專利名稱：一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，主要用于斷裂破損青銅器的修復(fù)，使待修復(fù)的青銅器文物的斷裂處能夠?qū)崿F(xiàn)緊密相接。
背景技術(shù)：
我國(guó)是一個(gè)歷史悠久的文明古國(guó)，隨著中國(guó)考古事業(yè)的發(fā)展，發(fā)掘出土了大量青銅器文物。青銅器文物主要是指古代傳統(tǒng)工藝制作的，以錫、鉛、銅為基本元素的青銅器物。由于年代久遠(yuǎn)，特別是那些埋藏地下后被發(fā)掘出土的青銅器文物，出現(xiàn)斷裂是常有的情況。而對(duì)于斷裂的青銅器文物的修復(fù)，傳統(tǒng)修復(fù)方法常采用焊接和粘接。焊接主要是采用銅焊、烙鐵錫焊；粘接主要是采用膠粘結(jié)。采用銅焊、烙鐵錫焊時(shí)加熱區(qū)域大、易變形，而且焊接強(qiáng)度不高，極易產(chǎn)生老化、開裂。用膠粘結(jié)，由于膠本身的老化與時(shí)間是成正比的，而且無(wú)法避免。所以修復(fù)后的青銅器文物在斷裂部位產(chǎn)生老化、開裂，斷裂重現(xiàn)是必然發(fā)生的。在現(xiàn)上述情況下，必造成青銅器文物的反復(fù)修復(fù)，而每次修復(fù)又會(huì)造成新的損傷，最終有可能導(dǎo)致青銅器文物無(wú)法再行修復(fù)而報(bào)廢。除此之外，由于青銅器文物的形狀、圖案復(fù)雜，斷裂部位的斷面肯定是不規(guī)則的，用傳統(tǒng)的修復(fù)方法難于進(jìn)行操作和保證修復(fù)質(zhì)量，。為重要的是由于被修復(fù)的青銅器都屬于不可再生的文化寶藏，一旦修復(fù)出現(xiàn)失誤，將造成無(wú)可挽回的損失，所以，要求修復(fù)工作萬(wàn)無(wú)一失。而上述諸多方法均不能有效地實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
為避免現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出了一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，采用激光焊接技術(shù)修復(fù)青銅器文物。其特征在于通過(guò)將激光束直接輻射至青銅器斷裂處，與青銅材料相互作用。斷裂處的青銅器材料在激光光斑的照射下，呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，裂縫彌合，使斷裂處實(shí)現(xiàn)兩端焊結(jié)。用本方法修復(fù)的青銅器，其焊縫表面無(wú)氧化現(xiàn)象，連接組織細(xì)小致密，連接部位強(qiáng)度高且耐久、可靠、無(wú)老化，為我國(guó)青銅器文物的修復(fù)開辟了一種全新的途徑和方法。
由于青銅器文物的斷裂特征是斷面不規(guī)則，所以在激光焊接修復(fù)前，先測(cè)量青銅器文物斷裂軌跡的坐標(biāo)參數(shù)，根據(jù)坐標(biāo)參數(shù)，編制工作臺(tái)運(yùn)行程序。然后，打開用于校準(zhǔn)的紅色氦氖激光，運(yùn)行程序，觀察光斑的運(yùn)行軌跡。根據(jù)光斑運(yùn)行軌跡與斷裂處的誤差，調(diào)整工作臺(tái)運(yùn)行程序，最后達(dá)到光斑運(yùn)行軌跡與斷裂軌跡完全重合，保證修復(fù)過(guò)程中激光光斑的運(yùn)行軌跡始終在斷裂的斷面上。
對(duì)于待修復(fù)的斷裂青銅器文物，如果條件允許，最好能對(duì)青銅器文物進(jìn)行取樣成分分析。如果能確定為青銅器文物，可以不進(jìn)行成分分析。由于文物的特殊性，在激光焊接修復(fù)青銅器文物前，用模擬青銅試樣進(jìn)行激光焊接實(shí)驗(yàn)。待各項(xiàng)工藝指標(biāo)都滿意后，再對(duì)青銅器文物進(jìn)行激光焊接修復(fù)。
