专利名称：残损变形青铜器矫形定位修复装置及其方法
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，能够实现悍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，縮短修复周期，快捷实现残损变 形编钟的激光焊接修复。
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； 4一内环； 5—内调节螺栓； 7—残损变形青铜器； 8—小焊接头； IO—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l、 2，本装置包括外环l、外调节螺栓2、外垫片3和内环4、内调节螺栓5、内垫片6;3—外垫片； 6—内垫片；9一大焊接头;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—一铜片，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0.5mra并小于3mm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. 5 mm的焊缝，采用激光功率4 kW，焊接速度0. 8 m/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. 8 m/min，送粉量8 g/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5 kW，焊接速度0. 6 m/min，送粉量 15 g/min进行焊接，作用到焊缝的光斑直径为l mra，最终形成大焊接头9。2 、针对焊接间隙大于5ram或有缺块的情况如图4，为焊接完成后，焊缝间隙大于3 mm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5 mm的焊缝，采用多道焊接，焊接参数采用激光功率3 kW， 焊接速度0. 8 m/min,送粉量5 g/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IO。
权利要求
1. 一种残损变形青铜器矫形定位修复装置，其特征在于包括外环(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。
2、 按权利要求1所述的残损变形青铜器矫形定位修复装置，其特征在于 外环(1)和内环(4)上的螺孔呈均匀分布。
3、 一种残损变形青铜器矫形定位修复方法，其特征在于包括下列步骤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悍位置处，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。
全文摘要
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。
文档编号B23K26/20GK101264562SQ20081004758
公开日2008年9月17日 申请日期2008年5月7日 优先权日2008年5月7日
发明者胡家喜 申请人:湖北省博物馆