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某合成纤维厂加弹车间,其加弹机全部为进口设备,每台价值50。万美元,其控制系统和输电线路均采用铜导线。某日凌晨,突然发现空调排风口冒出火焰。因火势严重,漫延成灾,烧毁加弹机五台,损失250。万美元以上。
火灾之后,消防人员从加弹机电源附近寻找到熔珠四粒、熔块一枚,并要求对电熔物进行金相鉴定,以查寻火灾原因。
1 金相检验四颗熔珠及一枚熔块外观都呈铜红色,其中两粒熔珠有曳尾,熔块与输电线相连。
(1)显微镜下,两颗无尾熔珠的组织呈树枝状,粗晶,为铝一硅铸造合金组织。
(2)两颗有尾熔珠的低倍形貌。显微镜下其均呈等轴晶,两条尾巴均由多股细导线熔合而成,呈白色,其中一颗有大量气孔,可见不是纯铜。在偏光下检查,证实晶界不是铜与氧化亚铜的共晶体,经鉴定两颗熔珠基体为a相,晶界为a+g2(Cu9Al4),均为铝青铜的组织。熔珠曳尾上的亮区为a相纯铜组织;暗区与熔珠本体组织相同,是铝青铜组织。
(3)熔块与输电线相连,七股铜线尚未完全熔合,组织仍然是a相,晶界有少量氧化物。熔融部分的组织均为a+Cu20共晶体,并有大量气孔。
2 结果与分析
(l)电源流径导线必然发热。铝导线的导电率只有铜线的61%左右,因此,铝线发热量大。但铝的比热比铜高2.5倍左右,因此当相同电流通过时,铜线温升高于相同截面的铝线。铜线与铜线接头处若接触良好,温升应低于导线本身,但铜一铝或铝一铝导线接头处,由于氧化铝的存在,温升总是高于导线本身。尽管铝的熔点较低,但若铝一铜接头处超温,首先熔化的是铜线。
由于接触不良,绝缘破损,导线杂质富集或有晶体缺陷,使导线短路,出现瞬时大电流或引发电弧时,电线迅速熔化、气化,乃至发生金属喷溅,飞溅的金属遇冷急剧凝固成熔珠。因为急冷,所以熔珠组织呈细柱晶,柱晶指向熔珠中心。这种熔珠冷却快,氧化少甚至不氧化,吸气也少或基本不吸气;因此组织中很少有氧化物和气孔。如果因此而酿成火灾,这种熔珠常常是事故发生的主要证据。上述熔珠称为一次熔珠。一次熔珠可以在火灾热的影响下重新再结晶成等轴晶。
火灾发生后,其它导电线路的绝缘层被烧毁,可以引起短路或引发电弧,导线熔融、气化、喷溅,这种继发性短路形成的熔珠称为二次熔珠。二次熔珠形成时,火灾已经漫延,温度较高,熔珠在火灾热的影响下凝固较慢,氧化和吸气严重,因此,二次熔珠都结晶成等轴晶,组织中有较多氧化物和气孔。故二次熔珠出现的场合是电源尚未切断,火灾已经波及的地区。
当电源被切断,火灾成燎原之势时,导线被火焰烧熔,可形成液滴,凝固成较大的熔珠,这种熔珠称为火烧熔珠。火烧熔珠结晶呈等轴晶,氧化严重,气孔很多。
三种熔珠出现的场合表明火灾发生的不同阶段,找到一次熔珠马上可以找到火源,找到二次熔珠也可协助追踪火源的确切位置,火烧熔珠则在火灾现场输电线路上找到。若大的火场要寻找为数不多的一次熔珠确实不易,但根据消防技术人员的经验,可以作出有规律的判断,根据此种判断仔细寻找,是可以有所发现的。(2)铜氧化生成黑色氧化铜,有很强的挥发性,其气体遇有活泼的金属就可被还原成铜,复盖在活泼金属表面,有时还向其内部扩散。高温时形成红色的氧化亚铜,它与铜形成共晶体,分布于晶界。
液态铜极易吸气,它与吸附的水汽反应生成氢2Cu+H20=Cu2O十H2。火灾现场的水汽压高于正常值数倍,铜液可以吸入大量氢,冷却时析出形成气孔,大部分是氢气孔,少量是水气孔。
硅铝合金熔珠形成之时,车间里局部温度已经很高,空间充满铜导线气化后形成的氧化铜气体,氧化铜气体碰到炽热的铝合金熔滴立即被还原成铜,沉积在硅铝合金熔滴表面,因此铝合金溶滴表面复盖铜红色的铜层。据查,硅铝铸造合金是控制盒的材料,两颗铸铝熔珠是控制盒熔化后形成的液滴。
1号有尾熔珠瞬时形成,形成时仍处在室温状态,因此无气孔和氧化物,可判定是一次熔珠,其等轴晶是在高温环境下再结晶形成。2号有尾熔珠也无氧化物,但有大量气孔,呈等轴晶,鉴定为二次熔珠。两颗熔珠都有尾巴,其是控制线路的多股导线熔合而成,由此可以判断,第一个火花是在控制线路上进发出来的。
控制盒外壳的铸铝合金熔点约577oC,如熔化的铝合金包围有尾熔珠,一方面可以防止铜的氧化,另一方面铝也渗入铜珠内部,形成熔珠的铝青铜组织。l号和2号熔珠的组织特点证明,第一个火花是在控制盒内的控制线路上发生的。
据查,控制盒上方的油箱漏油,顺道流入控制盒,控制线路短路引发电弧,导致燃油蒸汽,迅猛燃烧。
熔块与输电线熔合在一起,七股输电线未完全熔合,熔块组织全部是Cu+Cu:O共晶体,呈等轴晶,有大量气孔,它应是火烧熔珠,熔块形成时,显然电源已切断,但火灾已成燎原之势,熔块是输电线被火灾热熔化而成的。
3 结论
根据上述检验分析,1号熔珠是一次熔珠,2号熔珠是二次熔珠,两颗熔珠的尾巴联着控制线路所用的多股细导线,内部渗入了控制盒外壳的铝合金,形成铝青钥组织,现场分析结果均证实,火源产生在控制盒内的控制线路上。