青銅器文物的激光焊接修復(fù)基本涉及兩種方法熱傳導(dǎo)焊接方法和深熔焊接方法。熱傳導(dǎo)焊接方法即將激光功率控制在激光束與青銅材料表面接觸時(shí)，發(fā)生斷續(xù)起弧臨界狀態(tài)之前，使激光與青銅材料相互作用，使斷裂處的材料局部加熱、并熔化而實(shí)現(xiàn)斷裂兩端焊結(jié)。表現(xiàn)為激光束與青銅材料表面接觸時(shí)，發(fā)生斷續(xù)起弧，稱為臨界狀態(tài)。這種焊接的特點(diǎn)是通過(guò)激光與青銅材料相互作用，使材料局部加熱、熔化實(shí)現(xiàn)焊接，材料內(nèi)部加熱是通過(guò)熱傳導(dǎo)方式進(jìn)行的。熱傳導(dǎo)焊接方法適用于裂縫寬度和深度尺寸較小的情況下，并且要求焊縫表面平整、美觀而且變形小的薄壁青銅器文物的修復(fù)。
激光功率大于臨界值時(shí)所進(jìn)行的焊接定義為深熔焊接，焊接的特點(diǎn)是激光能量傳遞通過(guò)非線性小孔效應(yīng)完成。即將激光功率控制在激光束與青銅材料表面接觸時(shí)，發(fā)生斷續(xù)起弧臨界狀態(tài)之后，激光能量傳遞通過(guò)非線性小孔效應(yīng)完成，實(shí)現(xiàn)斷裂兩端焊結(jié)。深熔焊接適用于裂縫深且強(qiáng)度要求高的青銅器文物的修復(fù)。
為保證激光焊接修復(fù)的質(zhì)量，必須采取一定的措施對(duì)激光焊接熔池進(jìn)行保護(hù)。為此在激光頭的側(cè)面加上保護(hù)氣嘴，向激光焊接熔池中吹入氦氣進(jìn)行保護(hù)，激光焊接修復(fù)時(shí)在激光焊接熔池中形成保護(hù)氣簾，以防止空氣中的氧、氮、氫等對(duì)高溫熔池的氧化。


圖1實(shí)施例示意圖1—激光器 2—工作臺(tái)控制器 3—計(jì)算機(jī)4—聚焦鏡 5—激光束6—待修復(fù)的文物7—夾具 8—工作臺(tái)9—保護(hù)氣噴嘴 10—保護(hù)氣發(fā)生器11—激光光頭 12—反射鏡
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述以修復(fù)銅鏡為例首先把銅鏡斷裂處清理干凈，并固定在工作臺(tái)12的夾具11中。測(cè)量斷裂處的坐標(biāo)參數(shù)，根據(jù)坐標(biāo)參數(shù)編制工作臺(tái)運(yùn)行程序。打開氦氖激光調(diào)整工作臺(tái)的初始狀態(tài)，使氦氖激光光斑位于待修復(fù)文物斷裂縫的起點(diǎn)。運(yùn)行事先編制好的工作臺(tái)程序，觀察氦氖激光光斑沿青銅器文物斷裂部位的運(yùn)行軌跡，根據(jù)工作臺(tái)運(yùn)行時(shí)氦氖激光光斑和青銅器文物斷裂縫軌跡的誤差，調(diào)整工作臺(tái)運(yùn)行程序。反復(fù)運(yùn)行、觀察、調(diào)整程序，直到滿意為止。
調(diào)整保護(hù)氣噴嘴6的角度和高度，使保護(hù)氣流方向與工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角介于45～50-之間，確保激光焊接修復(fù)青銅器文物時(shí)，保護(hù)氣吹入激光熔池中。保護(hù)氣體氦氣(純度為99.9％)，流量控制在10-20L/MIN之間。
由于待修的青銅鏡很薄(≤1mm)，決定采用熱傳導(dǎo)激光焊接修復(fù)。激光器1輸出功率為0.6KW的激光束，原始光束直徑為41mm，經(jīng)反射鏡2反射并經(jīng)焦距為200mm的聚焦鏡5聚焦后獲得光斑直徑為0.3mm高能量密度激光束，最終垂直入射到待修復(fù)文物10表面。焊接速度選擇2000mm/min。保護(hù)氣體氦氣流量控制在15L/MIN。
修復(fù)后的青銅鏡焊縫寬度小于1mm，焊接牢靠，焊縫保護(hù)很好，表面光亮平整，無(wú)氧化現(xiàn)象。
然后，根據(jù)修復(fù)的要求對(duì)激光焊接后的青銅鏡進(jìn)行打磨、拋光、作舊、上色等處理，達(dá)到修復(fù)目的，滿足了展出要求。
權(quán)利要求
