火災是頻度最高、損失最重、但又最能受控人為干預影響的災害。在火災事故鑒定中,痕跡物是最客觀、穩定和可靠的證據。本文總結一些利用掃描電鏡鑒別電氣火災痕跡的方法和規律。
一、電線火災分析及模擬實驗
據統計,因配線電線、電器發熱和強電電線短路占電氣火災60 %～80 %。在首先排除或確認電起火的分析中,殘留銅線是最常見的原始物證。
銅線殘留痕跡可能經歷:
(1) 直接因電路短路或過載,造成原發性一次短路打火,其中分突發性瞬間短路和長時過載發熱著火;
(2) 先非電起火使電路絕緣破壞,造成繼發性所謂二次短路,其中又受一次火源溫度高低、時間長短影響;
(3) 與電無關的火災燃燒。
為獲得確切結論,我們對應人工模擬實驗:
(1) 人工短路電擊熔融;
(2) 長時過載發熱熔融;
(3) 火燒絕緣短路熔融;
(4) 火燒單股線熔融;
上述情況銅線與(5) 正常帶電; (6) 不帶電銅線,模擬火災過火一遍,模擬試驗樣品與火災現場熔痕樣品進行比較。從外觀、斷口、剖面、腐蝕金相組織及微區化學分布等多種角度和層次比較判斷。
二、掃描電鏡分析火災痕跡實驗方法
1.火災痕跡物采樣和觀察重點
準確采樣是分析的前提。一般取樣火災最嚴重、火源最可能、熱或電最強的部位,重點搜尋:
(1)電線電纜熔痕,特別是斷頭熔珠;
(2) 接插件和近電接地金屬件電弧熔痕;
(3) 熔斷器底座和刀閘開關的熔體噴濺痕跡;
(4) 變壓器、電阻器的絕緣燒痕和電擊痕。
2.火災痕跡電鏡制樣
根據分析目的采用不同清洗和制樣方法。外觀及斷口形貌分析,將痕跡樣品用酒精或超聲去污,用炭導電膠固定于樣品臺(或用雙面膠固定后噴碳) ;選取熔珠斷面和桿端斷口垂直觀察。
3.火災分析與痕跡的電鏡判據
火災分析以從易到難逐步排查方式進行,痕跡物分析一般從宏觀到微觀。從不同位置同種材料的差異縮小火源范圍;從同位置不同材料的差異判別火場溫度范圍及受溫最高部位。從金屬表面顏色可估計火場溫度和環境;從熱變形痕跡可判斷火勢蔓延方向和起火部位;從刀閘或插座的簧片彈性變化痕跡可判斷火時用電狀態等。
銅在不同溫度和環境下具有不同的顯微組織形態特征。例如:純銅線熔點1083 ℃,無高溫電擊,外火下不易形成熔珠,因此半球狀熔珠是電短路弧光放電的特征;黑色CuO 是幾百度氧化的指示,紅色Cu2O 是近千度高溫的指示。熔斷器底座、刀閘開關或燈殼內有均勻噴濺熔痕是火前帶電的指示。
熔痕形成的環境:一般過火銅線大范圍表面富氧均勻過火,沿徑向內外有別;瞬時原發短路則局部高溫瞬熔迅冷,環境溫度低,含氧高,煙氣小;累積過載原發短路雖有以上特點但全線大電流和有時間累積熱效應;火后繼發短路則是大范圍、長時間火燒,環境溫度高,貧氧煙氣大。這些都會使熔痕外形、斷口、內部組織和成分分布各具特征。
火燒銅線由外向內形成不均勻大小氣孔的熔痕;電熱銅線由內向外形成較均勻氣孔的熔堆;電擊銅線形成較光滑對稱熔珠。
實踐證明,利用掃描電鏡分析火災殘留物、技術鑒定火災起因遠比宏觀經驗法和傳統金相法客觀、全面、可靠,拓寬了對電氣火災殘留物的鑒定范圍,也為電子顯微技術開拓了新的應用領域。