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1、电气火灾原因技术鉴定方法第4部分金相法电气火灾原因技术鉴定方法系列标准分为4部分：第1部分宏观法；第2部分剩磁法；第3部分成分分析法；第4部分金相法。本标准是电气火灾原因技术鉴定方法系列标准的第4部分：金相法。本标准金相法是在火灾现场中，依据铜、铝导线在不同的环境气氛中其金相显微组织的不同变化，来鉴别火灾原因的一种方法。本标准查阅并参照了美国建筑物火灾中铜导体的金相检验分析和建筑物火灾中导线的熔毁特征等论文。本标准由全国消防标准化技术委员会提出。本标准由全国消防标准化技术委员会第六分委员会归口。本标准起草单位：公安部沈阳消防科学研究所。本标准主要起草人：王希庆、韩宝玉、邸曼、高伟。中华人民共和
2、国国家标准GB16840.41997电气火灾原因技术鉴定方法第4部分：金相法Technical determination methods for electrical fire causePart4：Metallographic method1范围 本标准规定了定义、原理、设备器材、方法步骤、判定和送检及鉴定时应履行的书面程序。本标准适用于在调查电气火灾原因时，从铜、铝导线上的火烧熔珠和短路熔珠的不同金相组织的变化特征，鉴别其熔化原因与火灾起因的关系。即：是火烧熔珠还是短路熔珠？是一次短路熔珠还是二次短路熔珠。2 定义本标准采用下列定义：2.1熔痕melted mark铜铝导线在外界火焰或短
3、路电弧高温作用下形成的圆状、凹坑状、瘤状、尖状及其他不规则的微熔及全熔痕迹。2.2熔珠melted bead铜铝导线在外界火焰或短路电弧高温作用下,在导线的端部、中部或落地后形成的圆珠状熔化痕迹。2.3 一次短路熔痕primary short circuited melted mark铜铝导线因自身故障于火灾发生之前形成的短路熔化痕迹。2.4二次短路熔痕secondary short circuited melted mark铜铝导线带电，在外界火焰或高温作用下，导致绝缘层失效发生短路后残留的痕迹。2.5晶粒crystal particle构成多晶体的各个单晶体叫做晶粒。是由很多晶胞所组成的，
4、往往呈颗粒状，无规则的外形。2.6晶界crystal boundary两个位向不同的晶粒相接触的区域，即晶粒与晶粒之间的界面。2.7共晶体cocrystallization由共晶成分的液体合金凝固时生成两种不同成分的固熔体，这种共晶反应所得到的两相混合组织叫共晶体2.8再结晶recrystal冷变形金属加热时产生的以新的等轴晶粒代替原来变形晶粒的过程叫再结晶。2.9等轴晶isometric crystal在通常的凝固条件下，金属或合金的固溶体结晶成颗粒状，内部有各向等长相近的枝晶组织形成。枝晶的各个分枝，在各个方向均匀生长的大小不同的晶粒叫等轴晶。2.10树枝晶branch crystal先后
5、长成的晶轴，彼此交错似树枝状，称为树枝状晶体。2.11铸态组织casting-state structure将液态金属注入铸模中，使之凝固，凝固后所得到的组织称铸态组织。2.12胞状晶 afterbirth-like crystal固溶体在结晶时，晶体在界面上的以凸起条状自由生长在过冷区时，所形成的不规则形状、条状、规则的六角形。2.13柱状晶cylindrical crystal在通常的凝固条件下，金属或合金的固溶体在结晶时，由晶内生长成的枝晶，沿着分枝（主干）在某一特殊界面延伸生长，最后形成的晶粒呈长条形状。2.14偏光polarized light显微镜中的光源，采用正交偏振光照明。2.
