青铜器修复中的焊接技术
何陟      时间:2017-02-20    字体:      

埋藏地下的古代青铜器出土后往往呈现出锈蚀斑斑、整体变形甚至支离破碎的样子,青铜器修复就是把这些破损的文物残片还原成它原来的样貌,供人研究和欣赏。焊接是修复破损青铜器的过程中必不可少的一门实用技术。工业上的焊接方法大概有40余种,文物焊接主要使用“锡焊”工艺。锡焊的优点是设备简单,操作方便,特别是焊接所需的温度低(约250℃~450℃),这对青铜器保养来说无疑是最大优点;缺点是焊接强度小,不能承担过重的物质或物体,不耐压力和冲击力,在较大外力作用下容易脱焊。但是,笔者在实践中发现,“锡焊”的这些缺点对于馆藏文物来说影响不大,因为青铜器在博物馆是受到高度重视和细心保护的,其受外界影响甚小,所以用锡焊法来修复破残的青铜器仍是一种简单有效的方法。

青铜器修复中焊接的条件

锡是连接破碎铜片的纽带,在铜片焊口两边表面的金属和焊锡在高温条件下接触,形成极薄的一层铜锡合金,把铜和锡连接起来。

青铜器能否焊接是有一定条件的,这取决于它的金属性。金属性越强,它的焊接强度就越大,反之强度就越小。实践中,我们可以在焊接前先用钢锉锉开破损青铜器断口表层,观察断口的颜色及光泽,如呈现是带有金属光泽的铜黄色,说明器物金属性强,适合焊接;如呈褐色,说明器物金属性已减退,可以焊接但焊接强度稍差;如锉后是紫褐色,则意味着器物经长时间的地下腐蚀,金属性已经消失,不适用锡焊接,可以考虑用黏接的方法。

焊接前的工具准备

要使残损青铜器得到“完美”的修复焊接,需要一系列有效的工具作为基础,常用的工具有:

1.烙铁

烙铁是锡焊的必备工具,主要有火烙铁和电烙铁。火烙铁一般用紫铜做成,优点是升温快,温度高,适合体量大、器壁厚的较大器物;缺点是操作难度高,费时费力。电烙铁的优点是使用方便,即插即用;缺点是温度相对较低,对厚重、体量大的器物热量很快被传导,焊接强度不够。我们在修复时以电烙铁为主。

2.焊锡

青铜器焊接所用的焊锡不是纯锡而是锡铅合金,其中锡占62%、铅占38%,它的凝固点和熔点在同一个温度点上(183℃),因此又称“点锡”。这是锡铅合金重要的性质,它比纯锡(熔点232℃)、纯铅(熔点327℃)以及任何其他比例的铅锡合金熔点都要低。这种比例的焊锡合金还具有易熔化、凝固快,具有一定强度等性质,是青铜器焊接最好的焊料。

3.助焊剂

助焊剂是焊接过程中必不可少的材料。在空气中青铜器表面被氧化膜覆盖着,氧化膜会阻止焊料对青铜器的浸润,焊接就不能正常进行。焊接时要在焊口表面涂敷助焊剂,使焊口表面的氧化物得到还原,从而达到消除氧化膜的目的。如果不用助焊剂去除氧化层,很容易出现虚焊现象,不能保证得到可靠的欧姆连接;另外助焊剂还可以起到清洁焊道、促进焊锡流动辅助热传导、降低被焊接材质表面张力、去油污增大焊接面积、防止再氧化的作用。在修复中我们常用的助焊剂有松香和氯化锌溶液(镪水)。

此外,修复中还经常用到其他一些工具,如放锡用的瓷砖片,各类钳具,各种钢锉和双头锉,砂轮机,长短不一用作支撑的木垫,防烫手的粗布或手套等。

焊接采用的基本工艺

在修复武汉博物馆近300件青铜器的项目中使用了以下几种工艺:撬压法焊接、顶撑法焊接、镀锡法焊接、加芯子法焊接。

1.撬压法焊接

变形的青铜器中,有的断口两端高低不平有落差,无法对接,此时可用螺丝刀、尖嘴钳等合适的工具用外力撬压来配合焊接。这是使用最多的一种焊接方法。

2.顶撑法焊接

在修复有内壁的青铜器如觚、尊、敦、翁等物件时,有的因年久错位变形,此时可制作略长于内壁直径的木棍或使用可伸缩的螺纹顶,顶在器壁内侧,将变形部位撑开并焊接。这种方法适用于铜质较好、变形较小的敞口青铜器。

3.镀锡法焊接

不同于一般将两块铜片分别锉出新焊口后合在一起形成焊道进行焊接的方法,镀锡法焊接是事先在两块铜片上分别镀上锡,然后再焊接的一种方法。它适用于两类青铜器:一是焊口腐蚀严重,金属性丧失的青铜器;二是面积大,焊件厚,烙铁热量达不到,焊后不牢固的青铜器。

