CN101264562B - 残损变形青铜器矫形定位修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种残损变形青铜器矫形定位修复装置及其方法，涉及一种文物修复技术。本装置的结构是：在残损变形青铜器(7)内设置内环(4)，内调节螺栓(4)通过内环(4)上的螺孔连接内垫片(6)于残损变形青铜器(7)的内壁处；在残损变形青铜器(7)外设置外环(1)，外调节螺栓(2)通过外环(1)上的螺孔连接外垫片(3)于残损变形青铜器(7)的外壁处；外环(1)和内环(4)上的螺孔呈均匀分布。本发明能够实现破损情况严重、变形程度大的残损变形青铜器的外观形貌矫正及定位，保证激光焊接修复过程的顺利实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种文物修复技术，尤其涉及一种残损变形青铜器矫形定位修复装置及其方法。
背景技术
我国每年都有大量青铜文物出土，它们在漫长的历史岁月中，因各种原因，大多受到了不同程度的损坏，需要修复还原。“编钟”是古代用于宫廷演奏、祭祀、朝见或征战等重要活动的打击乐器，也是中国青铜文物中的瑰宝。如1978年在湖北随县出土的曾侯乙编钟，不仅是中国的国宝，甚至被誉为“世界第八大奇迹”。残损变形青铜编钟的修理复原，对历史研究、科学探索、艺术展示等有着重要的意义。
目前，青铜文物包括编钟的修复方法主要有两种：粘接技术和钎焊技术。
粘接技术是随着20世纪60年代中期高分子胶粘材料在工业领域大量使用，而引进到青铜文物的修复领域。该技术能够不用修锉焊缝和使用钎剂就实现温度修复，可以减少对青铜文物的破坏。但是存在两个方面的缺点：一是高分子胶粘材料的凝固大多需要一定时间，在粘接需撬压整形的青铜文物时难度增大；二是高分子高强度胶粘剂大多都是不可逆向使用的，凝固后难于作矫形处理。
钎焊技术有多种，青铜文物修复目前主要采用传统的烙铁钎焊。烙铁钎焊是依靠烙铁头部积聚热量熔化钎料，并将它推进到焊件的缝隙，同时加热金属钎焊处，完成钎焊接头，实现文物修复。由于烙铁头热容量有限，该技术形成的接头强度比较低。对变形程度较大或需要一定强度的青铜器，需要较长时间矫形，焊接强度也很难达到要求。
我国已出土的编钟，大多数存在不同程度的破损。由于编钟是特殊的“合瓦形”造型，在受到外力挤压后，变形程度极大，甚至出现相当部分的破裂。修复 时必须考虑的问题是，如何保持钟体形状不变。而且，外形恢复只是编钟修复的第一步，它并不能够完全展示编钟特色。重要的是恢复它的声音。这样才能展示整套编钟的美学价值和艺术魅力，体现其科学价值及历史意义。
粘接技术和钎焊技术由于焊缝材料和编钟基体材料的不一致性，必然影响声波在钟体内的传播和振荡特性，难以实现编钟发声特性的修复。即使是形貌修复，因为这两种技术在焊接强度和操作方法上存在缺陷，也难以达到修复要求。
激光焊接是20世纪70年代发展起来的焊接新技术，它不但能够实现连接材料的冶金结合，而且具有焊缝强度高、热影响区小、加工速度快等优点，是取代传统连接技术的首选技术之一，在现代工业中已经得到广泛应用。
最近，我们提出了采用激光焊接技术修复编钟的技术路线。通过采用和编钟材质相近的填充材料，能够实现焊缝和基材在结构和物理化学特性上的连续一致，最终实现编钟形貌和声音特性同时修复的目的。但是，由于激光焊接对焊缝精度要求高，而且焊接过程中会在焊缝局部产生应力集中，导致焊缝错边或间隙大小改变，最终影响焊接效果。加上编钟本身形状复杂，破损的青铜残片形状也极不规则，因此会直接导致焊缝形状极不规整，修复过程中需要不断改变和调整焊接部位。因此，前提是要求在编钟激光焊接修复过程中，有可靠、稳定、精密的专用矫形定位器具。
综上所述，如何设计一种精密程度高、使用便捷稳固的专用矫形定位器具，将成为激光焊接技术应用于残损变形编钟修复，使其“修复形体”和“还原声音”的关键。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种残损变形青铜器矫形定位修复装置及其方法。本发明可以便捷实现残损变形青铜编钟的整形及破损待焊接位置的定位、固定，保证激光焊接修复的顺利实施，确保编钟在外观形貌和发声特性上的同时复原。
本发明的目的是这样实现的：
本装置包括内环、内调节螺栓、内垫片和外环、外调节螺栓、外垫片；在内环和外环上均分布有螺孔。使用时，内调节螺栓从内向外安装在内环上，外调节 螺栓从外向内安装在外环上，内环、外环和编钟的内、外壁之间设置有内、外垫片。
本发明具有下列优点和积极效果：
1、能够实现破损情况严重、变形程度大的残损变形青铜编钟的外观形貌矫正及定位，以便实现编钟在外观形貌和发音特性上的同时复原，保证激光焊接修复过程的顺利实施。
2、能够在固定待焊位置的同时，对变形编钟进行矫形。
3、精确定位焊接间隙，预留给激光焊接的空间大；位置任意可调，保证激光焊接的顺利进行；且通过调整位置后容易实现编钟的全方位焊接。
4、本装置设计精巧，制作简单，操作方便；能够针对不同形貌特性的残损变形编钟，迅速制订对应的专用矫形定位装置，缩短修复周期，快捷实现残损变形编钟的激光焊接修复。
附图说明