1.一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，其特征在于將激光束直接輻射至青銅器斷裂處，與青銅材料相互作用，使斷裂處實(shí)現(xiàn)兩端焊結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，其特征在于在激光焊接修復(fù)前，對(duì)斷裂處進(jìn)行軌跡掃描，測(cè)量青銅器文物斷裂軌跡的坐標(biāo)參數(shù)；以此坐標(biāo)參數(shù)調(diào)試用于校準(zhǔn)的紅色氦氖激光，使光斑運(yùn)行軌跡與斷裂軌跡完全重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，其特征在于焊接方法可以是激光熱傳導(dǎo)焊即將激光功率控制在激光束與青銅材料表面接觸時(shí)，發(fā)生斷續(xù)起弧臨界狀態(tài)之前，使激光與青銅材料相互作用，使斷裂處的材料局部加熱、并熔化而實(shí)現(xiàn)斷裂兩端焊結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，其特征在于焊接方法可以是激光深熔焊即將激光功率控制在激光束與青銅材料表面接觸時(shí)，發(fā)生斷續(xù)起弧臨界狀態(tài)之后，激光能量傳遞通過(guò)非線性小孔效應(yīng)完成，實(shí)現(xiàn)斷裂兩端焊結(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，其特征在于在激光頭的側(cè)面加上保護(hù)氣噴嘴，向激光焊接熔池中吹入能形成保護(hù)氣簾的氦氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，其特征在于調(diào)整保護(hù)氣噴嘴角度和高度，使保護(hù)氣流方向與工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角介于45～50-之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，其特征在于保護(hù)氣體氦氣純度為99.9％，流量控制在10-20L/MIN之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，其特征在于在激光焊接修復(fù)前，可以先在模擬青銅試樣上調(diào)試工藝參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，其特征在于其特征在于在對(duì)青銅器文物的焊接修復(fù)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整激光發(fā)射功率、光斑移動(dòng)速度、離焦量和保護(hù)氣體流量等工藝參數(shù)，獲得最佳工藝參數(shù)組合，以滿足對(duì)于青銅器文物焊接修復(fù)的不同要求。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，其特征在于根據(jù)青銅器文物修復(fù)的不同要求，焊接完成后再進(jìn)行打磨、拋光、上色、作舊等處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種斷裂青銅器文物的修復(fù)方法，主要用于斷裂破損青銅器文物的修復(fù)，使待修復(fù)的青銅器文物的斷裂處能夠?qū)崿F(xiàn)緊密相接。本發(fā)明提出的用激光焊接技術(shù)修復(fù)青銅器文物的方法是采用熱傳導(dǎo)焊接方法和深熔焊接方法，通過(guò)將激光束直接輻射至青銅器斷裂處，與青銅材料相互作用，使斷裂處實(shí)現(xiàn)兩端焊結(jié)。然后，根據(jù)修復(fù)的要求對(duì)激光焊接后的青銅器進(jìn)行打磨、拋光、作舊、上色等處理，達(dá)到修復(fù)目的。用本發(fā)明修復(fù)的青銅器，其焊縫表面無(wú)氧化現(xiàn)象，連接組織細(xì)小致密，連接部位強(qiáng)度高且耐久、可靠、無(wú)老化，為我國(guó)青銅器文物的修復(fù)開辟了一種全新的途徑和方法。
文檔編號(hào)B23K26/00GK1431078SQ03114460
公開日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者葉心適, 張津生, 劉林西, 齊揚(yáng), 陳靜 申請(qǐng)人:西安文物保護(hù)修復(fù)中心, 張津生