶粒直径随保温时间的平方根而增大。由此很容易解释一次短路熔珠在不同受热时间作用下，细小晶粒会逐渐长大。 参考文献: [1]金河龙.火灾原因认定[m].吉林科学技术出版社，1993. [2]刘仁存，郭军丽.浅析电气火灾的原因及其预防[j].消防科学与技术，2003(2):175-176. [3]韩宝玉，王希庆，邸曼，高伟.电气原因技术鉴定方法[s].公安部沈阳消防科学研究所，1997. [4]公安部政治部，火灾物证分析[m].北京:警官教育出版社，1999. [5]胡赓详，蔡珣.材料科学基础[m].上海市教育委员会组编.