1、電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法第4部分金相法電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法系列標(biāo)準分為4部分：第1部分宏觀法；第2部分剩磁法；第3部分成分分析法；第4部分金相法。本標(biāo)準是電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法系列標(biāo)準的第4部分：金相法。本標(biāo)準金相法是在火災(zāi)現(xiàn)場中，依據(jù)銅、鋁導(dǎo)線在不同的環(huán)境氣氛中其金相顯微組織的不同變化，來鑒別火災(zāi)原因的一種方法。本標(biāo)準查閱并參照了美國建筑物火災(zāi)中銅導(dǎo)體的金相檢驗分析和建筑物火災(zāi)中導(dǎo)線的熔毀特征等論文。本標(biāo)準由全國消防標(biāo)準化技術(shù)委員會提出。本標(biāo)準由全國消防標(biāo)準化技術(shù)委員會第六分委員會歸口。本標(biāo)準起草單位：公安部沈陽消防科學(xué)研究所。本標(biāo)準主要起草人：王希慶、韓寶玉、邸曼、高偉。 

2、中華人民共和國國家標(biāo)準GB16840.41997電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法第4部分：金相法Technical determination methods for electrical fire causePart4：Metallographic method1 范圍  本標(biāo)準規(guī)定了定義、原理、設(shè)備器材、方法步驟、判定和送檢及鑒定時應(yīng)履行的書面程序。本標(biāo)準適用于在調(diào)查電氣火災(zāi)原因時，從銅、鋁導(dǎo)線上的火燒熔珠和短路熔珠的不同金相組織的變化特征，鑒別其熔化原因與火災(zāi)起因的關(guān)系。即：是火燒熔珠還是短路熔珠？是一次短路熔珠還是二次短路熔珠。2 定義本標(biāo)準采用下列定義：2.1 

3、熔痕melted mark銅鋁導(dǎo)線在外界火焰或短路電弧高溫作用下形成的圓狀、凹坑狀、瘤狀、尖狀及其他不規(guī)則的微熔及全熔痕跡。2.2 熔珠melted bead銅鋁導(dǎo)線在外界火焰或短路電弧高溫作用下,在導(dǎo)線的端部、中部或落地后形成的圓珠狀熔化痕跡。2.3 一次短路熔痕primary short circuited melted mark銅鋁導(dǎo)線因自身故障于火災(zāi)發(fā)生之前形成的短路熔化痕跡。2.4二次短路熔痕secondary short circuited melted mark銅鋁導(dǎo)線帶電，在外界火焰或高溫作用下，導(dǎo)致絕緣層失效發(fā)生短路后殘留的痕跡。2.5晶粒crystal parti

4、cle構(gòu)成多晶體的各個單晶體叫做晶粒。是由很多晶胞所組成的，往往呈顆粒狀，無規(guī)則的外形。2.6晶界crystal boundary兩個位向不同的晶粒相接觸的區(qū)域，即晶粒與晶粒之間的界面。2.7共晶體cocrystallization由共晶成分的液體合金凝固時生成兩種不同成分的固熔體，這種共晶反應(yīng)所得到的兩相混合組織叫共晶體2.8再結(jié)晶recrystal冷變形金屬加熱時產(chǎn)生的以新的等軸晶粒代替原來變形晶粒的過程叫再結(jié)晶。2.9等軸晶isometric crystal在通常的凝固條件下，金屬或合金的固溶體結(jié)晶成顆粒狀，內(nèi)部有各向等長相近的枝晶組織形成。枝晶的各個分枝，在各個方向均勻生長的大小不同的

5、晶粒叫等軸晶。2.10樹枝晶branch crystal先后長成的晶軸，彼此交錯似樹枝狀，稱為樹枝狀晶體。2.11鑄態(tài)組織casting-state structure  將液態(tài)金屬注入鑄模中，使之凝固，凝固后所得到的組織稱鑄態(tài)組織。2.12胞狀晶 afterbirth-like crystal固溶體在結(jié)晶時，晶體在界面上的以凸起條狀自由生長在過冷區(qū)時，所形成的不規(guī)則形狀、條狀、規(guī)則的六角形。2.13柱狀晶cylindrical crystal在通常的凝固條件下，金屬或合金的固溶體在結(jié)晶時，由晶內(nèi)生長成的枝晶，沿著分枝（主干）在某一特殊界面延伸生長，最后形成的晶粒呈長條形狀

