剩磁法在汽車火災原因鑒定中的適用性研究

柴智勇，王學平

（1.北京正研工程技術研究院有限公司司法鑒定中心，北京 102600；2.中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300300）

據公安部統計，截至2019年6 月，全國機動車保有量達3.4 億輛，其中汽車2.5 億輛。 隨著我國汽車保有量的逐年增加，汽車火災事故頻發，汽車火災原因司法鑒定社會需求量較大。 常見的汽車火災事故原因主要分為電路故障、油液泄漏、外來火源引燃等，其中電路故障占比較大，且高發于乘用車，原車導線電流過大或線徑過細導致局部過熱、電路老化、原裝電器件故障、后期改裝加裝引發自燃等情況均有可能發生。 目前，針對汽車火災電路故障涉及的一、二次短路熔痕分析，使用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡等儀器設備進行測試的實驗室檢驗方法相對較為成熟，但對于火災現場勘驗，卻主要依靠基于痕跡分析的人工目視檢查方法，缺乏定量化的勘驗手段。

1 剩磁法基本原理

電流具有磁效應，在電流周圍空間產生磁場，處于磁場中的鐵磁體容易受到磁化作用，當磁場逸去后鐵磁體仍會保持一定磁性。 處于磁場中的鐵磁體被磁化，保持磁性的大小與電流和磁場的強弱有關。 通常導線中的電流在正常狀態下，雖然也會產生磁場，但其強度小，留在鐵磁體上的剩磁也有限。當線路發生短路或有雷電經過時，將會產生異常大電流，從而出現具有相當強度的磁場，鐵磁體也隨之受到強磁化作用，保持較大的磁性。

由于建筑電路一般為220V 或380V 的高壓交流電，因此在建筑火災現場中，當懷疑火是由于導線短路或雷電引起而又無熔痕可作為依據時，鑒定技術人員可采用對導線及雷電周圍鐵磁體進行剩磁數據檢測，根據國家標準《電氣火災原因技術鑒定方法 第 2 部分：剩磁法》（GB16840.2—1997）檢測剩磁的有無和剩磁的大小來判定在建筑火災現場中是否出現過短路及雷電現象，進一步分析與火災起因的關系。 而傳統燃油汽車電路以12V 或24V低壓直流電為主，與建筑電路明顯不同，能否同樣使用剩磁法進行現場勘驗和判定仍需進一步研究。

2 實驗設備開發

為分析剩磁法在汽車火災原因鑒定中的適用性， 需要根據汽車電路特點來設計模擬實驗裝置，結合汽車鐵質金屬零部件制作一次短路火災故障。如圖1 所示，本文模擬實驗裝置主要由特斯拉計、發電機、可變穩壓電源、電源防爆安全箱、實驗電源（蓄電池）、連接導線、閘刀開關、多功能燃燒實驗箱、數字火焰溫度計等組成，目前已取得發明專利授權（發明名稱為“一種汽車電氣火災模擬實驗裝置及應用其實驗的方法”，專利號：ZL201510579719.X）。

圖1 汽車電氣火災模擬實驗裝置結構原理圖

3 模擬實驗及分析

本文采用汽車導線中常見的線徑為2.0 mm的多芯聚氯乙烯絕緣銅導線，分別以纏繞、搭接等方式與汽車鐵質金屬零部件進行空間布置，通過模擬汽車火災電氣線路一次短路、火燒等情形進行實驗，通過測量鐵質金屬零部件在上述不同布置情況下產生的剩磁數據變化情況進行分析與研究。

3.1 纏繞式模擬短路

3.1.1 實驗過程

將導線通過零部件凸起、孔洞等位置以對稱、偏置等連接方式進行纏繞連接，開展一次短路實驗，如圖2 所示。

圖2 纏繞式模擬實驗

3.1.2 實驗數據

將纏繞式模擬短路實驗的四個零部件樣品依次編號為 1、2、3、4 號（圖 3），對其尖角位置的剩磁數據進行測量，分別統計實驗前、實驗時、實驗后7 d、實驗后21 d、切割、敲擊等狀態下的剩磁數據變化情況（表 1）。

表1 四個零部件樣品的剩磁數據結果

圖3 四個零部件樣品位置標示圖

3.1.3 分析總結

根據以上數據進行分析，發現實驗零部件樣品經過導線一次短路后，其本身剩磁數據會有明顯增加。 通常位于零部件四周的尖角處剩磁量比較高，隨著零部件存放時間的延長，零部件各個尖角處剩磁數據會發生轉移、增減，但總量不會發生太大變化。 當對零部件進行切割后，發現剩磁數據總量變化不大，會跟隨零件分離而重新分布。 當對零部件進行敲擊后，發現零部件剩磁數據會有明顯減小，甚至有剩磁量全部消失的情況出現。 這是因為有磁性的物質，內部分子磁場的排列具有一定的指向性，于是總的效應是產生一個宏觀磁場，但是這個磁場的指向性很脆弱，當分子動能增加時，可能會打亂原有的、有序排列，于是原有的磁場就會減弱甚至消失。 震蕩、熱處理都能夠增加分子動能，也就有可能改變原有的磁場排列，因此會形成消磁的效果。

