汽車火災中銅導線熔痕微觀特征分析

泮戰俠，白培謙

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

汽車火災中銅導線熔痕微觀特征分析

泮戰俠，白培謙

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

通過分析汽車線路中的銅導線在火災中形成的一次短路熔痕、二次短路熔痕和火燒熔痕，歸納并總結了其形成機理及形貌特征，為鑒定汽車電氣火災原因提供了客觀、科學的依據。

汽車電氣；火災；導線熔痕；微觀特征

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-155-02

引言

隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高，汽車日益得到普及。然而，隨著汽車保有量的增加及汽車智能化的快速發展，汽車內部設施增多，各種電子控制系統不斷增加，加之對電控認識不足，汽車火災數量也呈攀升趨勢。

在認定火災原因過程中，由于火災現場環境復雜，很難從宏觀上進行準確判定。對于火災現場提取到的銅導線熔痕，根據其形成機理，采用金相分析方法，觀察內部組織結構特征，判定出銅導線熔痕類別，可作為認定火災原因的重要證據。筆者通過近年來對多家主機廠送檢的銅導線熔痕，分析總結了汽車火災中一次短路熔痕，二次短路熔痕，火燒熔痕的微觀特征，為認定汽車電氣火災原因提供了客觀、科學的技術支持。

1 一次短路熔痕形成機理及微觀形貌特征

一次短路熔痕是指在汽車火災發生之前因銅導線自身故障形成的短路熔化痕跡，是導致火災發生的源頭。在一次短路熔痕形成過程中，周圍環境溫度基本維持在正常氣溫下，銅導線在自身形成的瞬間高溫條件下融化后，冷卻速度快，迅速在融化的液滴內形核，在晶粒還沒長大時，已經凝固；另外，銅金屬在熔化時會吸收空氣中的少量氧氣，但由于冷卻速度較快，氧氣與銅金屬未充分反應也未溢出，就被截留包裹在內部組織中，形成少量氣孔，多呈圓形或橢圓形。鑒于以上形成機理，銅導線一次短路熔痕的基本特征主要有三點：一是熔珠熔化區與導線有明顯的分界線，圖1中左下端箭頭處為銅導線組織，其余為熔痕細小的柱狀晶；二是熔珠金相磨面內部存在少量氣孔；三是熔痕的金相組織呈細小的柱狀晶或胞狀晶；見圖2。

圖1 熔痕及過渡區顯微組織 25X

圖2 熔痕顯微組織 50X

若在火場中一次短路熔痕繼續受高溫的作用，達到黃銅的再結晶溫度后，晶粒會相互吞并長大，但其顯微組織中仍存在著柱狀晶和胞狀晶的痕跡，見圖3。

圖3 火燒后一次短路熔痕 25X

2 二次短路熔痕形成機理及微觀形貌特征

二次短路熔痕是指汽車火災發生后，銅導線在帶電狀態下，因外界火焰或高溫的作用，導致絕緣層失效發生短路后形成的熔痕，是火災作用的結果。在二次短路熔痕形成過程中，由于在短路發生之前，已經有火焰的存在，環境溫度相對較高，因此融化的液滴冷卻速度慢，凝固過程長，晶粒在形核后，不斷長大；另外，火災環境中存在大量的煙霧、粉塵，伴隨著導線熔痕液滴的凝固被截留包裹在熔痕中形成氣孔夾雜。鑒于以上形成機理，銅導線二次短路熔痕的基本特征主要有三點：一是熔珠與導線銜接處的過渡區界限不明顯，如圖4箭頭所示；二是熔珠金相磨面內部存在大量氣孔及夾雜物；三是熔痕的金相組織被氣孔夾雜物分割，且出現較多的粗大晶界或粗大的柱狀晶；見圖5。

圖4 熔痕及過渡區顯微組織 25X

圖5 熔痕局部顯微組織 50X

3 火燒熔痕形成機理及微觀形貌特征

火燒熔痕是指汽車火災發生后，銅導線在非帶電狀態下，因外界火焰或高溫的作用被熔化后形成的熔痕。火燒熔痕是在火災作用過程中形成，銅金屬受高溫作用熔化，由于冷卻速度比較慢，熔珠由液態到固態的轉變晶核有經歷了形成與長大的過程。因此，火燒熔痕的顯微組織為粗大的等軸晶粒。另外，由于冷卻速度慢，熔珠周圍的氧氣大部分可逸出或與銅金屬反應，所以火燒熔珠金相磨面是光滑的，組織內幾乎沒有孔洞（氣孔）存在，且局部組織存在高溫氧化產物。鑒于以上形成機理，銅導線火燒熔痕的基本特征主要有兩點：一是熔珠金相組織為較粗大的等軸晶；二是熔痕的金相磨面較光滑，組織內幾乎沒有空洞、氣孔等存在，局部存在高溫氧化產物；見圖6、7。

圖6 熔痕顯微組織 25X

圖7 熔痕局部顯微組織 200X

4 結論

汽車火災鑒定是一項復雜的系統的技術性工作，火災過后大部分零件被燒毀損壞，無法準確分析起火的原因，用戶出于保護自身利益的原因，也不愿意說出真相，有的加裝線路在工作人員到達現場前已自行拆除。但在汽車電氣火災原因鑒定中，一次短路熔痕、二次短路熔痕及火燒熔痕形成機理有著本質的區別，因此銅導線熔痕微觀形貌分析為火災事故認定提供了有力的理論依據，對火災原因及責任的認定起關鍵作用。另外，由于汽車火災現場存在一定的復雜性和多變性，熔痕點多則可達上百個，因此在應用微觀形貌分析的同時，應充分結合火災現場調查的信息，如相關零部件及總成工況，燒毀的方位，火勢的起始及走向，過火面積等有效定位，分區域排查并綜合分析，提高工作效率，以確保火災原因鑒定的高效、準確、可靠。

[1] GB/T16840.4-2008.電氣火災痕跡物證技術鑒定方法,第4部分:金相法[S].

[2] 劉筱薇,金應榮.銅導線的短路熔痕與過熱熔斷熔痕分析[J].材料熱處理技術,2011,14:194-199.

[3] 蔡宏偉,巴發海,陸慧等.金相檢驗[M].中國計量出版社,2008.

[4] 崔忠圻,覃耀春.金屬學與熱處理[M].機械工業出版社,2013.

[5] 沈蓮.機械工程材料[M].機械工業出版社,2013.

[6] 劉振剛,陳克,張德勝.汽車電氣火災現場勘查與鑒定技術的研究[J].火災調查與分析,2007,26（5）:577-579.

Analysis on Micro Characteristics of Copper Wire Melted Marks in the Automobile Fire Disaster

Pan Zhanxia, Bai Peiqian
(Shaanxi Heavy Duty Automobile Co.，Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

The paper researches the microscopic features and formation mechanism of the short circuit melting trace before fire, the short circuit melting trace after fire and the fire heat melting trace in the automobile electric fire disaster, which provides objective basis to Identified of the automobile electric fire.

Automobile electric fire; Electric fire disaster; Wire melting trace; Microscopic Features

U466 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)19-155-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.053

泮戰俠，工程師，就職于陜西重型汽車有限公司。主要從事金相分析和失效分析方面研究。