Металлографический анализ электропроводов, изъятых с места пожара с целью установления причастности к возникновению возгорания

Размещено на http://allbest.ru

ФГБОУВО «Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России»

Металлографический анализ электропроводов, изъятых с места пожара с целью установления причастности к возникновению возгорания

Пивоварова А.В. магистрант

Аннотация

Annotation

Введение

Данный анализ проводится после рентгеноструктурного, он более информативен и позволяет более точно и наглядно установить условия, в которых произошло короткое замыкание. Металлографическое исследование проводов - более трудоемкий метод анализа, нежели рентгеноструктурный. Кроме того, это разрушающий метод (в отличие от неразрушающего рентгеновского), который ведет к утрате образца.

Для исследования микроструктуры металлических проводников в месте оплавления необходимо приготовить микрошлиф. Технология приготовления микрошлифов из меди и алюминия имеет существенные отличия.

Пробоподготовка. Шлифование и полирование

Для приготовления микрошлифа, от проводника со следами воздействия дуги короткого замыкания отрезают участок с оплавлением на конце протяженностью 10 - 15 мм для медного проводника и 30 - 40 мм для алюминиевого.

Алюминиевый проводник на расстоянии 10 - 15 мм от места оплавления изгибают под прямым углом. Далее на керамическую пластину устанавливают круглую металлическую оправку и внутрь оправки помещается образец так, чтобы между краями образца и внутренней стенкой оправки оставался зазор 3 - 5 мм.

Оправку наполняют быстротвердеющими пластмассами типа «Дентакрил» или эпоксидной смолой с отвердителем и после полимеризации жидкой массы выпрессовывают образец из оправки. При этом конец алюминиевого проводника должен выступать над верхней плоскостью шлифа на 10--15 мм.

Обработка поверхности микрошлифа производится с помощью наждачной бумаги, которую при шлифовании вручную помещают на плоское основание, а при механическом -- закрепляют на круге шлифовального станка. Обработка шлифа на наждачной бумаге проводится примерно до половины сечения проволоки.

Шлифование меди и алюминия рекомендуется начинать с бумаги № 320, затем № 800 и заканчивать на бумаге с мелким абразивным зерном типа М20. При переходе с одной наждачной бумаги на другую необходимо менять направление шлифовки на 90° и каждый раз тщательно удалять абразив со шлифа проточной водой и ватным тампоном, смоченным в этиловом спирте. Заключительной стадией обработки поверхности шлифа медного проводника является механическое полирование. Эта операция выполняется на вращающемся круге с натянутой на него материей, на которую непрерывно наносится мелкодисперсная суспензия, например, окиси хрома или окиси алюминия в воде. После полировки поверхность шлифа тщательно промывается в проточной воде, насухо промокается фильтровальной бумагой и протирается ватным тампоном, смоченным в спирте.

Выявление микроструктуры меди и алюминия. Способы травления

Для выявления микроструктуры шлифы подвергаются химическому травлению в одном из реактивов.

Реактив № 1 (для меди и медных сплавов): серная кислота - 1 мл, калий хромовокислый - 5 г, вода - 100 мл.

Реактив № 2 (для меди и медных сплавов): хлорное железо - 19 г, соляная кислота - 6 мл, вода - 100 мл.

Выявление границ зерен на механически полированных шлифах алюминия вызывает большие трудности из-за наличия на поверхности деформированного слоя, маскирующего истинную структуру. В этих случаях микрошлифы из алюминия подвергают электрополированию, в результате чего снимается наклепанный слой и облегчается процесс последующего травления.

Для электрополирования алюминия применяется хлорно-спиртовой электролит. Состав электролита: этиловый спирт 80 % - 4 части, хлорная кислота НС lO ₄ 20 % - 1 часть. Для приготовления электролита необходимо сначала налить спирт, а в него, охлаждая раствор водой, налить хлорную кислоту.

