铜导线短路熔痕内部气孔分布规律研究.doc

武警学院本科毕业论文（设计）铜导线短路熔痕内部气孔分布规律研究摘 要：为探究铜导线短路熔痕内部气孔的分布规律对火灾原因的认定的可行性，采用模拟实验的方法，通过大量实验制作同种条件下铜导线一次二次短路熔痕，利用KYKY22800B 型扫描电子显微镜（SEM）对实验条件下制作的铜导线一次短路熔痕和二次短路熔痕根部断面的微观形貌进行了观察和拍照，运用Photoshop对所得照片进行处理，并运用SPSS对内部气孔的数量、大小、分布等进行了统计分析，总结出铜导线一次短路熔痕和二次短路熔痕的微观形貌特征。最后通过对数据的分析，得出一次短路气孔的分布特点与二次短路之间的差别。本文为鉴别一次短路熔珠与二次短路熔珠提供新的认定依据，对线路火灾调查工作的顺利开展具有一定的现实意义。关键词 铜导线； 熔痕内部； 气孔分布； 统计分析The study for the stomata distribution laws of the aluminum wires short-circuited Melted marksAbstract: To explore the cause of the stomata distribution inside the copper short circuited melted marks, a large number of experiments are done under the same conditions to get copper wire. I used scanning electron microscopy KYKY2800B (SEM) to observe and take the Micromorphology photos of the melt marks from the primeray and secondary short-circuited. Moreover, I used the Photoshop 4.0 to deal with the photos, and used the SPSS to analyze the number of internal pores, size, distribution and others. At last, I summaried the Micromorphology of the melt marks from the first and second short-circuit. It is important that I found the differences of distribution between the first short-circuit melt marks and the second short-circuit melt marks through the analysis of the data. The paper provides a new research ways for identifying the primary and secondary short-circuited melted marks. Keywords copper wire; the internal marks of melt; the distribution of stomata; statistical analysis目 录摘要IAbstractII目录III1 前言12 实验部分32.1 实验设备与材料32.1.1 实验材料32.1.1 实验设备32.2 实验过程32.2.1 铜导线一次短路熔痕样品的制备和提取32.2.2 铜导线二次短路熔痕样品的制备和提取42.2.3 SEM样品的制备和微观形貌的观察记录和测量统计43 实验结果53.1 一次短路熔痕根部内部气孔分布规律53.1.1 一次短路熔痕根部的微观形貌特征及气孔分布53.1.2 一次短路熔痕根部内部单位面积气孔数量统计63.1.3 单组一次短路熔痕根部内部气孔直径统计93.1.4 一次短路熔痕熔痕根部内部气孔直径统计133.2 二次短路熔痕根部内部气孔分布规律153.2.1 二次短路熔痕根部的微观形貌特征及气孔分布153.2.2 二次短路熔痕根部内部单位面积气孔数量统计163.2.3 单组二次短路熔痕根部内部气孔直径统计193.2.4 二次短路熔痕熔痕根部内部气孔直径统计234 结果分析与讨论254.1 短路熔痕根部的微观形貌分析254.1.1 一次二次短路气孔分布的微观特征和区别254.2 一次和二次短路熔痕内部气孔数据的统计与比较分析254.2.1 一次和二次短路熔痕内部单位面积上的气孔数量的区别254.2.2 一次和二次短路熔痕单位面积上气孔数的标准差的区别274.2.3 单组一次和二次短路熔痕内部气孔直径区别295 结论31参考文献32致谢34IV1 前言随着社会现代化进程的不断加快，社会的电气化程度也越来越高，电气火灾发生的可能性随之逐年增大。