6、。2.14偏光polarized light顯微鏡中的光源，采用正交偏振光照明。2.15 熔化過渡區(qū)fusion transition由熔痕向?qū)Ь€延伸的一定距離內(nèi)存在的融化現(xiàn)象，是火燒熔痕與二次短路熔痕所具有的特征。3 原理銅鋁導(dǎo)線無論是火災(zāi)作用熔化還是短路電弧高溫熔化，除全部燒失外，一般均能查找到殘留熔痕（尤其是銅導(dǎo)線），其熔痕外觀仍具有能代表當(dāng)時環(huán)境氣氛的特征。一次短路熔痕和二次短路熔痕同屬于瞬間電弧高溫熔化，具有冷卻速度快，熔化范圍小的特點，但不同的是前者短路發(fā)生在正常環(huán)境氣氛中，后者短路發(fā)生在煙火與溫度的氣氛中，而被通常火災(zāi)熱作用熔化的痕跡，其時間、溫度又均與短路不同，它具有

7、溫度持續(xù)時間長，火燒范圍大，熔化溫度低于短路電弧溫度。雖然都屬于熔化，但由于不同的環(huán)境氣氛參與了熔痕形成的全過程，所以保留了熔痕形成時的各自特征，其呈現(xiàn)的金相組織亦有各不相同的特點。4 設(shè)備與器材4.1金相顯微鏡放大倍數(shù)502000倍，帶攝像裝置（手動、自動、彩照、偏光等）。具體部件、設(shè)備及操作等應(yīng)按儀器說明書的規(guī)定進行；觀察試樣時，根據(jù)所需的放大倍數(shù)去選擇。4.2體視顯微鏡放大倍數(shù)10160倍，工作距離9730mm，視場范圍最大20  mm，帶有型照相機，曝光表。4.3附屬設(shè)備金相試樣預(yù)磨機、拋光機、金相鑲嵌機、暗室放大機、曝光定時器、曝光箱、顯影定影燈具，玻璃皿、鑷子、

8、模具、電吹風(fēng)等。5 方法步驟金相試樣的制備包括選取鑲嵌磨制拋光浸蝕等幾個步驟，忽視任何一道工序都會影響組織分析和檢驗結(jié)果的正確程度，甚至造成誤判。5.1 試樣制備制備好的試樣應(yīng)具備：組織有代表性，無假象，組織真實，無磨痕、麻點或水跡等。5.2 試樣選取提取試樣時，必須選擇有代表性的部位，應(yīng)根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場的實際，確保提取有熔痕、蝕坑等可供鑒定的部位和痕跡。5.3取樣部位可在導(dǎo)線有熔化痕跡和有蝕坑痕跡處取樣及在其附近的正常部位取樣進行橫、縱截面檢驗比較；橫向截面是觀察熔痕的顯微組織晶粒度情況，縱向截面是觀察熔痕與導(dǎo)線間過渡區(qū)的顯微組織變化情況。5.4 試樣尺寸試樣尺寸：

9、直徑為12mm，高為10mm的圓柱體或為12×12×10mm的方柱體的不同金屬材質(zhì)。對火災(zāi)現(xiàn)場中提取的遺留物其形狀特殊或尺寸細小不易握持的試樣，可進行鑲嵌。5.5 試樣提取對于細小的試樣可用鉗子切取；較大試樣可用手鋸或切割機等切取，必要時也可用氣割法截取。但燒割邊緣必須與試樣保持相當(dāng)距離，不論用哪種方法取樣，均應(yīng)注意試樣的溫度條件，必要時用水冷卻，以避免試樣因過熱而改變其組織。5.6清除污垢若提取的試樣表面沾有油漬，可用苯等有機溶劑溶去，生銹的試樣可用過硫酸銨（ NH 4）2S2O 8 或磷酸洗凈。至于其他簡便取油除銹的方法

