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摘要：为考查火场环境温度对一次短路熔珠表面显微形貌的影响，实验模拟火场热环境，对多股铜导线一次短路熔珠加热处理，利用腐蚀法处理后分别观察铜导线熔珠表面形貌特征。实验结果表明：多股铜导线一次短路熔珠表面光滑平坦，有金属光泽，气孔少；熔珠与本体过渡区小，界限明显，呈环状环绕，纹路清晰有规律；随着受热温度的增加，熔珠表面氧化层增加，孔洞数量增加；熔珠表面经过腐蚀处理后的形貌特征比未经处理观察的更清晰、明显。
关键词：多股铜导线；一次短路熔珠；形貌特征
1 前言
随着科学技术的进步，电气已经进入到人类社会的各个领域。而在电气得到广泛应用的同时，电气原因引发的火灾数量也一直居高不下，在全国火灾总数中占有重要比重。据《中国消防年鉴》公布：2007年-2010年，电气火灾数量均占火灾总数的30%左右[1-4]，且呈逐步上升的趋势，人民生命财产安全受到电气火灾的严重威胁。因此，如何鉴定导线熔珠的形成原因成为当前消防领域的重点研究课题。
目前国内电气线路火灾原因技术鉴定方法主要是以公安部沈阳科研所为代表提出的5种鉴定方法，分别是宏观法、剩磁法、金相法、成分分析法和微观形貌法，并形成了国家标准[5，6]。实际鉴定工作一般以金相法为主，由于电气火灾中形成的短路熔痕可能因火场环境和温度的影响发生改变，得到的金相组织有时不能反映导线熔痕的原有特征。国外不少学者用扫描电镜对电气火灾原因鉴定技术进行了研究[7-8]，得出了一些结论。
由于火场环境复杂多变，导线熔珠的表面特征受各种因素影响[9]。本文利用扫描电镜观察分析不同温度下多股铜导线一次短路熔珠经腐蚀法处理后表面的形貌特征，并考查温度对一次短路特征的影响。
2 实验设备、材料和方法
2.1 实验设备
（1）北京中科科仪生产的KYKY-2800B型扫描电子显微镜，分辨率：6 nm（钨丝），放大倍数：15～25000X，加速电压：0～30 KV
（2）XTL-340型体视显微镜
（3）Canon PowerShot A630数码照相机
（4）沈阳市电炉厂SRJX-4-9箱式电阻炉，额定功率4KW，额定电压220V
（5）火灾痕迹物证综合实验台
2.2 实验材料
北建牌2271EC02（RV）聚氯乙烯绝缘电线（截面2.5mm2）、36%-38%盐酸溶液
2.3 实验方法
将两根导线分别接火灾痕迹物证综合实验台电源（60V）两端，一根固定，另一根用焊钳夹住相互碰撞，形成一次短路熔珠；将形成的一次短路熔珠分别放入箱式电阻炉中300℃、600℃恒温5分钟后取出，制备经历不同高温的熔珠；将上述熔珠按顺序放入36%-38%盐酸溶液中浸蚀8分钟，用水冲洗干净后加无水乙醇漂洗，用电吹风吹干，编号保存。
3 实验结果
3.1 多股铜导线一次短路熔珠表面形貌特征
未经历高温的一次短路熔珠在体视显微镜下观察，熔珠呈金属光泽，表面较光滑，与导线过渡区小。
图1所示，一次短路熔珠表面光滑平坦，表面附着一层氧化物，局部粘连十字形晶状细小颗粒；过渡区呈环状环绕，高倍镜下观察到密密麻麻的颗粒状条纹均匀排列。
3.2 多股铜导线一次短路熔珠表面微腐蚀后形貌特征
如图2，一次短路熔珠表面微腐蚀后熔珠表面氧化层消失，局部有缩孔；过渡区由线性纹路密集排列，有少量气孔。
3.3 多股铜导线一次短路熔珠经历高温后表面形貌特征
（1）一次短路熔珠经历300℃高温5分钟后熔珠表面形貌特征
一次短路熔珠经历300℃高温5分钟后在体视显微镜下观察，熔珠呈金属光泽，表面较光滑、局部凹凸不平，熔珠与导线过渡区小、呈明显的环状条纹。
如图3，一次短路熔珠经历300℃高温后表面较光滑平坦，附着氧化物，局部粘连杂质；过渡区呈环状条纹环绕，由颗粒状圆球密集均匀排列组成。
（2）一次短路熔珠经历600℃高温5分钟后熔珠表面形貌特征
一次短路熔珠经历600℃高温5分钟后在体视显微镜下观察：熔珠呈金属光泽，表面被黑色氧化层覆盖，一碰即落，脱落后表面光滑、局部凹凸不平；熔珠与导线过渡区小。
如图4，一次短路熔珠经历600℃高温后，表面较平坦，有明显的氧化层覆盖，局部粘连杂质，气孔较少；过渡区呈环状环绕，有明显细小气孔和缩孔。