电气火灾因突发性强、隐蔽性大而频频发生。据中国消防年鉴公布，电气原因引发的火灾数量一直以来在全国火灾总数中占有重要的比重。据统计，在19792007的28年间全国一次性死亡30人以上的38起火灾中就有9起是因为电气原因所致，近三年来电气原因所引发的火灾所占的比重更是成逐年上升的趋势1-3，2006年电气火灾占全年火灾总起数的23.1%，直接财产损失比例达35.2%4，2007年在全国共发生的66起较大火灾中有30起是由于电气原因引起，8起重大火灾中有3起的原因为电气引起，电气火灾比例比前一年升高5.2百分点5，2008年，电气火灾所占的比重再创新高，高达30.1%6，人民生命财产安全受到电气火灾的严重威胁。从以上数据可以看出，电气火灾增长势头快、损失巨大，严重危害国家财产和人民生命安全。目前，电气线路故障有两个方面。一方面，电器设备或导线过载、线路老化使绝缘破损或某些电气工程违规安装、布线混乱等原因均能造成电气故障而引发火灾为一次短路。另一方面，电气设备在高温作用下，电气绝缘遭到破坏，造成带电线路发生短路而诱发电气火灾为二次短路7。对线路短路引发火灾而开展的鉴定较多，特别是对于复杂火场条件下线路熔痕的鉴定大多是凭借火灾调查人员的实践经验，对熔化痕迹采用宏观观察分析、金相分析、微观形貌分析、成分分析等方法进行分析鉴别8，并且已经成为国家标准。国内外不少学者也对铜导线的短路熔珠进行了金相分析研究，得出了不少结论9。但是，目前随着科技水平的提高，新技术、新仪器的出现，使鉴定工作又开辟了新的局面。有更多的学者开始使用离子质谱仪 SIMS、X-射线散射分析仪等仪器对铜导线的短路熔痕进行研究，得出了一系列有价值的结论。如台湾CHEN 等人利用离子质谱仪 SIMS 对一次短路熔痕和二次短路熔痕不同深度表面的碳、铜、氧、氯进行测定，得出了在不同深度表面上，一次短路熔痕和二次短路熔痕氯的含量有明显不同，并且认定以此可作为判定的依据10。02年Eui-Pyeong Lee， Hideo Ohtani等人通过实验研究短路痕迹中碳化的残渣，分析一次短路和二次短路中碳的晶体结构，提出通过石墨化碳和不定型碳来区分一次和二次短路11。国外的有学者对使用金相鉴定来确定火灾原因提出了质疑，认为39%的准确率不能准确用于火灾原因的鉴定，不能用少量的特定实验来证明所有火灾，其火灾中形成的短路熔痕很可能受外界的影响而发生改变12。关于本课题国内也有一定的研究。从现有的文献资料看，我国曾经研究过扫描电镜/能谱仪在火灾原因技术鉴定中对于导线的火前短路熔痕、火后短路熔痕、火烧熔痕等13，并且也有陶景光等在火灾事故鉴定方面扫描电镜的研究14。胡建国与刘义祥通过研究导线熔痕的微观形貌特征从而判断导线一次短路、二次短路和火烧熔痕，而且还提出凡是因短路而形成的熔珠，只要不被破坏，即使后来又受到火场低于导线熔点的温度作用，其气孔的特征并不改变15。邸曼，王希庆，刘振刚对短路气孔特征进行了描述，一次短路的熔痕中气孔小而少，二次短路熔痕中气孔多而大，一次短路的孔洞均匀、细密，有明显的树枝晶、柱状晶和共析组织，熔珠断面和基体(杆)断面呈抛物线型卵形花样等；二次短路的单股铜导线熔珠断面呈蜂窝状花样，断面的孔洞不均匀，有较大的气孔存、在高倍像中，洞底部有平行的条状花纹，内壁有小的孔缩，卵石状颗粒和灰尘9。王芸在其铜导线短路熔痕微观形貌特征分析与研究一文中并对内部气孔的数量、大小、分布等进行了统计分析，发现了一次短路气孔的数量、分布与二次短路之间的差别与长期采用的鉴定依据不同16。电镜下观察气孔的分布、数量，用于火灾原因的鉴定工作还很少见，还需要进行一系列的深度探索。有鉴于此，特进行了相关实验并撰写了本文，我们用扫描电镜观察分析了同种条件下同线径的铜导线的两种短路熔痕内部气孔分布规律，运用多种软件对所得数据进行处理，为电气火灾中铜导线引起火灾的原因调查工作提供参考依据。2 实验部分2.1 实验设备与材料2.1.1 实验材料天津市欣华通线缆有限公司 2. 5 mm2 单芯聚氯乙烯铜导线。