熱得快火災(zāi)痕跡試驗研究

尹義鋒

(臨汾市公安消防支隊，山西臨汾 041000)

熱得快火災(zāi)痕跡試驗研究

尹義鋒

(臨汾市公安消防支隊，山西臨汾 041000)

利用箱式電阻爐加熱熱得快，模擬火災(zāi)前未通電熱得快經(jīng)歷火場高溫作用，同時用熱得快加熱水直至將水蒸干，然后讓其繼續(xù)通電干燒，模擬火災(zāi)前熱得快處于通電狀態(tài)。分別對新熱得快、正常使用一段時間的熱得快、高溫作用熱得快及通電過熱熱得快從宏觀形貌和微觀形貌進行了比較、觀察和分析，同時系統(tǒng)地分析了熱得快金屬管表面形貌特征和電熱絲表面形貌特征形成的機理和主要影響因素。結(jié)果表明，不同狀態(tài)下熱得快金屬管宏觀形貌特征存在差異，但容易受到火場復(fù)雜條件的影響，不能對火災(zāi)前熱得快所處的狀態(tài)進行定性;不同狀態(tài)下熱得快電熱絲在形貌特征上存在顯著差異，通電過熱狀態(tài)下熱得快電熱絲表面存在均勻分布的致密附著物，同時有不規(guī)則珠狀結(jié)晶，而火燒破壞電熱絲表面則不存在以上情況，而且電熱絲不易受到火場其他條件的影響。因而通過SEM分析技術(shù)觀察熱得快電熱絲的微觀形貌的差異，可以直觀快捷地識別熱得快在火災(zāi)前所處的狀態(tài)，為熱得快火災(zāi)殘留物的鑒定提供一種新的鑒定依據(jù)和技術(shù)方法。

熱得快;火災(zāi)殘留物;鑒定技術(shù)

熱得快由鋼管、電熱絲、絕緣材料、電源線以及插頭組成，其加熱原理是利用電流通過電熱絲發(fā)熱原理制成的，加熱的過程實際上是電能轉(zhuǎn)換成熱能的過程，即電熱絲把電能轉(zhuǎn)換成熱能后，經(jīng)絕緣材料由外部金屬管把熱量傳遞到液體，從而達到加熱的目的。由于熱得快結(jié)構(gòu)簡單、方便適用、價格實惠等特點，因而被廣大居民廣泛運用，給人們的生活帶來許多便利，但同時熱得快由于工作溫度高，在使用過程中稍有不慎，就有引起火災(zāi)的可能性。熱得快在通電過熱時表面溫度可達到750℃，如果通電狀態(tài)下當(dāng)水燒開后忘記將其切斷電源，當(dāng)水被燒干后，就可以很輕易的引燃周圍的可燃物，從而導(dǎo)致火災(zāi)，給人們的生命財產(chǎn)帶來極大的威脅。

本文主要應(yīng)用了微觀形貌法，微觀形貌法對微小痕跡(如弧光放電痕跡、金屬噴濺痕跡、電子器件燒損痕跡)的表面形態(tài)進行分析，根據(jù)其微觀形貌特征，確定其熔化性質(zhì)和形成原因。在試驗中通過對熱得快的金屬管的表面形貌特征進行比較和分析，找出不同條件下熱得快表面形貌的差異;同時采用微觀形貌法對熱得快電熱絲的微觀形貌進行分析鑒定，通過對處于通電狀態(tài)和未通電而被火燒的熱得快電熱絲微觀形貌特征進行比較分析，找出不同狀態(tài)下熱得快的微觀形貌差異，從而探討一種快速有效的判斷熱得快在火災(zāi)前是否處于通電狀態(tài)的新方法和依據(jù)。