6、15熔化过渡区fusion transition由熔痕向导线延伸的一定距离内存在的融化现象，是火烧熔痕与二次短路熔痕所具有的特征。3 原理铜铝导线无论是火灾作用熔化还是短路电弧高温熔化，除全部烧失外，一般均能查找到残留熔痕（尤其是铜导线），其熔痕外观仍具有能代表当时环境气氛的特征。一次短路熔痕和二次短路熔痕同属于瞬间电弧高温熔化，具有冷却速度快，熔化范围小的特点，但不同的是前者短路发生在正常环境气氛中，后者短路发生在烟火与温度的气氛中，而被通常火灾热作用熔化的痕迹，其时间、温度又均与短路不同，它具有温度持续时间长，火烧范围大，熔化温度低于短路电弧温度。虽然都属于熔化，但由于不同的环境气氛参与了
7、熔痕形成的全过程，所以保留了熔痕形成时的各自特征，其呈现的金相组织亦有各不相同的特点。4 设备与器材4.1金相显微镜放大倍数502000倍，带摄像装置（手动、自动、彩照、偏光等）。具体部件、设备及操作等应按仪器说明书的规定进行；观察试样时，根据所需的放大倍数去选择。4.2体视显微镜放大倍数10160倍，工作距离9730mm，视场范围最大20mm，带有型照相机，曝光表。4.3附属设备金相试样预磨机、抛光机、金相镶嵌机、暗室放大机、曝光定时器、曝光箱、显影定影灯具，玻璃皿、镊子、模具、电吹风等。5 方法步骤金相试样的制备包括选取镶嵌磨制抛光浸蚀等几个步骤，忽视任何一道工序都会影响组织分析和检验结果
8、的正确程度，甚至造成误判。5.1试样制备制备好的试样应具备：组织有代表性，无假象，组织真实，无磨痕、麻点或水迹等。5.2试样选取提取试样时，必须选择有代表性的部位，应根据火灾现场的实际，确保提取有熔痕、蚀坑等可供鉴定的部位和痕迹。5.3取样部位可在导线有熔化痕迹和有蚀坑痕迹处取样及在其附近的正常部位取样进行横、纵截面检验比较；横向截面是观察熔痕的显微组织晶粒度情况，纵向截面是观察熔痕与导线间过渡区的显微组织变化情况。5.4试样尺寸试样尺寸：直径为12mm，高为10mm的圆柱体或为121210mm的方柱体的不同金属材质。对火灾现场中提取的遗留物其形状特殊或尺寸细小不易握持的试样，可进行镶嵌。5.
9、5试样提取对于细小的试样可用钳子切取；较大试样可用手锯或切割机等切取，必要时也可用气割法截取。但烧割边缘必须与试样保持相当距离，不论用哪种方法取样，均应注意试样的温度条件，必要时用水冷却，以避免试样因过热而改变其组织。5.6清除污垢若提取的试样表面沾有油渍，可用苯等有机溶剂溶去，生锈的试样可用过硫酸铵（NH4）2S2O8或磷酸洗净。至于其他简便取油除锈的方法亦可应用。5.7镶嵌若试样过小或形状特殊时，可采用下列方法之一镶嵌试样。5.7.1塑料或电木粉镶嵌法可用电木粉、透明电木粉或透明塑料粉在镶嵌机上镶嵌。用电木粉时，加压（170250）9.8104Pa，同时加热至130150保持约57min，
10、冷却后即成镶嵌好的试样。用透明电木粉时，加压（170250）9.8104Pa，同时加热至149170，保温57min，随后慢冷至75左右，然后水冷却即成透明镶嵌物。用塑料镶嵌时，其温度、压力及保温时间，视采用塑粉的性质而定，保温以不改变试样的原始组织为宜。5.7.2快速镶嵌法用快速自凝牙托水（甲基丙烯酸甲脂）和自凝牙托粉镶嵌法：首先将直径为12mm的圆柱体紫铜管（或其他材质管材亦可），置于玻璃板上，然后将试样放在模具底部，再将快速自凝牙托水和自凝牙托粉按一定的比例混合调匀，成糊状时，注入模具内；在冬季室温较低时，可用电吹风加热促使快速凝固，夏季室温较高时，可以自然凝固；待凝固后，将模具除掉，即