3.2 搭接式模擬短路

3.2.1 實驗過程

將導線以搭接方式置于鐵質零部件表面，開展一次短路實驗，如圖4 所示。 實驗數據如圖5 所示。

圖4 搭接式模擬實驗

圖5 搭接樣品實驗數據

3.2.3 分析總結

當采用搭接較大零部件進行短路實驗時，通過特斯拉計測量各零部件剩磁數據，將剩磁數據標注如圖5 所示。 根據測量數據分析，發現導線搭接處產生的短路剩磁數據較大，這說明剩磁較大的位置很有可能是短路發生的位置。

3.3 火燒實驗

3.3.1 實驗過程

采用模擬過短路實驗且存在剩磁的零部件進行模擬火燒實驗，首先對零部件整體進行一次火燒加熱至高溫變紅，待冷卻后再測量零部件各處剩磁數據；自然存放一段時間以后，再次對零部件局部進行二次火燒加熱至高溫變紅，待冷卻后再測量零部件各處剩磁數據。 實驗數據如圖6 和表2 所示。

圖6 模擬火燒實驗位置圖

表2 模擬火燒樣品實驗數據

3.3.2 分析總結

通過剩磁數據統計分析，發現零部件通過第一次火燒加熱后，各尖角位置剩磁數據變化比較大，剩磁數據下降較多；當第二次火燒加熱后，零部件剩磁數據進一步下降。 這是因為帶磁性的物體當溫度上升時，一方面原子間距加大，降低了交換作用，不利于原子的磁矩同向排列；另一方面，熱運動不斷破壞原子磁矩的規則取向，導致磁性下降。 當溫度超過居里溫度臨界值，原子磁矩規則取向被完全破壞，物質失去磁性。

4 剩磁法誤判因素

汽車產品結構較為復雜，車輛自身裝配有一些諸如霍爾傳感器、喇叭等磁體，且在使用過程中蓄電池附近的有些部件容易發生磁化作用。 另外，一旦車輛出現交通事故，經過鈑金或者焊接等維修后，某些部件也容易磁化，以上車輛部件在火災現場一旦使用特斯拉計測量，會產生一定的剩磁數據，在使用剩磁法鑒定時，非常容易讓鑒定人員產生誤判，最終導致出具錯誤的火災原因鑒定意見。

4.1 新車剩磁干擾數據

由于汽油發動機屬于點燃式，其車輛電路系統比柴油發動發動機車輛相對復雜，因此本文選取汽油乘用車車型進行研究。 在某4S 店內，對39 輛同一型號、未曾銷售的某日系品牌新車的前機蓋、前翼子板等車身部件以及發動機艙內蓄電池、喇叭、發電機等部件（圖7）進行剩磁數據測量，統計結果見表3。

表3 某品牌39 輛同型新車各部件剩磁數值統計結果

圖7 新車剩磁數據測量位置示意圖

對表3 數據進行分析，發現車輛蓄電池固定螺栓、喇叭、發電機、點火線圈等部位剩磁數據較大，均已超過國家標準《電氣火災原因技術鑒定方法第 2 部分：剩磁法》（GB16840.2—1997）短路判定值。

4.2 事故維修車輛剩磁干擾數據

在某4S 店內，對15 輛前部發生過碰撞的、經過鈑金或者焊接維修的交通事故車輛進行剩磁數據測量，主要測量前縱梁、前部支架、翼子板、車身縫隙等部位，統計結果見表4。

表4 事故維修車輛剩磁數值統計結果

對表4 數據進行分析，發現車輛左、右前縱梁等部位剩磁數據較大，均已超過國家標準《電氣火災原因技術鑒定方法第2 部分：剩磁法》（GB16840.2—1997）短路判定值。

5 結論

對于汽車火災原因鑒定現場勘驗，剩磁法具有一定的適用性，可以彌補人工目視檢查的不足，使用特斯拉計進行剩磁數據測量是一種可行的汽車火災現場檢驗手段。 但是如果現場檢測到車輛某處剩磁數據較大時，不能簡單地認定此處為車輛初始起火部位，并將火災原因歸咎為線路短路導致，應該在排除車輛自身裝配的具有磁性的零部件、經過鈑金或者焊接等維修后導致磁化等可能性后，結合車輛火災事故后是否經過移動、敲擊、切割等客觀事實進行綜合分析，最終給出司法鑒定意見。