1試驗設(shè)備、材料及方法

1.1 試驗設(shè)備

1.1.1 SRJX－4－9型箱式電阻爐額定功率:4 KW;額定電壓:220 V;額定溫度:950℃，采用DRZ－4電阻爐溫度控制器對其控溫。

1.1.2 KYKY－2800B型掃描電子顯微鏡(SEM) 分辨率: 6 nm(鎢絲);放大倍數(shù):15～250 000X;加速電壓:0～30 KV。

1.2 試驗材料

匯鑫牌鋼管式熱得快:額定電壓:220 V;輸入功率:800 W;電氣強度:1 250 V;泄露電流:mA≤0.75 mA。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品的制備取兩個新的熱得快電熱絲做為空白樣本，再取兩個正常使用一段時間的熱得快電熱絲做為比對試樣。將4個熱得快分別放入300℃、500℃、700℃、900℃電阻爐中加熱30 min，模擬火災(zāi)前未通電熱得快經(jīng)歷火場高溫作用，再將4個熱得快分別加熱水直至將水蒸干，然后讓其繼續(xù)通電干燒10 min、20 min、30 min，模擬火災(zāi)前熱得快處于通電狀態(tài)，并引發(fā)火災(zāi)。

1.3.2 樣品的宏觀分析將所得的樣品統(tǒng)一編號，對熱得快金屬管從宏觀形貌上進行比較分析:(1)對四種不同狀態(tài)下的熱得快金屬管表面形貌進行觀察和分析，比較分析熱得快金屬管的表面形態(tài)、顏色變化及變形情況。(2)對相同狀態(tài)下的熱得快金屬管的宏觀形貌進行觀察和分析，分別比較分析不同溫度、不同時間下熱得快金屬管的表面形態(tài)、顏色變化及變形情況。

1.3.3 樣品的微觀分析取出熱得快內(nèi)部電熱絲，對每個電熱絲分別選取兩厘米，保持其原有狀態(tài)，不作清洗，使觀測的原始結(jié)構(gòu)和成份沒有任何變化。然后將樣品用導(dǎo)電膠固定在樣品杯上，待凝固后置于樣品臺上，送至樣品室;當(dāng)樣品室真空度達到指定標準后，接通探測器高壓及燈絲加熱電源;選擇加速電壓、束流、光欄及觀察倍數(shù)，對樣品的表面形貌進行觀察分析。

2 試驗結(jié)果

2.1 熱得快金屬管表面形貌特征

2.1.1 新熱得快金屬管的宏觀形貌特征新熱得快金屬管表面光滑，呈亮白色，有金屬光澤，鋼管呈對稱的U型，間距相同，無任何變形。

2.1.2 正常使用熱得快金屬管的表面形貌特征正常使用一段時間以后的熱得快金屬管下部表面比較粗糙，呈白色，金屬管失去金屬光澤，有白色水垢和氧化物附著于表面，鋼管略微變形，兩側(cè)鋼管拉伸向內(nèi)并攏，間距不等。

2.1.3 高溫作用熱得快金屬管的宏觀形貌特征在電阻爐中經(jīng)歷高溫作用的熱得快隨著溫度的升高其表面呈現(xiàn)不同的顏色，主要是因為其在不同溫度下其表面與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生金屬氧化物不同從而造成其在顏色上的差異，同時，在溫度不同的情況下，熱得快鋼管呈現(xiàn)不同程度的變形，300℃金屬管表面局部呈黃褐色，表面光滑，有金屬光澤，變形較小;500℃時金屬管表面整體呈黃褐色，表面有金屬光澤，變形較小;700℃時金屬管表面呈紅褐色，表面粗糙不平，無金屬光澤，金屬起皮脫落，變形較大;900℃金屬管表面整體呈青黑色，表面粗糙不平，無金屬光澤，金屬起皮脫落，變形程度最大。

2.1.4 通電過熱熱得快金屬管的表面形貌特征在通電狀態(tài)下干燒的熱得快金屬管表面粗糙不平，有濃厚的氧化層附著，過渡區(qū)與下部金屬管界限明顯，上部金屬管維持原貌，而下部金屬管呈紅褐色，同時發(fā)生較大變形，兩側(cè)下部金屬管同時向外彎曲，且間距增大。