11、成镶嵌好的试样。5.7.3其他方法除以上两种方法外，亦可将试样镶铸于低熔点的物质中。如硫磺、火漆、焊接合金（50锡，50铅）或武氏合金（50铋，25铅，12.5锡，12.5铬）等，有机塑料以及其他有效而不影响组织改变的镶嵌方法也可以应用。5.8试样的研磨试样在砂纸上磨制时，用力不宜过大，每次磨制的时间也不可太长，以免变形，用预磨机细磨时，必须边磨边用水冷却，以免磨面过热引起变形。5.8.1研磨程序准备好的试样，先在预磨机上依次由粗到细的各号砂纸上磨制。从粗砂纸到细砂纸，每换一次砂纸时，试样均须转90角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。同时每次用水将试样洗净
12、吹干，手亦同时洗净，以免将粗砂粒带到细砂纸上。5.8.2粗抛光经粗磨后的试样，可移到装有平呢、台呢或细帆布的抛光机上进行粗抛光。磨盘的直径可为200250mm，转速可为400500r/min，抛光粉可用细氧化铝粉或碳化硅粉等，抛光时间约为25min，抛光后用水洗净并吹干。5.8.3细抛光经粗抛光后的试样，可移至装有天鹅绒或其他纤维细匀的丝绒抛光盘上进行精抛光。抛光盘直径可为200250mm，转速可为4001450r/min，抛光粉用经水选的极细氧化铝粉、氧化镁粉或人造金刚石研磨膏等。一般抛光到试样上的磨痕完全除去而表面像镜面时为止。抛光后除用水冲净外，建议浸以酒精，再用电吹风吹干，使试样的表面
13、不致有水迹或污物残留。5.8.4抛光注意试样在抛光盘上精抛时，用力要轻，须从盘的边缘至中心抛光，并不时滴加少许磨粉悬浮液（用氧化镁粉时应用蒸馏水悬浮液）或不时滴加少量煤油。绒布的湿度以将试样从盘上取下观察时，表面水膜能在两三秒钟内完全蒸发消失为宜。在抛光的完成阶段可将试样与抛光盘的转动方向成相反方向抛光。试样在抛光时，若发现有较粗的磨痕不易去掉或经抛光后的试样在显微镜下观察发现有凹坑等情形而影响检验结果时，试样应重新磨制。5.9试样的浸蚀精抛后经显微镜检查合适的试样，便可浸入盛于玻璃皿之浸蚀剂中进行浸蚀或揩擦一定时间。浸蚀时，试样可不时地轻微移动，但抛光面不得与皿的底面接触。5.9.1浸蚀时间
14、浸蚀时间视金属的性质、浸蚀液的浓度、检验的目的及显微检验的放大倍数而定。通常高倍观察时，应比低倍观察浸蚀略浅一些。一般由数秒至三十分钟不等，以能在显微镜下清晰显出金属组织为宜。5.9.2浸蚀浸蚀完毕后即刻取出，并迅速用水洗净，表面再用酒精洗净，然后吹干。若浸蚀程度不足时，视具体情形可继续进行浸蚀，或在抛光盘上重抛后再行浸蚀。若浸蚀过度时，则须在磨盘或砂纸上重新磨好后再进行浸蚀。经过浸蚀后试样表面有金属扰乱现象，原组织不能显出时，可在抛光盘上轻抛后再行浸蚀。一般如此重复数次，扰乱现象即可除去。扰乱现象过于严重，用此法不能全部消除时，则试样须重新磨制。5.10浸蚀剂铜导线和铝导线及钢铁金属常用的化
15、学浸蚀剂建议采用下列几种：金相浸蚀的配比见表1。5.11显微组织检验金相检验可用各种类型金相显微镜。显微镜应安装于干燥无尘室中，并安置于稳定的桌面或基座上，最好附有减振装置。5.11.1试样检验试样检验包括浸蚀前的检验及浸蚀后的检验。浸蚀前主要检验试样的光洁度和磨痕，浸蚀后主要检验试样的显微组织。5.11.2试样观察在显微镜下观察试样时，一般先用50100倍，当观察细微组织情形时，再换用高倍率。5.11.3观察试样注意取用镜头时，应避免手指接触透镜的表面。取用镜头时应特别小心，用毕即放入盒内原处。物镜与试样表面接近时，应以细调节器调节。调节时应注意物镜头部不与试样接触。镜头表面有污垢时，应先用细软毛笔或无脂的羽毛拂试，然后用擦镜纸或软鹿皮擦净，必要时可用二甲苯洗擦。镜头应贮存于干燥洁净的处所，
