熱得快電熱絲的顯微斷口形貌分析

●張 輝

(武警學院消防工程系，河北廊坊 065000)

熱得快是一種浸入式液體加熱器，主要由電熱管、電源線和插頭組成。由于熱得快使用方便，價格低廉，因此得到了廣泛應用。然而，由于操作使用不當，尤其是通電干燒，以及產品質量問題等原因，由熱得快引起的火災時有發生［1］，給公共安全和社會穩定造成了嚴重危害。熱得快火災事故的調查，其關鍵問題是能否通過火災殘留物，判定火災發生之前熱得快處于通電狀態［2］。對于熱得快火災痕跡物證的技術鑒定方法主要是金相分析法(GB 16840.4－1997)，該標準只能通過電源線的熔痕性質，間接判定火災發生之前熱得快是否處于通電狀態，沒有涉及主要部件電熱絲的鑒定，因此存在局限性［3］。目前，對于熱得快火災痕跡物證的技術鑒定方法雖有一些研究，但主要集中在電熱管管壁和電熱絲的金相組織、表面形貌、表面成分等方面［4－5］。本文利用掃描電子顯微鏡，對熱得快正常使用、通電干燒以及正常使用和通電干燒后受火災作用4種狀態下，電熱絲的顯微斷口形貌進行對比分析，根據顯微斷口形貌特征，判定熱得快在火災發生之前是否處于通電干燒狀態，并應用于實際火災物證鑒定工作中，從而為此類火災事故的認定提供證據。

1 實驗材料及方法

實驗材料:某廠生產的熱得快(電熱絲為Fe－Cr－Al電熱合金絲)，額定電壓220V，額定功率700W。實驗方法為:(1)模擬正常使用狀態。用10個新的熱得快，分別插入盛滿水的8磅熱水瓶中，每次通電至水開，累計通電使用時間為30h，編號待用。(2)模擬通電干燒狀態。熱得快火災事故通常是在通電狀態下直接接觸可燃物，或將水燒干后繼續通電引發的。在通電狀態下，熱得快直接接觸可燃物至起火的時間一般不超過2min。因此，用10個新的熱得快，分別置于木板上，通電干燒2min后斷電，編號待用。(3)模擬火災作用狀態。熱得快引起火災后，必然要經歷火災的作用。為了考察火場溫度對電熱絲顯微斷口形貌的影響，將正常使用、通電干燒后的熱得快分別置于800℃的加熱爐中加熱30min，編號待用。(4)在上述不同實驗條件下的電熱管中部截取一段長10cm的電熱絲，用WAW－1000微機控制電液伺服試驗機拉斷，加載速率1kN·s－1，獲得電熱絲斷口樣品，編號待用。(5)用KYKY2800B型掃描電子顯微鏡對電熱絲的顯微斷口形貌特征進行觀察和拍照。

2 結果與討論

2.1 正常使用狀態下電熱絲的顯微斷口形貌特征

正常使用狀態下電熱絲受火前的顯微斷口形貌特征為:斷口外貌呈較規則的圓形，斷口凹凸不平，整個表面粗糙，有坑洞，呈等軸或撕裂“韌窩花樣”［6］，韌窩底部有細小孔洞(見圖1a)。正常使用狀態下電熱絲受火后的顯微斷口形貌特征為:斷口外貌呈不規則形，斷口凹凸不平加劇，整個表面更加粗糙，有較大的坑洞出現，呈等軸或撕裂“韌窩花樣”，韌窩底部有孔洞(見圖1b)。正常使用狀態下電熱絲受火前后的顯微斷口形貌特征雖有所不同，但均為“韌窩花樣”，屬于韌性斷口，無本質區別。

圖1 正常使用電熱絲的顯微斷口形貌

2.2 通電干燒狀態下電熱絲的顯微斷口形貌特征

通電干燒狀態下電熱絲受火前的顯微斷口形貌特征為:斷口外貌近似圓形或橢圓形，斷口比較平整，有較深的裂紋出現，斷口大部分表面比較光滑，呈“河流花樣”或“巖石花樣”，局部有少量“韌窩花樣”，韌窩較小、較淺(見圖2a)。通電干燒狀態下電熱絲受火后的顯微斷口形貌特征為:斷口外貌呈不規則形，斷口不平整，有較深的溝槽出現，斷口大部分表面比較光滑，呈“河流花樣”或“巖石花樣”，局部有少量“韌窩花樣”，韌窩較小、較淺(見圖2b)。通電干燒狀態下電熱絲受火前后的顯微斷口形貌特征雖有所不同，但大部均為“河流花樣”或“巖石花樣”，局部有少量“韌窩花樣”，屬于以脆性斷裂為主的韌脆混合性斷口［7］，無本質區別。

圖2 通電干燒電熱絲的顯微斷口形貌

2.3 正常使用與通電干燒狀態下電熱絲的顯微斷口形貌特征比較

從上述實驗結果可以看出，正常使用與通電干燒狀態下電熱絲的顯微斷口形貌存在明顯的特征區別。正常使用狀態下電熱絲的整個斷口表面呈等軸或撕裂“韌窩花樣”，與新電熱絲的顯微斷口形貌特征基本相同，屬于韌性斷口;通電干燒狀態下電熱絲的絕大部分斷口表面呈“河流花樣”或“巖石花樣”，局部有少量“韌窩花樣”，屬于以脆性斷裂為主的韌脆混合性斷口。這主要是由于兩種狀態下電熱絲所承受的溫度不同所造成的［8］。在正常使用時，有螺旋形電熱絲部分的電熱管全部浸入水中，電熱絲所產生的熱量被水吸收后迅速釋放，電熱管管壁外表面的最高溫度不超過130℃，此時電熱絲的實際工作溫度較低，還不足以使材料內部的組織結構發生明顯變化，進而影響到斷口的顯微形貌。而在通電干燒時，由于空氣為熱的不良導體，電熱絲所產生的熱量不能迅速釋放，電熱管管壁外表面的最高溫度可達800℃以上，造成電熱絲的實際工作溫度過高，導致電熱絲處于過熱或過燒狀態，使材料內部的晶粒和晶界粗化，晶界表面氧化、熔化等，其后果是材料的塑性變形能力下降，斷裂性質發生了由韌性斷裂向脆性斷裂的轉變，反映在斷口表面上，就會呈現出以脆性斷裂為主的韌脆混合性斷口或脆性斷口的顯微形貌特征。

2.4 加熱溫度和時間對電熱絲顯微斷口形貌的影響

從上述實驗結果可以看出，對正常使用和通電干燒狀態下的熱得快，用800℃的外部熱源加熱30min，尚不能對電熱管內部電熱絲的顯微斷口形貌特征產生本質的影響。在實際火災現場中，熱得快通常位于建筑物室內地面附近，處于火場溫度較低處，其電熱絲的顯微斷口形貌受火災的影響程度較實驗條件會更小。

3 結論

通過對實驗結果的分析討論，可得到以下結論:(1)在正常使用狀態下，熱得快電熱絲的整個斷口表面呈“韌窩花樣”;在通電干燒狀態下，熱得快電熱絲的絕大部分斷口表面呈“河流花樣”或“巖石花樣”，局部有少量“韌窩花樣”。(2)熱得快電熱絲的顯微斷口形貌特征，主要取決于自身電熱作用，一般火場溫度對其顯微斷口形貌特征的影響較小。(3)熱得快電熱絲的顯微斷口形貌特征，可以作為熱得快在火災發生之前是否處于通電干燒狀態的判定依據。

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