3.4 多股铜导线一次短路熔珠经历高温腐蚀后表面形貌特征
如图5，一次短路熔珠经历300℃高温并腐蚀后，表面氧化物明显减少，附着杂物基本消失，观察到少量气孔，分布不均；过渡区球状颗粒外观更明显；经历600℃高温并腐蚀后，与未腐蚀前相比，表面氧化物明显减少，附着杂物消失，熔珠表面出现较多缩孔；过渡区氧化层被腐蚀。
4 结果分析
一次短路熔痕结晶时的环境温度为正常气温，环境温度低，冷却速度快，凝固时间短，因此有的气体来不及逸出，在熔珠内形成气孔。但由于是在常温下形成，空气中水蒸气及燃烧产物少，因此形成的气孔少且小[10，11]，多股铜导线一次短路熔珠表面气孔几乎不见。
4.1 温度对一次短路熔珠形貌特征的影响
多股铜导线一次短路熔珠经历高温后，一般呈黑色，因为高温使导线和熔珠表面形成一层致密的氧化铜，有少量气孔、麻点和麻坑。多股铜导线线径小，高温形成的氧化层脆，轻微振动即脱落，将表面氧化物剥去以后还能看见原有的金属光泽，但其光泽相对较暗淡。导线熔珠经历的温度越高，形成的氧化层越厚，在熔珠不被破坏的情况下，当氧化层脱落，观察到的表面更接近熔珠内部，微观形貌特征的体现与未经历高温试样相比更明显。 4.2 腐蚀法处理一次短路熔珠的优势
经过腐蚀的一次短路熔珠，其表面由于火场高温和浓烟形成的氧化层及周围的附着物均与腐蚀剂发生反应而溶解消失，表面呈光亮的金属光泽，气孔和缩孔能较好地展现。气孔内部特征由于反应发生些微改变。由于去除了杂质在微观观察时的干扰，经过腐蚀的试样在细节上能有更好展现。
5 结论
多股铜导线一次短路熔珠表面特征：熔珠表面光滑平坦，有金属光泽，气孔少；熔珠与本体过渡区小，界限明显，呈环状环绕，纹路清晰有规律。
火场中一次短路熔珠在低于铜的熔点下加热、高温，只要不被破坏，除气孔数量增多外，其表面形貌、气孔等微观形貌特征还是熔珠原有特征。
火场中形成的熔珠表面往往有氧化层、杂质，影响表面微观形貌的观察分析，采用腐蚀的方式对熔珠表面进行处理，能更好地观察表面微观形貌。
参考文献
[1] 公安部消防局. 中国消防年鉴[M]. 北京：中国人事出版社， 2008： 529.
[2] 公安部消防局. 中国消防年鉴[M]. 北京：中国人事出版社， 2009： 341.
[3] 公安部消防局. 中国消防年鉴[M]. 北京：中国人事出版社， 2010： 345.
[4] 公安部消防局. 中国消防年鉴[M]. 北京：中国人事出版社， 2011： 305.
[5] GB16840.4-1997， 电气火灾原因技术鉴定方法[S].
[6] GB16840.6-2012， 电气火灾原因技术鉴定方法[S].
[7] Eui-Pyeong Lee， Hideo Ohtani， Tsutomu Seki， Hideo Hasegawa， Shuji Imada， Isao Yashiro. Study on Discrimination between Primary and Secondary Molten Marks by DAS[J]. Bulletin of Japan Association for Fire Science and Engineering， 2000， 50（1）： 1-12.
[8] Eui-Pyeong Lee， Hideo Ohtani， Yoshiyuki Matsubara. Study on discrimination between primary and secondary molten marks using carbonizedresidue[J]. Fire Safety Journal. 2002： 353-368.
[9] 张金专， 罗亮， 文玉秀， 胡建国. 消防射水对导线火烧熔痕金相组织的影响[J]. 火灾科学， 2007， 16（2）： 105-109.
[10] 王芸， 安晓利， 魏星等. 铜导线短路熔痕微观形貌特征分析与研究[J]. 火灾科学， 2008（17）： 44-47.
[11] 张晓凯， 周忠平， 王书运等. 电气线路火灾中铜导线一次短路与二次短路的显微组织特征[J]. 分析科学学报， 2000， 16（5）： 406-409.