10、亦可應(yīng)用。5.7 鑲嵌若試樣過小或形狀特殊時，可采用下列方法之一鑲嵌試樣。5.7.1塑料或電木粉鑲嵌法可用電木粉、透明電木粉或透明塑料粉在鑲嵌機上鑲嵌。用電木粉時，加壓（170250）×9.8×104Pa，同時加熱至130150保持約57min，冷卻后即成鑲嵌好的試樣。用透明電木粉時，加壓（170250）×9.8×104Pa，同時加熱至149170，保溫57min，隨后慢冷至75左右，然后水冷卻即成透明鑲嵌物。用塑料鑲嵌時，其溫度、壓力及保溫時間，視采用塑粉的性質(zhì)而定，保溫以不改變試樣的原始組織為宜。5.7.2快速鑲嵌法用快速自凝牙托水（甲基丙

11、烯酸甲脂）和自凝牙托粉鑲嵌法：首先將直徑為12mm的圓柱體紫銅管（或其他材質(zhì)管材亦可），置于玻璃板上，然后將試樣放在模具底部，再將快速自凝牙托水和自凝牙托粉按一定的比例混合調(diào)勻，成糊狀時，注入模具內(nèi)；在冬季室溫較低時，可用電吹風(fēng)加熱促使快速凝固，夏季室溫較高時，可以自然凝固；待凝固后，將模具除掉，即成鑲嵌好的試樣。5.7.3其他方法除以上兩種方法外，亦可將試樣鑲鑄于低熔點的物質(zhì)中。如硫磺、火漆、焊接合金（50錫，50鉛）或武氏合金（50鉍，25鉛，12.5錫，12.5鉻）等，有機塑料以及其他有效而不影響組織改變的鑲嵌方法也可以應(yīng)用。5.8 試樣的研磨試樣在砂紙上磨制時，用力不宜過大，

12、每次磨制的時間也不可太長，以免變形，用預(yù)磨機細磨時，必須邊磨邊用水冷卻，以免磨面過熱引起變形。5.8.1 研磨程序準備好的試樣，先在預(yù)磨機上依次由粗到細的各號砂紙上磨制。從粗砂紙到細砂紙，每換一次砂紙時，試樣均須轉(zhuǎn)90°角與舊磨痕成垂直方向，向一個方向磨至舊磨痕完全消失，新磨痕均勻一致時為止。同時每次用水將試樣洗凈吹干，手亦同時洗凈，以免將粗砂粒帶到細砂紙上。5.8.2粗拋光經(jīng)粗磨后的試樣，可移到裝有平呢、臺呢或細帆布的拋光機上進行粗拋光。磨盤的直徑可為200250mm，轉(zhuǎn)速可為400500r/min，拋光粉可用細氧化鋁粉或碳化硅粉等，拋光時間約為25min，拋光后用水洗凈

13、并吹干。5.8.3細拋光經(jīng)粗拋光后的試樣，可移至裝有天鵝絨或其他纖維細勻的絲絨拋光盤上進行精拋光。拋光盤直徑可為200250mm，轉(zhuǎn)速可為4001450r/min，拋光粉用經(jīng)水選的極細氧化鋁粉、氧化鎂粉或人造金剛石研磨膏等。一般拋光到試樣上的磨痕完全除去而表面像鏡面時為止。拋光后除用水沖凈外，建議浸以酒精，再用電吹風(fēng)吹干，使試樣的表面不致有水跡或污物殘留。5.8.4拋光注意試樣在拋光盤上精拋時，用力要輕，須從盤的邊緣至中心拋光，并不時滴加少許磨粉懸浮液（用氧化鎂粉時應(yīng)用蒸餾水懸浮液）或不時滴加少量煤油。絨布的濕度以將試樣從盤上取下觀察時，表面水膜能在兩三秒鐘內(nèi)完全蒸發(fā)消失為宜。在拋光的完成階段

