专利名称：一种断裂青铜器文物的修复方法
技术领域：
本发明涉及一种断裂青铜器文物的修复方法，主要用于断裂破损青铜器的修复，使待修复的青铜器文物的断裂处能够实现紧密相接。
背景技术：
我国是一个历史悠久的文明古国，随着中国考古事业的发展，发掘出土了大量青铜器文物。青铜器文物主要是指古代传统工艺制作的，以锡、铅、铜为基本元素的青铜器物。由于年代久远，特别是那些埋藏地下后被发掘出土的青铜器文物，出现断裂是常有的情况。而对于断裂的青铜器文物的修复，传统修复方法常采用焊接和粘接。焊接主要是采用铜焊、烙铁锡焊；粘接主要是采用胶粘结。采用铜焊、烙铁锡焊时加热区域大、易变形，而且焊接强度不高，极易产生老化、开裂。用胶粘结，由于胶本身的老化与时间是成正比的，而且无法避免。所以修复后的青铜器文物在断裂部位产生老化、开裂，断裂重现是必然发生的。在现上述情况下，必造成青铜器文物的反复修复，而每次修复又会造成新的损伤，最终有可能导致青铜器文物无法再行修复而报废。除此之外，由于青铜器文物的形状、图案复杂，断裂部位的断面肯定是不规则的，用传统的修复方法难于进行操作和保证修复质量，。为重要的是由于被修复的青铜器都属于不可再生的文化宝藏，一旦修复出现失误，将造成无可挽回的损失，所以，要求修复工作万无一失。而上述诸多方法均不能有效地实现这个目标。
发明内容
为避免现有技术的缺陷，本发明提出了一种断裂青铜器文物的修复方法，采用激光焊接技术修复青铜器文物。其特征在于通过将激光束直接辐射至青铜器断裂处，与青铜材料相互作用。断裂处的青铜器材料在激光光斑的照射下，呈现熔融状态，裂缝弥合，使断裂处实现两端焊结。用本方法修复的青铜器，其焊缝表面无氧化现象，连接组织细小致密，连接部位强度高且耐久、可靠、无老化，为我国青铜器文物的修复开辟了一种全新的途径和方法。
由于青铜器文物的断裂特征是断面不规则，所以在激光焊接修复前，先测量青铜器文物断裂轨迹的坐标参数，根据坐标参数，编制工作台运行程序。然后，打开用于校准的红色氦氖激光，运行程序，观察光斑的运行轨迹。根据光斑运行轨迹与断裂处的误差，调整工作台运行程序，最后达到光斑运行轨迹与断裂轨迹完全重合，保证修复过程中激光光斑的运行轨迹始终在断裂的断面上。
对于待修复的断裂青铜器文物，如果条件允许，最好能对青铜器文物进行取样成分分析。如果能确定为青铜器文物，可以不进行成分分析。由于文物的特殊性，在激光焊接修复青铜器文物前，用模拟青铜试样进行激光焊接实验。待各项工艺指标都满意后，再对青铜器文物进行激光焊接修复。
青铜器文物的激光焊接修复基本涉及两种方法热传导焊接方法和深熔焊接方法。热传导焊接方法即将激光功率控制在激光束与青铜材料表面接触时，发生断续起弧临界状态之前，使激光与青铜材料相互作用，使断裂处的材料局部加热、并熔化而实现断裂两端焊结。表现为激光束与青铜材料表面接触时，发生断续起弧，称为临界状态。这种焊接的特点是通过激光与青铜材料相互作用，使材料局部加热、熔化实现焊接，材料内部加热是通过热传导方式进行的。热传导焊接方法适用于裂缝宽度和深度尺寸较小的情况下，并且要求焊缝表面平整、美观而且变形小的薄壁青铜器文物的修复。
激光功率大于临界值时所进行的焊接定义为深熔焊接，焊接的特点是激光能量传递通过非线性小孔效应完成。即将激光功率控制在激光束与青铜材料表面接触时，发生断续起弧临界状态之后，激光能量传递通过非线性小孔效应完成，实现断裂两端焊结。深熔焊接适用于裂缝深且强度要求高的青铜器文物的修复。
为保证激光焊接修复的质量，必须采取一定的措施对激光焊接熔池进行保护。为此在激光头的侧面加上保护气嘴，向激光焊接熔池中吹入氦气进行保护，激光焊接修复时在激光焊接熔池中形成保护气帘，以防止空气中的氧、氮、氢等对高温熔池的氧化。
图1实施例示意图1—激光器 2—工作台控制器 3—计算机4—聚焦镜 5—激光束6—待修复的文物7—夹具 8—工作台9—保护气喷嘴 10—保护气发生器11—激光光头 12—反射镜
