Page 27 - 理化检验-物理分册2024年第六期

门腾腾，等：铜导线火灾熔痕的背散射电子衍射分析方法

包含火烧熔断与大电流过载短路熔断，而短路熔断 至室温。为了确保试验的准确性，每组试验准备3个
又细分为一次短路熔断与二次短路熔断。笔者对火 平行试样。
灾事故现场普遍存在的典型火焰熔痕、一次短路熔 1.2 EBSD试样制备与表征
痕及二次短路熔痕的晶粒形态和织构进行研究，采 取铜导线熔痕，使用电阻点焊方法将铜导线与
用EBSD技术对不同熔痕织构进行分析，为导线火 熔断头进行连接，利用亚克力粉或者环氧树脂等材
灾熔痕的鉴定提供了一条新思路。 料对铜导线熔断头进行冷镶嵌；使用金相砂纸对镶
嵌后的材料进行打磨，金相砂纸粒度依次为 200，
1 试样制备与试验方法
600，1 500目（1目=25.4 mm）；使用机械抛光机对
1.1 试样制备 打磨好的试样进行抛光，采用金刚石抛光剂对试样
选用紫铜导线作为试验材料。使用中国人民警 进行粗抛与细抛。利用电解抛光设备对机械抛光后
察大学自主设计的电气火灾故障模拟装置对一次短 的试样进行电解抛光，电解抛光的主要目的是去除
路与二次短路熔痕进行判定，该装置可以模拟火灾 机械抛光后铜导线表面存在的机械应力层。电解抛
事故现场大电流短路熔断发生的现实场景，装置由 光的具体工艺为：① 电解液配比，磷酸、无水乙醇、
电源柜、控制柜及燃烧柜组成，电源柜的输出电压为 去离子水的体积比为1∶1∶2；② 电解抛光采用直流
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0~660 V（精度为1 V），电压采集频率为1.5×10 Hz。 电源，电压为15 V，温度为15 ℃，时间为15 s；③ 电
火灾事故现场具有多发性，仅对常规诱因导致的火 解抛光完成后，使用去离子水清洗表面，并利用高压
焰熔痕进行研究。使用酒精喷灯直接加热铜导线， 气枪（气压为0.3 MPa）迅速将残留在试样表面的电
直至导线端部熔化，随后在玻璃器皿中将导线冷却 解液吹走。电解抛光装置如图1所示。

图 1 电解抛光装置示意
使用Nordly Max3 型EBSD设备对铜导线进行 粒尺寸远大于原始导线，说明短路过程中热量极大，
熔痕表征。其中，加速电压为20 kV，束流为10 nA 使晶粒尺寸显著长大；同时，熔痕中晶粒生长存在明
左右，将试样倾转70°。使用牛津公司EBSD后处理 显的方向性，在图3b）中，所有晶粒向同一方向生长，
软件AztecCrystal对测试结果的晶粒取向分布和织 并且一直延伸至熔痕边缘。
构信息进行分析。 图 3a）~3c）的极图如图 3d）~3l）所示。由图
3d）~3l）可知：1号与2号平行试样的xz投影面上呈
2 试验结果
现明显{100}//y方向的织构，3号试样在yz投影面上
2.1 火焰熔痕晶粒分布及织构分析 呈现{100}//x方向的织构，从而更好地证实了一次

3 个火焰熔痕平行试样晶粒取向分布的二维 短路过程中晶粒存在明显择优生长的倾向。
赤道平面投影（IPF）图如图 2a）~2c）所示。由 2.3 二次短路熔痕晶粒分布及织构分析
图2a）~2c）可知，火焰熔痕以粗大的枝晶或者等轴 3个二次短路熔痕平行试样的晶粒取向分布IPF
晶为主，晶粒取向分布呈无序状态。图2d）~2l）为图 图如图4a）~4c）所示。由图4a）~4c）可知：与一次
2a）~2c）的极图。由图2d）~2l）可知，火焰熔痕的取 短路熔痕相似，二次短路熔痕晶粒尺寸远大于原始
向分布较为杂散，没有出现明显的织构特征。 导线，说明短路过程中热量极大，致使晶粒尺寸显著
2.2 一次短路熔痕晶粒分布及织构分析 长大；同时，熔痕中部呈现部分择优生长的晶粒，在
3个一次短路熔痕平行试样的晶粒取向分布IPF 图4b）中，熔痕中部几乎所有晶粒向同一方向生长，
图如图3a）~3c）所示。由图3a）~3c）可知：熔痕晶 与一次短路熔痕不同的是，柱状晶的生长态势并没
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