Электролит можно применять сразу после приготовления. Лучше проводить полирование при охлаждении. Рабочее напряжение U=30 В. Если при этом образуется белый налет, его можно снять в кипящей серной кислоте. Можно применять другой электролит следующего состава: ортофосфорная кислота Н3РО4 - 400 см³ (у = 1,42), серная кислота H2SO4 -- 400 см³ (у = 1,82), хромовый ангидрид (CrO₃ -- 50 г, дистиллированная вода -- 25 см³). Для приготовления электролита нужно растворить CrO₃ в воде (можно нагреть) и потом влить туда кислоты. Полировать лучше при температуре +70 °С, U = 40 В. Для выявления дендритного строения литого материала, химической неоднородности твердого раствора и зеренного строения алюминия рекомендуется применять метод исследования структуры с помощью тонких окисных пленок. В результате нанесения на шлиф тонких окисных пленок в поляризованном свете выявляется зерно почти всех алюминиевых сплавов в любом состоянии.

Для анодного окисления используется следующий электролит: дистиллированная вода - 98 мл, борофтороводородная кислота - 2 мл (12 мл борной кислоты в 25 мл плавиковой). Напряжение при окислении - 15 В, время окисления - 2 мин., катод -- свинцовая пластина, температура электролита -- комнатная.

Для нанесения пленки «+» источника постоянного напряжения 15 В с помощью зажима подсоединяется к торчащему из шлифа куску исследуемого провода, «--» подсоединяют к свинцовой пластине, которую помещают в электролит. Затем окунают шлиф в электролит и подают постоянное напряжение.

При работе с плавиковой кислотой необходимо соблюдать осторожность, так как она активно реагирует со стеклом. Хранить плавиковую кислоту рекомендуется в емкостях из пластмассы (например, в емкостях из- под канцелярского клея).

Процесс анодного окисления рекомендуется проводить в вытяжном шкафу. На рисунке 1 представлена установка для приготовления металлографических шлифов.

Рисунок 1. Установка для приготовления металлографических шлифов

Рисунок 2. Микроструктура оплавления медного проводника

Структура оплавления при различных условиях неодинакова. Короткое замыкание в нормальных условиях происходит при относительно низкой температуре окружающей среды, поэтому рост кристаллов меди при охлаждении из расплава происходит в основном в направлении максимального оттока тепла по проводнику, в результате образуется зона вытянутых кристаллов -- столбчатых дендритов. В случае короткого замыкания медных деталей в условиях до пожара с нормальным содержанием кислорода, в месте оплавления наблюдается двухфазная структура-эвтектический сплав Cu + Cu-Cu₂O. При этом могут наблюдаться три типа микроструктур:

• на участке оплавления содержится от 0,05% до 0,39% кислорода - основу сплава составляет медь с участками эвтектики Cu-Cu₂O;

• на участке оплавления содержится 0,39% кислорода - в данном случае сплав состоит сплошь из эвтектики Cu-Cu₂O;

• на участке оплавления содержится более 0,39% кислорода - помимо эвтектики Cu-Cu₂O в сплаве появляются кристаллы закиси меди Cu₂O.

Отсутствие в атмосфере газов-восстановителей приводит к тому, что газовые раковины и поры в оплавленном участке практически не образуются. На рисунке 2 представлена микроструктура оплавления медного проводника при коротком замыкании в нормальных условиях, то есть не в условиях пожара (содержание кислорода более 0,39%, имеются дендриты оксида меди, поры отсутствуют). металлографический электропровод микрошлиф

При коротком замыкании в условиях пожара (в условиях с пониженным содержанием кислорода, высокой температурой, высоким содержанием газообразных продуктов горения) в месте оплавления медных деталей эвтектика практически не наблюдается, массовая доля кислорода в оплавлении не превышает 0,05%, зерна имеют равноосную форму, образуется большое количество пор.

Литература

1. Митричев Л.С., Колмаков А.И., Степанов Б.В. и др. Исследование медных и алюминиевых проводников в зонах короткого замыкания и термического воздействия.- Москва: ВНИИ МВД СССР, 1986.

2. Чешко И.Д. Экспертиза пожаров.- Санкт-Петербург: С-ПбИПБ МВД России, 1997.

3. Колмаков А.И. Методика приготовления шлифов металлических объектов, поступающих на экспертизу: Методические рекомендации. - Москва: ЭКЦ МВД России, 1997.

4. Колмаков А.И., Пеньков В.В. Методика травления металлических объектов, поступающих на экспертизу: Учебное пособие.- Москва: ЭКЦ МВД России, 2000.

Размещено на Allbest.ru