剩磁法在汽車火災(zāi)原因鑒定中的適用性研究

柴智勇，王學(xué)平

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

據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)，截至2019年6 月，全國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)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(zāi)事故頻發(fā)，汽車火災(zāi)原因司法鑒定社會(huì)需求量較大。 常見的汽車火災(zāi)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(fā)于乘用車，原車導(dǎo)線電流過大或線徑過細(xì)導(dǎo)致局部過熱、電路老化、原裝電器件故障、后期改裝加裝引發(fā)自燃等情況均有可能發(fā)生。 目前，針對(duì)汽車火災(zāi)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(shè)備進(jìn)行測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)方法相對(duì)較為成熟，但對(duì)于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，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(yàn)手段。

1 剩磁法基本原理

電流具有磁效應(yīng)，在電流周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，處于磁場(chǎng)中的鐵磁體容易受到磁化作用，當(dāng)磁場(chǎng)逸去后鐵磁體仍會(huì)保持一定磁性。 處于磁場(chǎng)中的鐵磁體被磁化，保持磁性的大小與電流和磁場(chǎng)的強(qiáng)弱有關(guān)。 通常導(dǎo)線中的電流在正常狀態(tài)下，雖然也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，但其強(qiáng)度小，留在鐵磁體上的剩磁也有限。當(dāng)線路發(fā)生短路或有雷電經(jīng)過時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生異常大電流，從而出現(xiàn)具有相當(dāng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)，鐵磁體也隨之受到強(qiáng)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(zāi)現(xiàn)場(chǎng)中，當(dāng)懷疑火是由于導(dǎo)線短路或雷電引起而又無熔痕可作為依據(jù)時(shí)，鑒定技術(shù)人員可采用對(duì)導(dǎo)線及雷電周圍鐵磁體進(jìn)行剩磁數(shù)據(jù)檢測(cè)，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法 第 2 部分：剩磁法》（GB16840.2—1997）檢測(cè)剩磁的有無和剩磁的大小來判定在建筑火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)中是否出現(xiàn)過短路及雷電現(xiàn)象，進(jìn)一步分析與火災(zāi)起因的關(guān)系。 而傳統(tǒng)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)和判定仍需進(jìn)一步研究。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備開發(fā)

為分析剩磁法在汽車火災(zāi)原因鑒定中的適用性， 需要根據(jù)汽車電路特點(diǎn)來設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)合汽車鐵質(zhì)金屬零部件制作一次短路火災(zāi)故障。如圖1 所示，本文模擬實(shí)驗(yàn)裝置主要由特斯拉計(jì)、發(fā)電機(jī)、可變穩(wěn)壓電源、電源防爆安全箱、實(shí)驗(yàn)電源（蓄電池）、連接導(dǎo)線、閘刀開關(guān)、多功能燃燒實(shí)驗(yàn)箱、數(shù)字火焰溫度計(jì)等組成，目前已取得發(fā)明專利授權(quán)（發(fā)明名稱為“一種汽車電氣火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)裝置及應(yīng)用其實(shí)驗(yàn)的方法”，專利號(hào)：ZL201510579719.X）。

圖1 汽車電氣火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)原理圖

3 模擬實(shí)驗(yàn)及分析

本文采用汽車導(dǎo)線中常見的線徑為2.0 mm的多芯聚氯乙烯絕緣銅導(dǎo)線，分別以纏繞、搭接等方式與汽車鐵質(zhì)金屬零部件進(jìn)行空間布置，通過模擬汽車火災(zāi)電氣線路一次短路、火燒等情形進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過測(cè)量鐵質(zhì)金屬零部件在上述不同布置情況下產(chǎn)生的剩磁數(shù)據(jù)變化情況進(jìn)行分析與研究。

3.1 纏繞式模擬短路

3.1.1 實(shí)驗(yàn)過程

將導(dǎo)線通過零部件凸起、孔洞等位置以對(duì)稱、偏置等連接方式進(jìn)行纏繞連接，開展一次短路實(shí)驗(yàn)，如圖2 所示。

圖2 纏繞式模擬實(shí)驗(yàn)

3.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

將纏繞式模擬短路實(shí)驗(yàn)的四個(gè)零部件樣品依次編號(hào)為 1、2、3、4 號(hào)（圖 3），對(duì)其尖角位置的剩磁數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，分別統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)時(shí)、實(shí)驗(yàn)后7 d、實(shí)驗(yàn)后21 d、切割、敲擊等狀態(tài)下的剩磁數(shù)據(jù)變化情況（表 1）。

表1 四個(gè)零部件樣品的剩磁數(shù)據(jù)結(jié)果

圖3 四個(gè)零部件樣品位置標(biāo)示圖

3.1.3 分析總結(jié)

根據(jù)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)零部件樣品經(jīng)過導(dǎo)線一次短路后，其本身剩磁數(shù)據(jù)會(huì)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(shí)間的延長(zhǎng)，零部件各個(gè)尖角處剩磁數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移、增減，但總量不會(huì)發(fā)生太大變化。 當(dāng)對(duì)零部件進(jìn)行切割后，發(fā)現(xiàn)剩磁數(shù)據(jù)總量變化不大，會(huì)跟隨零件分離而重新分布。 當(dāng)對(duì)零部件進(jìn)行敲擊后，發(fā)現(xiàn)零部件剩磁數(shù)據(jù)會(huì)有明顯減小，甚至有剩磁量全部消失的情況出現(xiàn)。 這是因?yàn)橛写判缘奈镔|(zhì)，內(nèi)部分子磁場(chǎng)的排列具有一定的指向性，于是總的效應(yīng)是產(chǎn)生一個(gè)宏觀磁場(chǎng)，但是這個(gè)磁場(chǎng)的指向性很脆弱，當(dāng)分子動(dòng)能增加時(shí)，可能會(huì)打亂原有的、有序排列，于是原有的磁場(chǎng)就會(huì)減弱甚至消失。 震蕩、熱處理都能夠增加分子動(dòng)能，也就有可能改變?cè)械拇艌?chǎng)排列，因此會(huì)形成消磁的效果。