2.1.2 实验设备火灾痕迹物证综合实验台（中国人民武装警察部队学院制造），KYKY-2800型扫描电子显微镜（SEM），Canon PowerShot A630数码照相机（佳能（中国）有限公司）。2.2 实验过程2.2.1 铜导线一次短路熔痕样品的制备和提取首先取两根10 cm长的同线径导线，将导线的两头分别去掉1 cm长的绝缘皮，使其露出1 cm长的线芯。然后，将两头拨去绝缘皮的铜导线夹在电焊机的电把子上，再另一根固定在电焊机的另一极上。相同试验条件下，分别使用30 V、35 V、40 V电压，采用线与线本体直接接触短路的方法和导线头点对点接触短路方法做对比试验。自然冷却，观察铜导线短路熔珠的形成情况用以选择最佳的实验材料。最后选择使用35 V电压，导线头点对点接触短路形成熔珠。共计制作一次短路导线70余根，其中选用有明显熔珠的短路导线20根用于模拟实验，有明显短路熔珠的短路导线30根为实验用品，记录制作条件并进行编号。对制作好的样品进行取样时，先将20根导线分为每5根为一组的四组，对短路导线熔珠的根部进行处理。采用切一半掰一半的方法、切一半掰一半并用砂纸打磨抛光的方法、直接切开并用砂纸打磨抛光的方法、直接掰开四种方法对样品进行处理，并用SEM对四组进行观察并进行对比分析，观察不同组的方法对短路熔痕内部气孔的破坏情况。经SEM观察，发现直接掰开法和切一半掰一半的方法对气孔的保存率最大，最后选用直接掰开的方法处理短路熔痕，记录制作方法，编号保存待用。 2.2.2 铜导线二次短路熔痕样品的制备和提取选取30根同线径铜导线，每两根使用缠绕的方法将其绑在一起。将绑好的铜导线分组，每组3根为一组分为5组，保持相同的试验条件进行样品的制备实验。选用40 V、45 V、50 V、55 V、60 V不同的电压，接通电源后使用煤气炉烧导线中段的一部分，当导线的绝缘层被烧坏后，发生短路，自然冷却的方法制作二次短路，观察其形成的熔珠的大小和形成率，最后选用形成率较高的50 V电压为制备电压。选用同线径铜导线若干，使用相同试验条件下，50 V电压、导线缠绕、自然冷却，制作二次短路导线30根。前后共计制作二次短路导线40余根，选取其中保留较完整有明显熔珠的二次短路导线30根用于后续试验，根据一次短路熔珠的截取方法，选用直接掰开的截取方法取样，总共获得样品40余个，选用其中30个实验样品，记录制作方法，编号保存待用。2.2.3 SEM样品的制备和微观形貌的观察记录和测量统计。将铜导线熔痕样品放入盛有无水乙醇的玻璃器皿中进行去污，取出后用滤纸将样品表面的残余无水乙醇吸干，再用导电胶带固定在样品杯上，放置于样品台上，送进样品室内；待样品室内真空度达510-5 乇(1乇=133.329 Pa)以上时，接通探测器高压及灯丝加热电源；选择加速电压20KV、束流、光阑，调节焦距和放大倍数，分别对30个样品进行微观形貌分析并进行拍照，放大倍数为40-100 X（选择放大倍数的标准在于能够完整的观察样品的截面）。利用 Photoshop cs4 软件对一次、二次短路样品照片内的气孔、缩孔进行标记，并用照片自带的标尺对气孔直径、所测断面的单位面积进行度量并记录，使用Microsoft Office Excel对所得数据进行整理和单位的换算，对自然冷却条件下形成的一次和二次短路各30个熔珠样品内部的气孔进行统计。共得到一次短路气孔直径数据1605个，二次短路气孔直径数据1404个，分别得到一次和二次短路截面面积数据60个，然后采用 SPSS14.0对这些数据进行统计计算。3 实验结果 3.1 短路熔痕根部的微观形貌3.1.1 一次短路熔痕根部的微观形貌特征及气孔分布（1）2.5 mm2铜导线在35 V电压，通风条件良好情况下，导线点对点短路，自然冷却，其短路熔痕根部内部气孔使用SEM放大40100 X，对30个样品进行观察，其中四张分布情况如图3.13.4所示。 图3.1 图3.2 图3.3 图3.4从图3.13.4可以看出2.5 mm2线径的铜导线发生一次短路时其环境温度处于正常条件下。形成气孔的主要时间在于铜导线短路时液态铜结晶的过程中，影响气孔数量和分布的因素在于其过冷度的大小和外界条件的影响，当导线的过冷度较大的时候，由于铜导线结晶速度快，液态铜与空气接触时间不长，大量气孔没有足够的时间散失出去而被滞留在导线内部。从图3.13.4可以看见，短路熔痕内部形成气孔分布密集，气孔大小均匀细密和少量的小缩孔。通过实验发现其它样品也有相同的规律。