2.2 熱得快電熱絲形貌特征

2.2.1 新電熱絲的表面形貌特征新熱得快在常溫不通電情況下拆開，電熱絲是原始狀態(tài)，可作為空白試樣。在掃描電鏡下對熱得快的電熱絲進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)原始電熱絲的形貌特征如下:在放大30倍的條件下觀察，熱得快電熱絲呈規(guī)則的螺旋形;在放大1 000倍的條件下觀察，可以發(fā)現(xiàn)電熱絲表面粗糙不平，其表面附著少量絕緣材料，電熱絲表面發(fā)生輕微氧化，局部存在裂紋，其表面還可以觀察到特殊的縱向加工劃痕。

2.2.2 正常使用一段時間電熱絲表面形貌特征對正常使用一段時間的熱得快電熱絲進行SEM分析，可發(fā)現(xiàn)其微觀形貌有如下特征:在放大30倍條件下觀察，電熱絲局部發(fā)生變形，電熱絲橫截面不再是圓形，電熱絲的間距加大，同時發(fā)生變形呈不規(guī)則的螺旋形;將電熱絲放大到1 000倍時，可以看到，電熱絲表面的加工劃痕變少，同時其表面變得相對平滑，表面一些部位黏附有少量熔融石英砂顆粒。

2.2.3 高溫作用電熱絲表面形貌特征通過將熱得快放在不同的溫度下的電阻爐內(nèi)進行高溫作用30min，然后取出其內(nèi)部電熱絲進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)以下特征:在不同溫度條件下，電熱絲表面縱向加工痕跡逐漸減少，電熱絲表面金屬裂紋隨溫度的升高而逐漸變少，電熱絲的表面也隨著溫度的升高而逐漸平滑，同時在熱得快電熱絲的局部有少量石英砂顆粒附著。

2.2.4 通電過熱熱得快電熱絲的表面形貌特征通電狀態(tài)下用熱得快將水蒸干后并繼續(xù)干燒，模擬火災(zāi)前熱得快處于通電狀態(tài)，將其內(nèi)部電熱絲取出并進行SEM分析，可發(fā)現(xiàn)其

微觀形貌存在有以下兩個明顯的特征:

(1)電熱絲表面存在鐘乳狀熔融顆粒。通過掃描電鏡觀察可以發(fā)現(xiàn):熱得快電熱絲表面均勻分布形狀不規(guī)則呈鐘乳石狀的熔融石英砂顆粒，這種現(xiàn)象在通電干燒的幾個熱得快中均有體現(xiàn)，可以明顯地區(qū)別于其他幾種狀態(tài)下的熱得快電熱絲。

(2)電熱絲表面存在致密的附著物。在所有通電狀態(tài)下干燒的熱得快電熱絲上，可以看到電熱絲表面完全被致密的附著物所覆蓋，其表面失去金屬光澤，在附著物的表面仍有少量未熔化石英砂晶體附著，同時電熱絲表面裂紋和縱向加工痕跡基本消失。

3 分析與討論

3.1 對試驗結(jié)果的分析及比較

3.1.1 熱得快金屬管的表面形貌特征結(jié)果比較及分析通過對熱得快金屬管表面形貌特征的觀察與分析，可以看出金屬管在不同條件下形成的表面形貌特征的差異(見表1)。

表1 四種狀態(tài)下的熱得快金屬管的比較

(1)與原始試樣相比，正常使用熱得快由于長時間加熱 水，導(dǎo)致其表面附著有白色水垢，同時其表面還存在少量氧化物，使其表面變的粗糙，同時由于長時間的使用，使其金屬管發(fā)生略微變形。

(2)在不同溫度下，金屬管在其表面上形成的顏色有明顯的區(qū)別和層次。這就造成了不同溫度下熱得快金屬管呈現(xiàn)不同的顏色;同時，金屬管受熱后發(fā)生熱膨脹，在高溫作用下長度伸長，出現(xiàn)變形痕跡。受熱溫度越高，其熱膨脹程度越嚴重，變形程度越大。鋼的熔點在1 430℃，而火災(zāi)現(xiàn)場的溫度一般在900℃～1 200℃左右，因而一般熱得快金屬管不會熔化。