3.2 搭接式模擬短路

3.2.1 實(shí)驗(yàn)過程

將導(dǎo)線以搭接方式置于鐵質(zhì)零部件表面，開展一次短路實(shí)驗(yàn)，如圖4 所示。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5 所示。

圖4 搭接式模擬實(shí)驗(yàn)

圖5 搭接樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2.3 分析總結(jié)

當(dāng)采用搭接較大零部件進(jìn)行短路實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過特斯拉計(jì)測(cè)量各零部件剩磁數(shù)據(jù)，將剩磁數(shù)據(jù)標(biāo)注如圖5 所示。 根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線搭接處產(chǎn)生的短路剩磁數(shù)據(jù)較大，這說明剩磁較大的位置很有可能是短路發(fā)生的位置。

3.3 火燒實(shí)驗(yàn)

3.3.1 實(shí)驗(yàn)過程

采用模擬過短路實(shí)驗(yàn)且存在剩磁的零部件進(jìn)行模擬火燒實(shí)驗(yàn)，首先對(duì)零部件整體進(jìn)行一次火燒加熱至高溫變紅，待冷卻后再測(cè)量零部件各處剩磁數(shù)據(jù)；自然存放一段時(shí)間以后，再次對(duì)零部件局部進(jìn)行二次火燒加熱至高溫變紅，待冷卻后再測(cè)量零部件各處剩磁數(shù)據(jù)。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖6 和表2 所示。

圖6 模擬火燒實(shí)驗(yàn)位置圖

表2 模擬火燒樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3.2 分析總結(jié)

通過剩磁數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)零部件通過第一次火燒加熱后，各尖角位置剩磁數(shù)據(jù)變化比較大，剩磁數(shù)據(jù)下降較多；當(dāng)?shù)诙位馃訜岷螅悴考４艛?shù)據(jù)進(jìn)一步下降。 這是因?yàn)閹Т判缘奈矬w當(dāng)溫度上升時(shí)，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(yùn)動(dòng)不斷破壞原子磁矩的規(guī)則取向，導(dǎo)致磁性下降。 當(dāng)溫度超過居里溫度臨界值，原子磁矩規(guī)則取向被完全破壞，物質(zhì)失去磁性。

4 剩磁法誤判因素

汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復(fù)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(fā)生磁化作用。 另外，一旦車輛出現(xiàn)交通事故，經(jīng)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(zāi)現(xiàn)場(chǎng)一旦使用特斯拉計(jì)測(cè)量，會(huì)產(chǎn)生一定的剩磁數(shù)據(jù)，在使用剩磁法鑒定時(shí)，非常容易讓鑒定人員產(chǎn)生誤判，最終導(dǎo)致出具錯(cuò)誤的火災(zāi)原因鑒定意見。

4.1 新車剩磁干擾數(shù)據(jù)

由于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)屬于點(diǎn)燃式，其車輛電路系統(tǒng)比柴油發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)車輛相對(duì)復(fù)雜，因此本文選取汽油乘用車車型進(jìn)行研究。 在某4S 店內(nèi)，對(duì)39 輛同一型號(hào)、未曾銷售的某日系品牌新車的前機(jī)蓋、前翼子板等車身部件以及發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)蓄電池、喇叭、發(fā)電機(jī)等部件（圖7）進(jìn)行剩磁數(shù)據(jù)測(cè)量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 某品牌39 輛同型新車各部件剩磁數(shù)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖7 新車剩磁數(shù)據(jù)測(cè)量位置示意圖

對(duì)表3 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)車輛蓄電池固定螺栓、喇叭、發(fā)電機(jī)、點(diǎn)火線圈等部位剩磁數(shù)據(jù)較大，均已超過國家標(biāo)準(zhǔn)《電氣火災(zāi)原因技術(shù)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(shù)據(jù)

在某4S 店內(nèi)，對(duì)15 輛前部發(fā)生過碰撞的、經(jīng)過鈑金或者焊接維修的交通事故車輛進(jìn)行剩磁數(shù)據(jù)測(cè)量，主要測(cè)量前縱梁、前部支架、翼子板、車身縫隙等部位，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。

表4 事故維修車輛剩磁數(shù)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

對(duì)表4 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)車輛左、右前縱梁等部位剩磁數(shù)據(jù)較大，均已超過國家標(biāo)準(zhǔn)《電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法第2 部分：剩磁法》（GB16840.2—1997）短路判定值。

5 結(jié)論

對(duì)于汽車火災(zāi)原因鑒定現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，剩磁法具有一定的適用性，可以彌補(bǔ)人工目視檢查的不足，使用特斯拉計(jì)進(jìn)行剩磁數(shù)據(jù)測(cè)量是一種可行的汽車火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)手段。 但是如果現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到車輛某處剩磁數(shù)據(jù)較大時(shí)，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)定此處為車輛初始起火部位，并將火災(zāi)原因歸咎為線路短路導(dǎo)致，應(yīng)該在排除車輛自身裝配的具有磁性的零部件、經(jīng)過鈑金或者焊接等維修后導(dǎo)致磁化等可能性后，結(jié)合車輛火災(zāi)事故后是否經(jīng)過移動(dòng)、敲擊、切割等客觀事實(shí)進(jìn)行綜合分析，最終給出司法鑒定意見。