3.1.2 一次短路熔痕根部内部单位面积气孔数量统计铜导线发生一次和二次短路时所形成的熔痕形貌不同，其截取方法不同，铜导线短路熔痕在截取的时候因为截取的力量和熔珠的形状不同，造成熔痕截面的面积不同，不同条件影响下气孔的个数，密度和分布情况都有所不同。为区别每个样品的不同，使用SEM观察和拍照，使用photoshop cs4软件对照片进行染色处理，用其自带的计数工具测量截面内气孔的数量和缩孔的数量，计算单位面积上的气孔数。用photoshop对照片进行标记, 如图3.5所示。图3.5 标记后的图片样品 用近似的形状计算包括所有气孔在内的单位面积，计算截面积的大小，分布及特征如表3.1所示。表3.1 单位面积的气孔个数编号单位面积（mm2）气孔个数（个）单位面积的气孔数（个）10.680576288.1603720.2033061300.0406231.234443125.11252续表3.1编号单位面积（mm2）气孔个数（个）单位面积的气孔数（个）43.176584012.5921450.4556146100.9619960.507243569.0000577.10989415.7666182.694255319.6715093.434556318.34301104.718657515.89437111.797445932.82431122.381115924.77835132.370955422.77565142.230363917.48593151.538826240.29055160.669835176.13826170.793864455.42532181.448455235.90029195.55616407.19921205.71253386.65203211.236725846.89805221.208596452.95396233.643537320.03547243.539957019.77428252.153135425.07969262.3579510946.22657271.610963521.72616281.793324323.97777291.547766944.58041301.532347345.75332运用SPSS软件对表3.1所得单位面积气孔数使用统计分析，统计数据的标准差、众数、中位数等，其统计分析结果如表3.2所示。表3.2（a） 统计分析结果N数量30平均值44.0091中位数25.0797众数5.767标准差54.8932正态分布偏度3.888峰度的标准误0.434从统计表中可以发现，偏度值为3.888，说明正态分布曲线有一个较长的右尾，单位面积的气孔数主要集中在7.1992188.16037个之间。为避免一些大的变动数据的影响，取单位面积气孔数的众数为5.76，表示数据明显集中的一个位置。标准差为54.893238，反应一个数据集的离散程度。平均值为44.00916，中位值为25.0797，表示将数据排序后，位置在最中间的数值。各变量百分位数值数值在7.1992188.16037之间，占的数据比例为73%左右。表3.2（b） 各百分位数值各变量百分位数值107.199212017.485943019.774294022.775655025.079706035.900307046.226588055.425329088.16037SPSS生成正态分布曲线如图3.6所示。图3.6 单位面积的气孔的正太分布图3.1.3 单组一次短路熔痕根部内部气孔直径表3.3和3.4是2.5mm2线径铜导线一次短路气孔直径数据，用SPSS软件进行统计分析后得出的正态分布图30张和统计表格30张。1号样品的结果如表3.3（a）所示。表3.3（a） 1号样品的统计结果N数量61平均值0.04114众数0.02616标准差0.02136正态分布偏度1.263峰度的标准误0.306以中位数为标准，将中位数左右分为10等份，所得结果占总数的80%。其结果如图3.3（b）所示。表3.3（b） 各变量百分位数值各变量百分位数值100.02121200.02359300.02662400.03004500.03735600.04063700.04798800.05190900.082411号样品的正太分布曲线如图3.7所示，可以看出数据主要集中在0.010.06之间。中位数是0.03735。3.7 1号样品正态分布图铜导线一次短路气孔直径数据，用SPSS软件进行统计分析后得出2号样品的结果如表3.4（a）所示。表3.4（a） 统计分析结果N数量55平均值0.0505199众数0.03785标准差0.02486819正态分布偏度1.603峰度的标准误0.322以中位数为标准，将中位数左右分为10等份，所得结果占总数的90%。