作者简介：
董晓飞，男，浙江江山人，1991年1月出生，现为中国人民武装警察部队学院安全工程专业工程硕士；
张辉，男，陕西泾阳人，1965年5月出生，现为中国人民武装警察部队学院消防工程系副教授。
关键词：多股铜导线；一次短路熔珠；形貌特征
1 前言
随着科学技术的进步，电气已经进入到人类社会的各个领域。而在电气得到广泛应用的同时，电气原因引发的火灾数量也一直居高不下，在全国火灾总数中占有重要比重。据《中国消防年鉴》公布：2007年-2010年，电气火灾数量均占火灾总数的30%左右[1-4]，且呈逐步上升的趋势，人民生命财产安全受到电气火灾的严重威胁。因此，如何鉴定导线熔珠的形成原因成为当前消防领域的重点研究课题。
目前国内电气线路火灾原因技术鉴定方法主要是以公安部沈阳科研所为代表提出的5种鉴定方法，分别是宏观法、剩磁法、金相法、成分分析法和微观形貌法，并形成了国家标准[5，6]。实际鉴定工作一般以金相法为主，由于电气火灾中形成的短路熔痕可能因火场环境和温度的影响发生改变，得到的金相组织有时不能反映导线熔痕的原有特征。国外不少学者用扫描电镜对电气火灾原因鉴定技术进行了研究[7-8]，得出了一些结论。
由于火场环境复杂多变，导线熔珠的表面特征受各种因素影响[9]。本文利用扫描电镜观察分析不同温度下多股铜导线一次短路熔珠经腐蚀法处理后表面的形貌特征，并考查温度对一次短路特征的影响。
2 实验设备、材料和方法
2.1 实验设备
（1）北京中科科仪生产的KYKY-2800B型扫描电子显微镜，分辨率：6 nm（钨丝），放大倍数：15～25000X，加速电压：0～30 KV
（2）XTL-340型体视显微镜
（3）Canon PowerShot A630数码照相机
（4）沈阳市电炉厂SRJX-4-9箱式电阻炉，额定功率4KW，额定电压220V
（5）火灾痕迹物证综合实验台
2.2 实验材料
北建牌2271EC02（RV）聚氯乙烯绝缘电线（截面2.5mm2）、36%-38%盐酸溶液
2.3 实验方法
将两根导线分别接火灾痕迹物证综合实验台电源（60V）两端，一根固定，另一根用焊钳夹住相互碰撞，形成一次短路熔珠；将形成的一次短路熔珠分别放入箱式电阻炉中300℃、600℃恒温5分钟后取出，制备经历不同高温的熔珠；将上述熔珠按顺序放入36%-38%盐酸溶液中浸蚀8分钟，用水冲洗干净后加无水乙醇漂洗，用电吹风吹干，编号保存。
3 实验结果
3.1 多股铜导线一次短路熔珠表面形貌特征
未经历高温的一次短路熔珠在体视显微镜下观察，熔珠呈金属光泽，表面较光滑，与导线过渡区小。
图1所示，一次短路熔珠表面光滑平坦，表面附着一层氧化物，局部粘连十字形晶状细小颗粒；过渡区呈环状环绕，高倍镜下观察到密密麻麻的颗粒状条纹均匀排列。
3.2 多股铜导线一次短路熔珠表面微腐蚀后形貌特征
如图2，一次短路熔珠表面微腐蚀后熔珠表面氧化层消失，局部有缩孔；过渡区由线性纹路密集排列，有少量气孔。
3.3 多股铜导线一次短路熔珠经历高温后表面形貌特征
（1）一次短路熔珠经历300℃高温5分钟后熔珠表面形貌特征
一次短路熔珠经历300℃高温5分钟后在体视显微镜下观察，熔珠呈金属光泽，表面较光滑、局部凹凸不平，熔珠与导线过渡区小、呈明显的环状条纹。
如图3，一次短路熔珠经历300℃高温后表面较光滑平坦，附着氧化物，局部粘连杂质；过渡区呈环状条纹环绕，由颗粒状圆球密集均匀排列组成。
（2）一次短路熔珠经历600℃高温5分钟后熔珠表面形貌特征
一次短路熔珠经历600℃高温5分钟后在体视显微镜下观察：熔珠呈金属光泽，表面被黑色氧化层覆盖，一碰即落，脱落后表面光滑、局部凹凸不平；熔珠与导线过渡区小。
如图4，一次短路熔珠经历600℃高温后，表面较平坦，有明显的氧化层覆盖，局部粘连杂质，气孔较少；过渡区呈环状环绕，有明显细小气孔和缩孔。
3.4 多股铜导线一次短路熔珠经历高温腐蚀后表面形貌特征
如图5，一次短路熔珠经历300℃高温并腐蚀后，表面氧化物明显减少，附着杂物基本消失，观察到少量气孔，分布不均；过渡区球状颗粒外观更明显；经历600℃高温并腐蚀后，与未腐蚀前相比，表面氧化物明显减少，附着杂物消失，熔珠表面出现较多缩孔；过渡区氧化层被腐蚀。
