汽车火灾中铜导线熔痕微观特征分析

泮战侠，白培谦

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

汽车火灾中铜导线熔痕微观特征分析

泮战侠，白培谦

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

通过分析汽车线路中的铜导线在火灾中形成的一次短路熔痕、二次短路熔痕和火烧熔痕，归纳并总结了其形成机理及形貌特征，为鉴定汽车电气火灾原因提供了客观、科学的依据。

汽车电气；火灾；导线熔痕；微观特征

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

引言

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，汽车日益得到普及。然而，随着汽车保有量的增加及汽车智能化的快速发展，汽车内部设施增多，各种电子控制系统不断增加，加之对电控认识不足，汽车火灾数量也呈攀升趋势。

在认定火灾原因过程中，由于火灾现场环境复杂，很难从宏观上进行准确判定。对于火灾现场提取到的铜导线熔痕，根据其形成机理，采用金相分析方法，观察内部组织结构特征，判定出铜导线熔痕类别，可作为认定火灾原因的重要证据。笔者通过近年来对多家主机厂送检的铜导线熔痕，分析总结了汽车火灾中一次短路熔痕，二次短路熔痕，火烧熔痕的微观特征，为认定汽车电气火灾原因提供了客观、科学的技术支持。

1 一次短路熔痕形成机理及微观形貌特征

一次短路熔痕是指在汽车火灾发生之前因铜导线自身故障形成的短路熔化痕迹，是导致火灾发生的源头。在一次短路熔痕形成过程中，周围环境温度基本维持在正常气温下，铜导线在自身形成的瞬间高温条件下融化后，冷却速度快，迅速在融化的液滴内形核，在晶粒还没长大时，已经凝固；另外，铜金属在熔化时会吸收空气中的少量氧气，但由于冷却速度较快，氧气与铜金属未充分反应也未溢出，就被截留包裹在内部组织中，形成少量气孔，多呈圆形或椭圆形。鉴于以上形成机理，铜导线一次短路熔痕的基本特征主要有三点：一是熔珠熔化区与导线有明显的分界线，图1中左下端箭头处为铜导线组织，其余为熔痕细小的柱状晶；二是熔珠金相磨面内部存在少量气孔；三是熔痕的金相组织呈细小的柱状晶或胞状晶；见图2。

图1 熔痕及过渡区显微组织 25X

图2 熔痕显微组织 50X

若在火场中一次短路熔痕继续受高温的作用，达到黄铜的再结晶温度后，晶粒会相互吞并长大，但其显微组织中仍存在着柱状晶和胞状晶的痕迹，见图3。

图3 火烧后一次短路熔痕 25X

2 二次短路熔痕形成机理及微观形貌特征

二次短路熔痕是指汽车火灾发生后，铜导线在带电状态下，因外界火焰或高温的作用，导致绝缘层失效发生短路后形成的熔痕，是火灾作用的结果。在二次短路熔痕形成过程中，由于在短路发生之前，已经有火焰的存在，环境温度相对较高，因此融化的液滴冷却速度慢，凝固过程长，晶粒在形核后，不断长大；另外，火灾环境中存在大量的烟雾、粉尘，伴随着导线熔痕液滴的凝固被截留包裹在熔痕中形成气孔夹杂。鉴于以上形成机理，铜导线二次短路熔痕的基本特征主要有三点：一是熔珠与导线衔接处的过渡区界限不明显，如图4箭头所示；二是熔珠金相磨面内部存在大量气孔及夹杂物；三是熔痕的金相组织被气孔夹杂物分割，且出现较多的粗大晶界或粗大的柱状晶；见图5。

图4 熔痕及过渡区显微组织 25X

图5 熔痕局部显微组织 50X

3 火烧熔痕形成机理及微观形貌特征

火烧熔痕是指汽车火灾发生后，铜导线在非带电状态下，因外界火焰或高温的作用被熔化后形成的熔痕。火烧熔痕是在火灾作用过程中形成，铜金属受高温作用熔化，由于冷却速度比较慢，熔珠由液态到固态的转变晶核有经历了形成与长大的过程。因此，火烧熔痕的显微组织为粗大的等轴晶粒。另外，由于冷却速度慢，熔珠周围的氧气大部分可逸出或与铜金属反应，所以火烧熔珠金相磨面是光滑的，组织内几乎没有孔洞（气孔）存在，且局部组织存在高温氧化产物。鉴于以上形成机理，铜导线火烧熔痕的基本特征主要有两点：一是熔珠金相组织为较粗大的等轴晶；二是熔痕的金相磨面较光滑，组织内几乎没有空洞、气孔等存在，局部存在高温氧化产物；见图6、7。

图6 熔痕显微组织 25X

图7 熔痕局部显微组织 200X

4 结论

汽车火灾鉴定是一项复杂的系统的技术性工作，火灾过后大部分零件被烧毁损坏，无法准确分析起火的原因，用户出于保护自身利益的原因，也不愿意说出真相，有的加装线路在工作人员到达现场前已自行拆除。但在汽车电气火灾原因鉴定中，一次短路熔痕、二次短路熔痕及火烧熔痕形成机理有着本质的区别，因此铜导线熔痕微观形貌分析为火灾事故认定提供了有力的理论依据，对火灾原因及责任的认定起关键作用。另外，由于汽车火灾现场存在一定的复杂性和多变性，熔痕点多则可达上百个，因此在应用微观形貌分析的同时，应充分结合火灾现场调查的信息，如相关零部件及总成工况，烧毁的方位，火势的起始及走向，过火面积等有效定位，分区域排查并综合分析，提高工作效率，以确保火灾原因鉴定的高效、准确、可靠。

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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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)19-155-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.053

泮战侠，工程师，就职于陕西重型汽车有限公司。主要从事金相分析和失效分析方面研究。