(3)通電狀態(tài)下熱得快，在將水燒干以后，其鋼管表面在水和水蒸汽的作用下生成氫氧化鐵，這是其表面呈紅褐色的主要原因，同理，當(dāng)處于過熱狀態(tài)后，金屬管的表面在很短的時間內(nèi)升高到700℃左右，最高溫度可達到750℃，金屬發(fā)生熱膨脹，金屬管發(fā)生變形，兩側(cè)金屬管拉伸，同時向外彎曲，隨著過熱時間的增加，變形程度越大。

但是，僅從金屬管的宏觀形貌特征去判斷熱得快在火災(zāi)前所處的狀態(tài)卻比較困難，因為火災(zāi)現(xiàn)場情況比較復(fù)雜，使其表面形貌特征受到影響，從而難以對熱得快在火災(zāi)發(fā)生之前是否處于通電狀態(tài)進行定性，有一定的局限性。

3.1.2 電熱絲的微觀形貌特征比較及分析通過對熱得快電熱絲表面形貌特征的觀察與分析(見表2)。可以看出電熱絲在不同條件下形成的表面形貌特征的差異。

表2 四種狀態(tài)下的熱得快電熱絲的比較

(1)原始電熱絲由于加工制作的原因，其表面存在特殊的縱向加工劃痕，石英砂顆粒填充于劃痕之中，同時在電熱絲的局部發(fā)生氧化，使其局部存在氧化層。使電熱絲表面顯的粗糙不平。

(2)正常使用一段時間后的熱得快電熱絲，由于長期使用，使金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，金屬由于熱膨脹使原本規(guī)則的螺旋形電熱絲發(fā)生變形拉伸，電熱絲的橫截面不再是圓形，金屬失去彈性形變，電熱絲表面金屬氧化物填充于裂紋和加工劃痕之中，使裂紋和加工劃痕消失，表面變的相對光滑，同時在局部存在熔融的石英砂顆粒附著。

(3)經(jīng)過高溫作用的熱得快電熱絲，由于電熱絲存在于金屬管之內(nèi)，其周圍充滿石英砂，石英砂不僅可以絕緣，同時還可以有效的起到隔熱的作用，因而在同樣的時間之內(nèi)，火燒溫度不同對熱得快電熱絲的微觀形貌有不同的影響，但受熱溫度不同的電熱絲表面均不存在附著物，其電熱絲仍然呈規(guī)則的螺旋形。

(4)通電狀態(tài)下經(jīng)蒸干水而繼續(xù)干燒的熱得快電熱絲，由于電熱絲表面溫度很高，將其金屬表面的石英砂顆粒熔融，附著于電熱絲表面，使電熱絲表面的金屬裂紋及加工痕跡均被覆蓋，整個電熱絲表面被致密的熔融石英砂所覆蓋，當(dāng)熔融石英砂冷卻以后就形成鐘乳狀的不規(guī)則石英砂附著層。

通過以上比較與分析，通電干燒狀態(tài)下的電熱絲微觀形貌特征可明顯區(qū)別于正常使用狀態(tài)的熱得快電熱絲及火燒作用下熱得快電熱絲，同時，由于電熱絲存在于熱得快金屬管之內(nèi)，不易受火場復(fù)雜條件的影響，因而可以通過熱得快電熱絲的微觀形貌特征來鑒定火災(zāi)前熱得快所處的狀態(tài)。

4 結(jié)論

(1)僅從熱得快金屬管的表面形貌特征難以對熱得快在火災(zāi)前所處的狀態(tài)進行定性。

(2)不同狀態(tài)下熱得快電熱絲在宏觀形貌特征和微觀形貌特征征具有一定的差異。通電干燒狀態(tài)下熱得快電熱絲表面存在均勻分布的致密附著物，同時有不規(guī)則珠狀結(jié)晶;而火燒破壞電熱絲表面則不存在以上情況。

(3)采用SEM分析技術(shù)可以鑒定鋼管式熱得快電熱絲的微觀形貌的差異，直觀快捷地識別熱得快在火災(zāi)前所處的狀態(tài)。

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2011-03-30

尹義鋒(1984—)，蒙古族，碩士研究生，助理工程師。