火灾事故鉴定的扫描电镜研究

陶景光,彭喜英,罗慧倩,孙大千
(华中科技大学微观分析中心,湖北武汉430074)

    火灾是频度最高、损失最重、但又最能受控人为干预影响的灾害。在火灾事故鉴定中,痕迹物是最客观、稳定和可靠的证据。本文总结一些利用扫描电镜鉴别电气火灾痕迹的方法和规律。

一、电线火灾分析及模拟实验

据统计,因配线电线、电器发热和强电电线短路占电气火灾60 %～80 %。在首先排除或确认电起火的分析中,残留铜线是最常见的原始物证。

铜线残留痕迹可能经历:

(1) 直接因电路短路或过载,造成原发性一次短路打火,其中分突发性瞬间短路和长时过载发热着火;

(2) 先非电起火使电路绝缘破坏,造成继发性所谓二次短路,其中又受一次火源温度高低、时间长短影响;

(3) 与电无关的火灾燃烧。

为获得确切结论,我们对应人工模拟实验:

(1) 人工短路电击熔融;

(2) 长时过载发热熔融;

(3) 火烧绝缘短路熔融;

(4) 火烧单股线熔融;

上述情况铜线与(5) 正常带电; (6) 不带电铜线,模拟火灾过火一遍,模拟试验样品与火灾现场熔痕样品进行比较。从外观、断口、剖面、腐蚀金相组织及微区化学分布等多种角度和层次比较判断。

二、扫描电镜分析火灾痕迹实验方法

1．火灾痕迹物采样和观察重点

准确采样是分析的前提。一般取样火灾最严重、火源最可能、热或电最强的部位,重点搜寻:

(1)电线电缆熔痕,特别是断头熔珠;

(2) 接插件和近电接地金属件电弧熔痕;

(3) 熔断器底座和刀闸开关的熔体喷溅痕迹;

(4) 变压器、电阻器的绝缘烧痕和电击痕。

2．火灾痕迹电镜制样

根据分析目的采用不同清洗和制样方法。外观及断口形貌分析,将痕迹样品用酒精或超声去污,用炭导电胶固定于样品台(或用双面胶固定后喷碳) ;选取熔珠断面和杆端断口垂直观察。

3．火灾分析与痕迹的电镜判据

火灾分析以从易到难逐步排查方式进行,痕迹物分析一般从宏观到微观。从不同位置同种材料的差异缩小火源范围;从同位置不同材料的差异判别火场温度范围及受温最高部位。从金属表面颜色可估计火场温度和环境;从热变形痕迹可判断火势蔓延方向和起火部位;从刀闸或插座的簧片弹性变化痕迹可判断火时用电状态等。

铜在不同温度和环境下具有不同的显微组织形态特征。例如:纯铜线熔点1083 ℃,无高温电击,外火下不易形成熔珠,因此半球状熔珠是电短路弧光放电的特征;黑色CuO 是几百度氧化的指示,红色Cu2O 是近千度高温的指示。熔断器底座、刀闸开关或灯壳内有均匀喷溅熔痕是火前带电的指示。

熔痕形成的环境:一般过火铜线大范围表面富氧均匀过火,沿径向内外有别;瞬时原发短路则局部高温瞬熔迅冷,环境温度低,含氧高,烟气小;累积过载原发短路虽有以上特点但全线大电流和有时间累积热效应;火后继发短路则是大范围、长时间火烧,环境温度高,贫氧烟气大。这些都会使熔痕外形、断口、内部组织和成分分布各具特征。

火烧铜线由外向内形成不均匀大小气孔的熔痕;电热铜线由内向外形成较均匀气孔的熔堆;电击铜线形成较光滑对称熔珠。

实践证明,利用扫描电镜分析火灾残留物、技术鉴定火灾起因远比宏观经验法和传统金相法客观、全面、可靠,拓宽了对电气火灾残留物的鉴定范围,也为电子显微技术开拓了新的应用领域。