其结果如图3.4（b）所示。3.4(b) 各变量百分位数值各变量百分位数值100.02845200.03262300.03621400.03943500.04328600.04872700.05510800.06656900.081472号样品的正太分布曲线如图3.7所示，可以看出数据主要集中在0.010.08之间。中位数是0.03735。图3.8 2号样品正态分布图表3.73.8是一次短路样品的正态分布曲线图，从图中我们可以得到每一个短路熔痕内部气孔直径的众数、中位数、平均值、正态分布偏度。对所有数据进行归纳整理得表3.5所示。表3.5 30个一次短路熔痕内部气孔直径分布编号众数（mm）标准差（mm）平均值（mm）中位数（mm）10.026160.021360.041140.0373520.020490.027980.042760.036330.024160.090330.116760.0931540.068630.030590.088350.0773350.032210.043860.074430.0614960.042840.020930.070170.0666170.063140.044130.109560.10495续表3.5编号众数（mm）标准差（mm）平均值（mm）中位数（mm）80.063140.042020.102950.0903790.031680.028100.067950.06267100.027000.020430.047880.04436110.034590.024360.051240.04319120.031670.076310.092330.06523130.037850.024860.050510.04328140.037630.054890.091490.07583150.035160.023050.060690.05156160.076400.028180.074510.06840170.033260.021040.052990.04979180.044120.025780.042680.03751190.047220.025350.072630.07071200.047220.051750.101410.08392210.039550.028970.060570.05171220.030510.023940.049040.042872324250.049300.043280.029880.043150.037620.031330.074580.067560.060130.068330.058730.04928260.030250.035790.049990.04246270.092660.043690.083510.08705280.035910.023150.048520.04300290.032860.030250.061880.05653300.054370.376560.056220.05628根据表3.6中的数据，通过比较可以得出，众数最小值0.02049，最大值0.09266，平均值为0.0421047。标准差最小值0.0204395，最大值0.3765624，平均值为0.0466636。单个熔痕内部气孔平均值最小值为0.0411402，最大值为0.1167614，平均值为0.0688185。中位数最小值0.036392，最大值0.1049566，平均值为0.0606822。3.1.4 一次短路熔痕熔痕根部内部气孔直径统计一次短路形成的气孔较多，大多是小气孔，使用Excel对1605个一次短路气孔直径数据进行从小到大排序，选取前1400个数据，运用SPSS软件进行分析可得到如表3.6和图3.9所示。从表3.6和图3.9可以看出，1400个一次短路的气孔平均值在0.067147。正态分布偏度为3.098284，说明变量短路气孔的直径分布和标准的正态分布曲线的偏差较大。单个变量的百分位置表示将正态分布的众数左右分为10等份，每一个百分数的气孔直径。百分位气孔直径最小值0.02952，最大值0.115932。表3.6（a） 一次短路气孔统计结果N数量1400平均值0.06714中位数0.05690众数0.03521标准差0.04297正态分布偏度3.09828偏度值的标准误0.06539使用spss软件，将中位数左右数值分为10份，其数值范围在0.029520.11593之间，占总体数值的70%左右。