4.加芯子法焊接

这是一种在器物中心钻孔,加铜芯再进行焊接的方法。适用于对接面窄小、器身长、负荷较大的刀、剑、戈类青铜器。

武博馆藏青铜器修复焊接举例

武汉博物馆此批待修复的青铜器中尊、敦和剑比较多,采用的工艺以顶撑和加芯子法为主。现以青铜敦、青铜剑修复焊接为例。

1.青铜敦的修复焊接

第一步,拼接。

对4块青铜墩残片进行整理发现缺底。根据纹饰结构找出每一碎块的位置,按对接顺序编号,虚拟复原。缺底部分考虑补配。

第二步,锉焊口。

拼接完成后,接下来就要锉焊口准备焊接了。首先要了解“敦”的残破情况,考虑焊接先从哪一部分开始,比如是从它的底部开始焊接,抑或相反。

笔者在残片断裂处用钢锉或砂轮机锉掉表面腐蚀层,既要露出原铜,又要尽可能保留其原来曲线,因此在断口上不能同样深度地锉掉一层,而是在铜器断口内、外方向上偏重一方锉成一定的坡度,使断口剖面形成一定的角度。两块铜器断口对称地锉成这种坡度和角度,对接起来即可形成焊口。

锉焊口时偏向哪一方向来锉,取决于焊接时从哪个方向往上焊。修复的基本原则是尽可能不破坏文物原状,因而不可在有铭文、花纹或其他遗迹的方向焊接,即不能在这部分断口上锉成焊口,所以选择在内方向锉此焊口。锉焊口坡度的大小可依据铜器的薄厚、腐蚀程度而定。坡度小,角度也小,对接后焊口就宽大;坡度大,角度也大,对接后焊口就狭小。因为此“敦”断口高低凸凹,参差不齐,在这种情况下,我们按断口形状锉出原铜质,只求可以焊接,不强求焊口坡度和宽窄一致,否则就可能扩大铜器因锉焊口而形成的破坏面。

第三步,焊接。

锉完焊口就要进入焊接程序了。首先给电烙铁加温至300℃500℃,等待加温的同时,在焊口处用毛笔蘸涂氯化锌溶液。电烙铁温度上来之后,用铁刷把烙铁刃部的杂质清扫干净,挂上锡,沿着焊接处缓慢移动。在高温和焊剂的催化作用下,焊锡融化后填注在焊口内,使焊

锡与铜器结合形成焊接。

我们总结出:任何焊接不管碎成多少块,都要从两块焊起。由于每件青铜器的器形弧度、缺损情况、腐蚀程度都不同,在焊接时必须用工具固定其中一块,另一块则边焊边观察角度是否符合器形要求,如不正确,需要焊开后重新焊接,直到调整好为止。为了便于调整器形弧度,我们常常不把焊面全部焊死,而是在焊件接触面每隔一段距离焊接一下,一般只需要焊23个点就可以固定了,这就是通常所说的点焊。但此“敦”体积稍大,在整体器形缺失很多的情况下通过点焊固定不太牢固,所以要采取一些临时保护措施把它撑起来,如在空缺处用铜丝(片)加焊固定,或在器形变形严重处用长短合适的木棍把变形部位撑起,在整体形状确定、其他部位焊牢后予以拆除,这样做有利于后期的补配。

在焊接过程中常会发生焊不上的情况,这有可能是以下原因造成的:第一,烙铁的温度太高或太低。温度太低,达不到使焊锡熔化的温度,无法焊接;温度太高,烙铁生成氧化层,无法镀上锡,也不能焊接。第二,青铜器的金属性太差。第三,没锉出焊口露出新铜。焊接前必须要锉焊口,露出新铜,才能在高温下跟锡进行充分的化学反应,如没有这道工序则无法焊接。

第四步,焊接后的处理。

首先对高出器表的焊锡进行打磨,使它与文物器表相平或略低,便于后续上灰做旧,然后用蒸馏水清洗焊锡处,再用去离子纯净水浸泡青铜器6~12小时,将残留在青铜器上的氯化锌溶液清洗干净,避免发生腐蚀。

2.青铜剑的修复焊接

此批修复的青铜器中断剑较多,除了按拼接、锉焊口、焊接、后期处理四个基本步骤外,在焊接过程中还使用了加芯子工艺。我们首先沿断口用砂轮机锉出原铜,然后用钻孔机在一边断口中心位置打孔。孔的深度由剑身的长短决定,剑身短则孔浅,剑身长则孔深。根据孔深度用钢钳剪出芯的长度,放入孔中试着对接一下看是否密合。孔的直径要比铜芯略大,这样插入铜芯后有一定空间让锡流入孔中,使焊接更加牢固。为防止错位,需要在打好的一边做记号,我们选用蘸了油墨的棉花暂时填充孔洞。两个断面合拢后,油墨的印记复刻到对面断面,再按印记在另一边钻出孔。孔钻好后插入铜芯,再用锡焊连接紧密。

青铜器修复焊接是个严谨科学的过程,针对不同的器形和破损的程度,使用的焊接方法焊接工艺不尽相同,有时还要交替使用,但一定要遵循修旧如旧、尽量不破坏原器物的原则,如此才是我们提倡的修复实用技术。

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