14、可將試樣與拋光盤的轉(zhuǎn)動方向成相反方向拋光。試樣在拋光時，若發(fā)現(xiàn)有較粗的磨痕不易去掉或經(jīng)拋光后的試樣在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)有凹坑等情形而影響檢驗結(jié)果時，試樣應(yīng)重新磨制。5.9 試樣的浸蝕精拋后經(jīng)顯微鏡檢查合適的試樣，便可浸入盛于玻璃皿之浸蝕劑中進行浸蝕或揩擦一定時間。浸蝕時，試樣可不時地輕微移動，但拋光面不得與皿的底面接觸。5.9.1浸蝕時間浸蝕時間視金屬的性質(zhì)、浸蝕液的濃度、檢驗的目的及顯微檢驗的放大倍數(shù)而定。通常高倍觀察時，應(yīng)比低倍觀察浸蝕略淺一些。一般由數(shù)秒至三十分鐘不等，以能在顯微鏡下清晰顯出金屬組織為宜。5.9.2浸蝕浸蝕完畢后即刻取出，并迅速用水洗凈，表面再用酒精洗凈，然后吹干

15、。若浸蝕程度不足時，視具體情形可繼續(xù)進行浸蝕，或在拋光盤上重拋后再行浸蝕。若浸蝕過度時，則須在磨盤或砂紙上重新磨好后再進行浸蝕。經(jīng)過浸蝕后試樣表面有金屬擾亂現(xiàn)象，原組織不能顯出時，可在拋光盤上輕拋后再行浸蝕。一般如此重復(fù)數(shù)次，擾亂現(xiàn)象即可除去。擾亂現(xiàn)象過于嚴重，用此法不能全部消除時，則試樣須重新磨制。5.10浸蝕劑銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線及鋼鐵金屬常用的化學(xué)浸蝕劑建議采用下列幾種：金相浸蝕的配比見表1。5.11顯微組織檢驗金相檢驗可用各種類型金相顯微鏡。顯微鏡應(yīng)安裝于干燥無塵室中，并安置于穩(wěn)定的桌面或基座上，最好附有減振裝置。5.11.1 試樣檢驗試樣檢驗包括浸蝕前的檢驗及浸蝕后的檢驗。浸蝕前

16、主要檢驗試樣的光潔度和磨痕，浸蝕后主要檢驗試樣的顯微組織。5.11.2 試樣觀察在顯微鏡下觀察試樣時，一般先用50100倍，當(dāng)觀察細微組織情形時，再換用高倍率。5.11.3觀察試樣注意取用鏡頭時，應(yīng)避免手指接觸透鏡的表面。取用鏡頭時應(yīng)特別小心，用畢即放入盒內(nèi)原處。物鏡與試樣表面接近時，應(yīng)以細調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)時應(yīng)注意物鏡頭部不與試樣接觸。鏡頭表面有污垢時，應(yīng)先用細軟毛筆或無脂的羽毛拂試，然后用擦鏡紙或軟鹿皮擦凈，必要時可用二甲苯洗擦。鏡頭應(yīng)貯存于干燥潔凈的處所，顯微鏡不使用時需用防塵罩蓋起。5.12顯微照相準備作顯微照相的試樣，應(yīng)精細磨制，保持清潔。試樣的浸蝕程度視照相放大倍數(shù)而定。5