图1是本装置的结构示意图；
图2是利用本装置对编钟进行矫形定位的示意图；
图3是焊接间隙较窄时的焊接示意图；
图4是焊接间隙较宽或缺块时的焊接示意图。
其中：
1-外环； 2-外调节螺栓； 3-外垫片；
4-内环； 5-内调节螺栓； 6-内垫片；
7-残损变形青铜器； 8-小焊接头； 9-大焊接头；
10-多道焊接头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明：
一、残损变形青铜器矫形定位修复装置(简称装置)
如图1、2，本装置包括外环1、外调节螺栓2、外垫片3和内环4、内调节螺栓5、内垫片6；
在残损变形青铜器7内设置内环4，内调节螺栓4通过内环4上的螺孔连接内垫片6于残损变形青铜器7的内壁处；
在残损变形青铜器7外设置外环1，外调节螺栓2通过外环1上的螺孔连接外垫片3于残损变形青铜器7的外壁处；
外环1和内环4上的螺孔呈均匀分布，可以提高矫形定位时螺栓施加在青铜器7壁上压力的均匀性，防止部分受力过大而受损。
二、残损变形青铜器矫形定位修复方法(简称方法)
本方法包括下列步骤：
①将残损变形青铜器7的部件和碎片对应至相应位置；
②通过内环4和外环1将各部件和碎片支撑为本原形貌；
③再通过内环4和外环1上的内调节螺栓5和外调节螺栓2对残损变形青铜器7进行矫形，并在确定各部件和碎片相对位置后进行紧固，确保待焊位置在焊接过程中不发生错边错位现象；
④在焊缝间隙较大的待焊位置处垫置内垫片6——铜片，以保证所填充的青铜合金粉末或其它辅助焊接材料的顺利落位；
⑤在不同外环1之间激光能够照射的待焊位置处，采用优化的激光焊接工艺参数进行焊接修复；
⑥焊接完成后，移动内环4和外环1的位置，重复上述过程焊接其它未焊位置，直至残损变形青铜器7整体修复完毕。
三、实施例
1、针对焊接间隙在0～5mm间的情况
如图3，为焊接完成后，焊缝间隙大于0.5mm并小于3mn时形成的大焊接头9和焊缝间隙小于0.5mm时形成的小焊接头8。
具体实施流程如下：
①首先将内环4置于残损变形青铜器7内部，并用内调节螺栓5对残损变形青铜器7内凹需要撑起的位置进行矫形；
②将残损碎片在其对应位置置于内环4的内调节螺栓5上，同时对应待焊焊缝位置，在内调节螺栓5和碎片之间放置内垫片6(铜)。
③将外环1套入残损变形青铜器7外部，同时通过外调节螺栓2紧固焊缝位 置并对残损变形青铜器7外凸需要下压的位置进行矫形，对齐并压紧焊缝；
④对于焊缝间隙小于0.5mm的焊缝，采用激光功率4kW，焊接速度0.8m/min，送粉量5g/min直接进行焊接，作用到焊缝的光斑直径为0.6mm，单道形成小焊接头8。
⑤对于焊缝间隙大于0.5mm并小于5mm的焊缝，采用两道焊接；第一道采用激光功率4kW，焊接速度0.8m/min，送粉量8g/min进行焊接，作用到焊缝的光斑直径为0.6mm；第二道采用激光功率5kW，焊接速度0.6m/min，送粉量15g/min进行焊接，作用到焊缝的光斑直径为1mm，最终形成大焊接头9。
2、针对焊接间隙大于5mm或有缺块的情况
如图4，为焊接完成后，焊缝间隙大于3mm或有缺块时形成的多道焊接头10。
具体实施流程如下：
①首先将内环4置于残损变形青铜器7内部，并用内调节螺栓5对残损变形青铜器7内凹需要撑起的位置进行矫形；
②将残损碎片在其对应位置置于内环4的内调节螺栓5上，同时对应待焊焊缝位置，在内调节螺栓4和碎片之间放置内垫片6(金属或木片)；
③将外环1套入残损变形青铜器7外部，同时通过外调节螺栓2紧固焊缝位置并对残损变形青铜器7外凸需要下压的位置进行矫形，对齐并压紧焊缝；
④对间隙大于5mm的焊缝，采用多道焊接，焊接参数采用激光功率3kW，焊接速度0.8m/min，送粉量5g/min进行焊接，作用到焊缝的光斑直径为5mm，每道搭接量为2mm，最终形成多道焊接头10。
Claims (1)
1.一种残损变形青铜器矫形定位修复方法，其特征在于：
使用的修复装置包括外环(1)、外调节螺栓(2)、外垫片(3)和内环(4)、内调节螺栓(5)、内垫片(6)；
在残损变形青铜器(7)内设置内环(4)，内调节螺栓(5)通过内环(4)上的螺孔连接内垫片(6)于残损变形青铜器(7)的内壁处；
在残损变形青铜器(7)外设置外环(1)，外调节螺栓(2)通过外环(1)上的螺孔连接外垫片(3)于残损变形青铜器(7)的外壁处；
外环(1)和内环(4)上的螺孔呈均匀分布；
修复方法包括下列步骤：
①将残损变形青铜器(7)的部件和碎片对应至相应位置；
②通过内环(4)和外环(1)将各部件和碎片支撑为本原形貌；
③再通过内环(4)和外环(1)上的内调节螺栓(5)和外调节螺栓(2)对残损变形青铜器(7)进行矫形，并在确定各部件和碎片相对位置后进行紧固；
④在焊缝间隙较大的待焊位置处垫置内垫片(6)——铜片；
⑤在不同外环(1)之间激光能够照射的待焊位置处，采用CO2激光进行焊接修复；
⑥焊接完成后，移动内环(4)和外环(1)的位置，重复上述过程焊接其它未焊位置，直至残损变形青铜器(7)整体修复完毕。
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