具体实施例方式现结合附图对本发明作进一步描述以修复铜镜为例首先把铜镜断裂处清理干净，并固定在工作台12的夹具11中。测量断裂处的坐标参数，根据坐标参数编制工作台运行程序。打开氦氖激光调整工作台的初始状态，使氦氖激光光斑位于待修复文物断裂缝的起点。运行事先编制好的工作台程序，观察氦氖激光光斑沿青铜器文物断裂部位的运行轨迹，根据工作台运行时氦氖激光光斑和青铜器文物断裂缝轨迹的误差，调整工作台运行程序。反复运行、观察、调整程序，直到满意为止。
调整保护气喷嘴6的角度和高度，使保护气流方向与工作台运动方向之间的夹角介于45～50-之间，确保激光焊接修复青铜器文物时，保护气吹入激光熔池中。保护气体氦气(纯度为99.9％)，流量控制在10-20L/MIN之间。
由于待修的青铜镜很薄(≤1mm)，决定采用热传导激光焊接修复。激光器1输出功率为0.6KW的激光束，原始光束直径为41mm，经反射镜2反射并经焦距为200mm的聚焦镜5聚焦后获得光斑直径为0.3mm高能量密度激光束，最终垂直入射到待修复文物10表面。焊接速度选择2000mm/min。保护气体氦气流量控制在15L/MIN。
修复后的青铜镜焊缝宽度小于1mm，焊接牢靠，焊缝保护很好，表面光亮平整，无氧化现象。
然后，根据修复的要求对激光焊接后的青铜镜进行打磨、抛光、作旧、上色等处理，达到修复目的，满足了展出要求。
权利要求
1.一种断裂青铜器文物的修复方法，其特征在于将激光束直接辐射至青铜器断裂处，与青铜材料相互作用，使断裂处实现两端焊结。
2.根据权利要求1所述的一种断裂青铜器文物的修复方法，其特征在于在激光焊接修复前，对断裂处进行轨迹扫描，测量青铜器文物断裂轨迹的坐标参数；以此坐标参数调试用于校准的红色氦氖激光，使光斑运行轨迹与断裂轨迹完全重合。
3.根据权利要求1所述的一种断裂青铜器文物的修复方法，其特征在于焊接方法可以是激光热传导焊即将激光功率控制在激光束与青铜材料表面接触时，发生断续起弧临界状态之前，使激光与青铜材料相互作用，使断裂处的材料局部加热、并熔化而实现断裂两端焊结。
4.根据权利要求1所述的一种断裂青铜器文物的修复方法，其特征在于焊接方法可以是激光深熔焊即将激光功率控制在激光束与青铜材料表面接触时，发生断续起弧临界状态之后，激光能量传递通过非线性小孔效应完成，实现断裂两端焊结。
5.根据权利要求3或4所述的一种断裂青铜器文物的修复方法，其特征在于在激光头的侧面加上保护气喷嘴，向激光焊接熔池中吹入能形成保护气帘的氦气。
6.根据权利要求5所述的一种断裂青铜器文物的修复方法，其特征在于调整保护气喷嘴角度和高度，使保护气流方向与工作台运动方向之间的夹角介于45～50-之间。
7.根据权利要求5所述的一种断裂青铜器文物的修复方法，其特征在于保护气体氦气纯度为99.9％，流量控制在10-20L/MIN之间。
8.根据权利要求1所述的一种断裂青铜器文物的修复方法，其特征在于在激光焊接修复前，可以先在模拟青铜试样上调试工艺参数。
9.根据权利要求1所述的一种断裂青铜器文物的修复方法，其特征在于其特征在于在对青铜器文物的焊接修复过程中，通过调整激光发射功率、光斑移动速度、离焦量和保护气体流量等工艺参数，获得最佳工艺参数组合，以满足对于青铜器文物焊接修复的不同要求。
10.根据权利要求1所述的一种断裂青铜器文物的修复方法，其特征在于根据青铜器文物修复的不同要求，焊接完成后再进行打磨、抛光、上色、作旧等处理。
全文摘要
本发明涉及一种断裂青铜器文物的修复方法，主要用于断裂破损青铜器文物的修复，使待修复的青铜器文物的断裂处能够实现紧密相接。本发明提出的用激光焊接技术修复青铜器文物的方法是采用热传导焊接方法和深熔焊接方法，通过将激光束直接辐射至青铜器断裂处，与青铜材料相互作用，使断裂处实现两端焊结。然后，根据修复的要求对激光焊接后的青铜器进行打磨、抛光、作旧、上色等处理，达到修复目的。用本发明修复的青铜器，其焊缝表面无氧化现象，连接组织细小致密，连接部位强度高且耐久、可靠、无老化，为我国青铜器文物的修复开辟了一种全新的途径和方法。
文档编号B23K26/00GK1431078SQ03114460
公开日2003年7月23日 申请日期2003年1月24日 优先权日2003年1月24日
发明者叶心适, 张津生, 刘林西, 齐扬, 陈静 申请人:西安文物保护修复中心, 张津生