表3.6（b） 各百分位数值个变量百分位数值100.02952200.03685300.04251400.04903500.05690600.06446700.07627800.08969900.11593使用spss软件对所有数据进行处理，的正态分布图3.9所示。图3.9 一次短路气孔直径的正态分布图3.2 二次短路熔痕根部内部气孔分布规律3.2.1 二次短路熔痕的微观形貌特征及气孔分布2.5 mm2铜导线在50 V电压，通风条件良好情况下，每两根使用缠绕的方法将其绑在一起，接通电源后使用煤气炉烧导线中段的一部分，当导线的绝缘层被烧坏后，发生短路，自然冷却的方法制作二次短路，其短路熔痕根部内部气孔使用SEM放大100 X分布情况如图3.103.13所示。 图3.10 样品1 图3.11 样品2 图3.12 样品3 图3.13 样品4从图3.10和3.13可以看见大气孔内部存在小气孔，图3.11可以看出多个气孔重叠，图3.12可以看出形成大的缩孔，图3.10可以看出形成较大的气孔，有时出现了整个断面上只有几个大气孔的情况。其他数据也存在这种情况。由于二次短路发生火灾条件下，短路发生时周围的环境温度较高，当导线的过冷度较小的时候，铜导线结晶速度慢，液态铜与空气接触时间长，空气中有大量的气态物质参与到铜导线的结晶过程中，铜导线内部的气孔也会因为受热时间较长，气孔有足够的时间变大，形成较大气孔，大气孔内存在小气孔，多个气孔重叠等情况，有时会形成大的缩孔。由于火灾环境温度高，在二次短路熔痕形成过程中，铜熔液的凝固体积更大，内部液体凝固时，部分收缩而又得不到及时补充，它用不了外壳留给它那么大的体积，从而导致熔珠内部的缩孔更大，所以形成的熔珠经常出现中空现象。通过实验发现其它样品也有相同的规律3.2.2 二次短路熔痕内部单位面积气孔数量统计铜导线发生一次和二次时所形成的熔痕形貌不同，其截取方法不同，铜导线短路熔痕在截取的时候因为截取的力量和熔珠的形状不同，造成熔痕截面的面积也不同，气孔的个数，密度和分布情况都有所不同，为区别每个样品的不同。使用SEM观察和拍照，使用photoshop cs4软件对照片进行染色处理，用其自带的计数工具测量截面内气孔的数量和缩孔的数量，计算单位面积上的气孔数。用photoshop对照片进行标记。用近似的形状计算包括所有气孔在内的单位面积，计算截面积的大小，分布及特征如图3.14和表3.7所示。图3.14 标记后的图片样品表3.7 单位面积上的气孔数编号单位面积（mm2）气孔个数（个）单位面积的气孔数（个）10.8458571416.5512621.2322942923.5333531.9948444824.0620342.9702253812.7936451.3526052417.7435462.168229177.840572.434698218.625383.8881755814.9170293.9604116516.41244104.0642958520.91384112.6672367528.119122.8257732910.26268132.0927926832.49248145.2334947714.71292152.3140957130.68154165.048416509.904097170.8188874757.39498185.247178489.147774190.52109553101.7089204.6142124810.40264210.58278464109.8177221.6011844430.8888233.4072995014.67438242.362645187.61858256.208678558.858569261.9564336030.6680627281.8188872.657266452324.74048.655513续表3.7编号单位面积（mm2）气孔个数（个）单位面积的气孔数（个）293.8687794511.63158302.2170653716.68873运用SPSS软件对表3.7所得二次短路熔痕根部单位面积气孔数进行统计分析，得到统计分析结果如表3.8和图3.15所示。从统计表中可以得到，因为数据中存在大变量数据，取单位面积气孔数的众数为7.6186，以避免大变量数据对结果的影响。标准差为131.5175927表示数据集的离散程度。平均值为47.782076，所有数据的平均值，中位值为16.481850，所有数据中最中间的数值。