殘骸分析技術(shù)在火災(zāi)事故調(diào)查中的應(yīng)用

1、殘骸分析技術(shù)在火災(zāi)事故調(diào)查中的應(yīng)用 摘要：通過插圖，形象、直觀地闡述了如何運(yùn)用殘骸分析技術(shù)，即 T 型法、分叉法、變形法和氧化法，判別石油化工火災(zāi)爆炸事故中斷裂 失效形成的殘骸或殘片在時(shí)間上的先后順序，即主裂紋的判別方法。 關(guān)鍵詞：壓力容器；斷裂；殘骸1 前言近幾年來，石油化工火災(zāi)爆炸事故時(shí)有發(fā)生，所造成的直接財(cái)產(chǎn)損失 和人員傷亡是觸目驚心的。例如， 1998年 3月 5日，西安市煤氣公司 液化石油氣管理所儲(chǔ)灌區(qū) 11 號(hào)球罐，因其根部排污閥上部法蘭密封局 部失效，造成液化石油氣大量泄漏，遇電火花引起火災(zāi)，造成直接財(cái) 產(chǎn)損失 447.8萬元，死亡 12 人，受傷 30 人的特大火災(zāi)事故。 由于

2、發(fā)生事故而破壞的機(jī)械設(shè)備，其斷口真實(shí)地記錄了破裂時(shí)的實(shí)際 情況，可提供事故原因分析的許多證據(jù)。因此，斷口是反映斷裂全過 程的最好見證。本文通過插圖，形象、直觀地闡述了如何運(yùn)用殘骸分 析技術(shù)，即 T 型法、分叉法、變形法和氧化法，判別石油化工火災(zāi)爆 炸事故中斷裂失效形成的殘骸或殘片在時(shí)間上的先后順序，即主裂紋 的判別方法，為火災(zāi)事故調(diào)查人員在現(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)，能夠從火場(chǎng)中的斷 裂失效殘骸中，迅速、準(zhǔn)確地判斷最早開裂的裂紋，即主裂紋或最初 裂紋，提供了一種科學(xué)的、簡(jiǎn)便易行的技術(shù)方法。2 主裂紋的判別方法在石油化工火災(zāi)爆炸事故分析中，遇到的最關(guān)鍵的問題是確定斷裂的 順序，以便判斷最先開裂的部位，即裂源的位

3、置。一般說來，在機(jī)械構(gòu)件或零部件上出現(xiàn)許多裂紋時(shí)，這些裂紋是先后 產(chǎn)生的，即形成的殘骸或殘片在時(shí)間上也是有先后的。 根據(jù)這個(gè)規(guī)律， 可在很多殘骸或殘片中確定最早開裂的裂紋，即主裂紋或最初裂紋。2.仃型法若將三塊殘片拼湊起來，其裂紋構(gòu)成 “ T”；或者是一個(gè)構(gòu)件上產(chǎn)生二 條裂紋，并構(gòu)成“ T型。在通常情況下，橫貫裂紋 A為首先開裂的，這 時(shí)可認(rèn)為A裂紋阻止了 B裂紋的擴(kuò)展，稱A裂紋為主裂紋或最初裂紋； B 裂紋為二次裂紋。主裂紋或最初裂紋擴(kuò)展方向平行于 A 裂紋，裂源 位置可能在0點(diǎn)處或0,點(diǎn)處。主裂紋擴(kuò)展方向的具體指向和裂源的確 切位置可以從斷口上的宏觀形貌特征， 如“人字條紋 ”特征來判定。

4、 二次 裂紋B的擴(kuò)展方向如箭頭所指示的方向。2. 2 分叉法機(jī)械構(gòu)件或零部件在斷裂時(shí)會(huì)形成若干碎塊或殘片，若把這些殘片合 攏拼湊起來，就會(huì)呈現(xiàn)若干分叉或分枝裂紋的路徑；或者一個(gè)構(gòu)件或 零部件在斷裂過程中往往出現(xiàn)一條裂紋后，還要產(chǎn)生若干的分叉或分 枝裂紋，如圖 2 所示。一般情況下，裂紋分叉或分枝的方向?yàn)榱鸭y擴(kuò)展方向，其相反方向指向裂源的位置。也就是說，分叉或分枝裂紋為 二次裂紋；匯合裂紋或主干裂紋為主裂紋或初始裂紋。23 變形法 機(jī)械構(gòu)件或零部件均具有一定的幾何形狀，在斷裂失效過程中發(fā)生變 形并且斷裂成若干個(gè)殘片。在判別主裂紋或最初裂紋時(shí)，要將殘片合 攏拼湊起來，檢查其各個(gè)方向的變形量的大小，

5、變形量大的部位所對(duì) 應(yīng)的裂紋為主裂紋或初始裂紋， 其它部位所對(duì)應(yīng)的裂紋均為二次裂紋。 在主裂紋所形成的斷口上， 可根據(jù) “斷口三要素 ”即（斷口宏觀形貌特征： 纖維狀區(qū)； 放射狀條紋區(qū)； 剪切唇區(qū) ） 來判別裂源的位置和裂 紋擴(kuò)展方向。按照這種變形方法拼湊的一個(gè)圓形機(jī)械零件如圖 3 所示， 從變形的情況了解到裂紋 A必然發(fā)生在裂紋B和C之前。24 氧化法 氧化法又可稱為腐蝕法，它主要是利用金屬或合金材料在環(huán)境介質(zhì)中 要發(fā)生氧化或腐蝕現(xiàn)象，這種現(xiàn)象隨著時(shí)間增長(zhǎng)而嚴(yán)重，即氧化膜或 腐蝕層增厚。 由于主裂紋 （這里指表面裂紋 ）生成的時(shí)間比二次裂紋生成 的時(shí)間長(zhǎng)， 所以主裂紋所形成的殘片斷面上的氧化

6、或腐蝕程度嚴(yán)重些。 由此可知，氧化或腐蝕比較嚴(yán)重的殘片是主裂紋所形成的；氧化或者 腐蝕比較輕或未氧化或腐蝕的殘片是二次裂紋所形成的。在一個(gè)殘片 上也可應(yīng)用氧化法，斷口上氧化或腐蝕嚴(yán)重的部分是先開裂的裂紋； 氧化或腐蝕程度比較輕的部分是后開裂的裂紋。圖 4 所示為軸類殘片 斷口，氧化或腐蝕程度比較嚴(yán)重的區(qū)域 A 為主裂紋；氧化或腐蝕程度 比較輕或未發(fā)生氧化或腐蝕的區(qū)域 B為二次裂紋。裂源位置在 A區(qū), 可根據(jù)斷口宏觀形貌特征來判別，如圖中 O 點(diǎn)處為裂源。一般情況下 裂紋擴(kuò)展方向，均是由 A 指向 B 的方向，如圖中箭頭所示的方向。3 結(jié)束語在石油化工火災(zāi)爆炸事故的現(xiàn)場(chǎng)勘查中，對(duì)于斷裂失效，要根據(jù)各種 具體的條件， 如裂紋的擴(kuò)展規(guī)律、殘片散落的部位、 殘片的分布范圍、 斷口的形貌特征、斷口氧化或腐蝕的程度、構(gòu)件各部位的相對(duì)變形量 大小等情況，進(jìn)行綜合分析， 才能準(zhǔn)確無誤地判別主裂紋與二次裂紋。在一般情況下，脆性斷裂失效常常應(yīng)用 “