17、.12.1放大倍數(shù)照相放大倍數(shù)一般為501500倍。鏡頭的選擇，視所需要放大倍數(shù)而定（依照顯微鏡說明書適當(dāng)選配）。在低倍放大率（100倍）情況下，顯微鏡上使用三棱反射光線以增加亮度及襯度；高倍率時，用平玻璃反射鏡以增加分辨率。5.12.2光源照相使用的光源需調(diào)整適宜。所發(fā)出的光線需穩(wěn)定和有足夠的強度。照相時應(yīng)調(diào)節(jié)光源與聚光的位置，使光束恰好能射入垂直照射器進口的中心，使所得到地影像亮度強弱均勻一致。5.12.3濾光鏡濾光鏡應(yīng)依照物鏡的種類而定。若為消色差鏡頭時，用黃綠色濾光片；若為全消色差鏡頭時，則用黃、綠、藍色濾光片均可。5.12.4 試樣放置試樣應(yīng)平穩(wěn)地放在顯微鏡載物臺上，使其平

18、面與顯微鏡光軸垂直。試樣放置后，移動載物臺，選擇樣品上合適的組織部位。并調(diào)整顯微鏡焦距，使影像清晰。5.12.5光圈調(diào)節(jié)顯微鏡的孔徑光闌（即光圈）須調(diào)節(jié)至適當(dāng)大小，使顯微鏡所見到的像最清晰；顯微鏡的視場光闌（即光圈）須調(diào)節(jié)至適當(dāng)大小，使影像的光亮范圍能在底片大小范圍內(nèi)，而得到最佳的影像反襯。5.12.6曝光時間底片的曝光時間依試樣情況（金屬種類及浸蝕與否）、底片性質(zhì)和光亮強弱等因素而定。必要時可用分段曝光法先行試驗，自動曝光則可不考慮。5.13顯影和定影5.13.1顯影依照底片的種類選擇適當(dāng)?shù)娘@影液。顯影的溫度及時間，應(yīng)按照底片說明書的規(guī)定進行，一般的顯影溫度為20左右。5.13.2定影定影的

19、溫度應(yīng)在23以下。底片在定影液內(nèi)停留的時間一般為20-30min。定影后的底片用流動清水沖洗不少于30 min，然后在無塵的室內(nèi)晾干。若室溫超過23，為免除底片軟化起見，可于顯影后定影前經(jīng)過加硬手續(xù)。普通在2鉻明礬：KCr(SO4)2·12H2O與2酸性亞硫酸鈉：NaHSO3之水溶液中停留3-5min。底片在顯影及定影時，有乳膠的面必須向上。底片須完全浸入溶液內(nèi)，并時常晃動。5.14曬相曬相時應(yīng)依照底片的情況，燈光的強弱選擇適當(dāng)號數(shù)的相紙及曝光時間。曝光時間應(yīng)注意不要太短和太長，應(yīng)使底片上較暗部分的細致影像線條清晰地顯出為度。5.14.1曬相后顯影和定影按照相紙的種類而選擇

20、的顯影液。顯影時間一般為13  min。顯影后相紙可在含有1.5醋酸水溶液中微浸之，以中和堿性顯影液制止顯影的作用，然后將相紙浸入定影液中進行定影；相紙在顯影液及定影液內(nèi)時，乳膠面均須向上，并使其完全浸入溶液內(nèi)。相紙在新鮮定影液中停留的時間為15min左右，若為舊定影液則可酌量延長時間。定影后的相片應(yīng)在流動清水中漂洗12次，每次約5min，然后烘干。6 判定6.1導(dǎo)線熔痕鑒別6.1.1火燒熔痕火燒熔痕的金相組織呈現(xiàn)粗大的等軸晶，無空洞，個別熔珠磨面有極少縮孔（多股導(dǎo)線熔痕除外）。6.1.2一次短路熔痕與二次短路熔痕區(qū)別一次短路熔痕的金相組織呈細小的胞狀晶或柱狀晶；二次短路熔痕的金相組織被很多氣孔分割，出現(xiàn)較多粗大的柱狀晶或粗大晶界。一次短路熔珠金相磨面內(nèi)部氣孔小而較少，并較整齊；二次短路熔珠金相磨面內(nèi)部氣孔多而大，且不規(guī)整。一次短路熔珠與導(dǎo)線銜接處的過渡區(qū)界限明顯；二次短路熔珠與導(dǎo)線銜接處的過渡區(qū)界限不太明顯。一次短路熔珠