4 结果分析
一次短路熔痕结晶时的环境温度为正常气温，环境温度低，冷却速度快，凝固时间短，因此有的气体来不及逸出，在熔珠内形成气孔。但由于是在常温下形成，空气中水蒸气及燃烧产物少，因此形成的气孔少且小[10，11]，多股铜导线一次短路熔珠表面气孔几乎不见。
4.1 温度对一次短路熔珠形貌特征的影响
多股铜导线一次短路熔珠经历高温后，一般呈黑色，因为高温使导线和熔珠表面形成一层致密的氧化铜，有少量气孔、麻点和麻坑。多股铜导线线径小，高温形成的氧化层脆，轻微振动即脱落，将表面氧化物剥去以后还能看见原有的金属光泽，但其光泽相对较暗淡。导线熔珠经历的温度越高，形成的氧化层越厚，在熔珠不被破坏的情况下，当氧化层脱落，观察到的表面更接近熔珠内部，微观形貌特征的体现与未经历高温试样相比更明显。 4.2 腐蚀法处理一次短路熔珠的优势
经过腐蚀的一次短路熔珠，其表面由于火场高温和浓烟形成的氧化层及周围的附着物均与腐蚀剂发生反应而溶解消失，表面呈光亮的金属光泽，气孔和缩孔能较好地展现。气孔内部特征由于反应发生些微改变。由于去除了杂质在微观观察时的干扰，经过腐蚀的试样在细节上能有更好展现。
5 结论
多股铜导线一次短路熔珠表面特征：熔珠表面光滑平坦，有金属光泽，气孔少；熔珠与本体过渡区小，界限明显，呈环状环绕，纹路清晰有规律。
火场中一次短路熔珠在低于铜的熔点下加热、高温，只要不被破坏，除气孔数量增多外，其表面形貌、气孔等微观形貌特征还是熔珠原有特征。
火场中形成的熔珠表面往往有氧化层、杂质，影响表面微观形貌的观察分析，采用腐蚀的方式对熔珠表面进行处理，能更好地观察表面微观形貌。
参考文献
[1] 公安部消防局. 中国消防年鉴[M]. 北京：中国人事出版社， 2008： 529.
[2] 公安部消防局. 中国消防年鉴[M]. 北京：中国人事出版社， 2009： 341.
[3] 公安部消防局. 中国消防年鉴[M]. 北京：中国人事出版社， 2010： 345.
[4] 公安部消防局. 中国消防年鉴[M]. 北京：中国人事出版社， 2011： 305.
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[6] GB16840.6-2012， 电气火灾原因技术鉴定方法[S].
[7] Eui-Pyeong Lee， Hideo Ohtani， Tsutomu Seki， Hideo Hasegawa， Shuji Imada， Isao Yashiro. Study on Discrimination between Primary and Secondary Molten Marks by DAS[J]. Bulletin of Japan Association for Fire Science and Engineering， 2000， 50（1）： 1-12.
[8] Eui-Pyeong Lee， Hideo Ohtani， Yoshiyuki Matsubara. Study on discrimination between primary and secondary molten marks using carbonizedresidue[J]. Fire Safety Journal. 2002： 353-368.
[9] 张金专， 罗亮， 文玉秀， 胡建国. 消防射水对导线火烧熔痕金相组织的影响[J]. 火灾科学， 2007， 16（2）： 105-109.
[10] 王芸， 安晓利， 魏星等. 铜导线短路熔痕微观形貌特征分析与研究[J]. 火灾科学， 2008（17）： 44-47.
[11] 张晓凯， 周忠平， 王书运等. 电气线路火灾中铜导线一次短路与二次短路的显微组织特征[J]. 分析科学学报， 2000， 16（5）： 406-409.
作者简介：
董晓飞，男，浙江江山人，1991年1月出生，现为中国人民武装警察部队学院安全工程专业工程硕士；
张辉，男，陕西泾阳人，1965年5月出生，现为中国人民武装警察部队学院消防工程系副教授。