表3.8（a） 统计分析结果N数量30平均值24.41531中位数16.48185众数7.61858标准差24.5741正态分布偏度2.690304峰度的标准误0.426892以中位数为中心，将左右数据分为10等份，各变量百分位数值数值在8.62832197.277509之间，占的数据比例90%左右。结果如3.8（b）所示。表3.8（b）各变量百分位数值各变量百分位数值108.628321209.2990393010.771324014.68985016.481856019.645727024.53689续表3.8（b）各变量百分位数值8030.6788454.9047390使用spss软件对所有数据进行处理，的正态分布图3.9所示。图3.15 单位面积气孔数的正太分布3.2.2 单组二次短路熔痕根部内部气孔直径统计表3.9和3.10是2.5mm2线径铜导线二次短路气孔直径数据，用SPSS软件进行统计分析后得出的正态分布图30张和统计表格30张。其中样品1号统计结果如表3.9所示。表3.9（a） 统计分析结果N数量24平均值0.133807中位数0.106046众数0.045581标准差0.072867正态分布偏度峰度的标准误1.1659950.472261一种为数为标准，将中位数左右的数值分为10等份，其分布范围在0.064830.25995之间。结果如表3.9（b）所示。表3.9（b）各变量百分位数值各变量百分位数值100.06483200.07957300.08534400.09635500.10604600.12432700.1523280900.210430.259951号样品的正太分布曲线如图3.16所示，中位数是0.03735，可以看出数据主要集中在0.060.21之间，占整个80%。图3.16 1号样品的正太分布曲线铜导线二次短路气孔直径数据，用SPSS软件进行统计分析后得出2号样品的数据结果如表3.10所示表3.10（a） 数据统计结果N数量71平均值0.08017中位数0.05868众数0.03261标准差0.06863正态分布偏度4.24296峰度的标准误0.28480一中位数为标准，将中位数左右的数据分为10等份，范围在0.031000.14570之间，占总数的80%左右，结果如表3.10（b）所示表3.10（b）各变量百分位数值各变量百分位数值100.03100200.03932300.04491400.05132500.05868600.07036700.08350800.12323900.14570使用spss软件处理数据后可以得到正太分布表如图3.17所示。图3.17图3.16和3.17是二次短路样品的正态分布曲线图，从图中我们可以得到每一个短路熔痕内部气孔直径的众数、中位数、平均值、正态分布偏度。对所有30个样品的数据进行归纳整理得表3.11所示。表3.11 30个短路熔痕内部气孔直径分布编号众数（mm）标准差（mm）平均值（mm）中位数（mm）10.035210.131120.13240.07287230.141020.055650.066630.037520.168290.082780.157430.0772740.043920.113820.164770.13772560.045580.040260.072870.111820.133810.150020.106050.1320870.0270.183560.170250.0966380.047360.107730.134520.0865590.064730.100990.117390.09508100.063450.099050.112890.08344续表3.11 30个短路熔痕内部气孔直径分布编号众数（mm）标准差（mm）平均值（mm）中位数（mm）110.029560.092030.091150.06083120.083260.109870.119780.08907130.052330.077530.103890.07137140.042320.079560.09450.06979150.032610.068630.080180.05869160.133820.1190.134220.0854170.035210.06820.095760.07515180.097110.101620.133470.10311190.030060.079460.102390.07967200.067070.165990.153290.1060521222324250.074240.015880.057970.057510.076530.065910.037270.130680.250150.171620.091130.061450.093950.245620.139720.070010.047030.057460.147410.08365260.049420.096660.12740.09605270.042730.092130.134120.08432280.623110.163220.091310.09827290.542340.134230.175330.12311300.343450.073120.142340.06324根据表3.11中的数据，通过比较可以得出，众数最小值0.01588最大值0.62311，平均值为0.125937。标准差最小值0.03727，最大值0.25015，平均值为0.106733。单个熔痕内部气孔平均值最小值为0.06145，最大值为0.24562，平均值为0.125937。中位数最小值0.04703，最大值0.15743，平均值为0.090493。3.2.4 二次短路熔痕根部内部气孔直径统计二次短路形成的气孔较少，大多是大气孔，从实验所得数据中选取1400个数据，运用SPSS软件进行分析。表3.12给出了本文的实验结果。表3.12（a） 统计分析结果N数量1400平均值0.11228中位数0.08248众数0.05868标准差0.09803正态分布偏度3.15195偏度值的标准误0.06539表3.12（b）各变量百分位数值各变量百分位数值100.04026200.05007300.05984400.07002500.08248600.09658700.12183800.15235900.21038从表 3.12 可以看出，1400个一次短路的气孔平均值在0.112287，正态分布偏度为3.151955说明变量短路气孔的直径分布曲线有一个较长的右尾，单个变量的百分位置表示将众数左右分为10等份，每一个百分点气孔的大小。气孔直径最小0.040265，最大0.210387。 从表3.18可以看出，数据主要集中在00.2之间，占总数的80%以上。图3.184 分析与讨论4.1 短路熔痕根部的微观形貌分析4.1.1 一次和二次短路熔痕内部气孔分布的微观特征和区别由图3.13.4和图3.73.10可以看出，相同条件下制备铜导线一次短路熔痕和二次短路熔痕内部气孔的数量、大小、分布、形状、排列方式有明显不同。一次短路熔融时包裹的气体量增多，降温结晶时受环境温度影响急速冷却，气体就来不及逸出，从而在熔痕内部形成的气孔较多，从而形成均匀细密的气孔分布，而二次短路发生时的环境温度较高，导线发生短路后降温结晶过程比一次时间长导线有更多的时间与周围环境作用，从而形成较大的气孔，容易在某一部位形成比较集中的气孔分布。由于一次短路形成的气孔普遍偏小，二次短路形成的气孔大，甚至有的二次短路出现了在整个截面就几个大气孔的情况，所以在单位面积相同的情况下，体现出一次短路气孔的数量比二次短路气孔的数量多的情况。铜导线二次短路熔化区域内可见重叠的孔洞，大孔洞与小孔洞相互交错重叠，多呈大小不一的密集孔洞，一次短路没有这种现象。4.2 一次和二次短路熔痕内部气孔数据的统计与比较分析4.2.1 一次和二次短路熔痕内部单位面积上的气孔数量的区别导线截面积越粗，形成的熔珠越大，热量越不易散失，热平衡环境相对较为稳定，熔珠内部的过冷度越小。正是由于不同截面积的熔珠的大小不同，致使各自的冷却速度也不尽相同，进而间接影响到熔珠所含气孔的多少。将一次和二次短路气孔数量的数据整理成表，可以得到一次短路熔痕内部单位面积气孔个数分布范围和二次短路熔痕内部单位面积气孔的分布范围，如表4.1 所示，出现概率最大的众数，从标准差可以发现二次短路数据之间的差距比一次大。中位数的大小也反映了气孔的多少。表4.1 单位面积气孔数对比气孔数（个）单位面积气孔数（个）众数标准差中位数一次311095.7666300.045.7654.89325.07970二次14857.61858109.81777.6185824.574116.48185标准差反应了一个数据集的离散程度，由表4.1可以看出，二次短路单位面积上气孔数量的标准差小于一次短路单位面积上个数量的标准差，说明二次短路气孔数据之间的差距比一次短路气孔数据之间的差距小得多。由表4.1可以看出一次短路单位面积上的气孔数的中位数为25.07970，从图上可以看出气孔数基本处于0150范围内，气孔数个数在050的范围内的气孔有23个，占的比例为75 %左右。气孔数位50100的范围内的气孔有5个，占得比例为15 %左右，气孔数在100以上有