[發(fā)明專利]一種激光焊接修復(fù)古編鐘的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810047371.X
• 申請(qǐng)日: 2008-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN101518863A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾曉雁;高明;胡乾午;李祥友;段軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B23P6/00
• 分類號(hào): B23P6/00;B23K26/20;B23K26/42
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于文物修復(fù)和激光加工技術(shù)，具體涉及一種激光焊接修復(fù)古編鐘的方法，該方法可以使出土的古代文物編鐘恢復(fù)其發(fā)聲效果。

背景技術(shù)

世界各個(gè)文明古國(guó)都有鐘，但這些鐘的截面幾乎都是正圓形。圓鐘的鐘聲持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不可能發(fā)展成為樂器。唯獨(dú)中國(guó)的編鐘，它的截面象兩片瓦合在一起，呈獨(dú)特的杏仁“盒瓦”狀造型。這種如盒如瓦的鐘體，邊角又有棱，可使鐘聲較快速度衰減，因此就能按照樂律編列成組，作為旋律樂器使用。除了延音時(shí)間短以外，盒瓦形狀的中國(guó)編鐘在一個(gè)鐘上能敲出兩個(gè)準(zhǔn)確的音頻：當(dāng)敲擊鐘的正面時(shí)，側(cè)面的振幅為零；敲擊鐘的側(cè)面時(shí)，正面的振幅為零。這樣，雙音共存一體，基頻清晰、泛音圓潤(rùn)悅耳，互不干擾，組成動(dòng)人美妙的音樂。編鐘是中國(guó)古代重要的打擊樂器，多用于宮廷演奏，或征戰(zhàn)、朝見和祭祀等重要活動(dòng)。由于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)水平的限制，一套編鐘造價(jià)不霏，因此是上層社會(huì)專用的樂器，是等級(jí)和權(quán)力的象征。

近五十年來，我國(guó)考古工作者先后在陜西、河南、安徽、四川、山東、河北等地發(fā)現(xiàn)了多種西周至戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的青銅編鐘。1978年，在湖北省隨州曾侯乙墓的出土文物中，獲得了震驚世界的發(fā)現(xiàn)：64枚成套編鐘掛在木頭架子上，是我國(guó)目前出土數(shù)量最多、重量最重、音律最全、氣勢(shì)最宏偉的一套編鐘。其音域?qū)掃_(dá)五個(gè)半八度，而且十二個(gè)半音齊備，是世界上已知的最早具有十二個(gè)半音的樂器。編鐘演奏的樂曲，音質(zhì)優(yōu)美，如天籟之音，在國(guó)內(nèi)外引起轟動(dòng)。社會(huì)各界紛紛贊譽(yù)它是中華民族文化藝術(shù)之瑰寶，世界音樂史之奇跡。

2002年12月，位于湖北襄樊棗陽市吳店鎮(zhèn)的九連墩戰(zhàn)國(guó)古墓發(fā)掘工作正式開始。在一號(hào)墓北室中發(fā)掘出一套極具研究?jī)r(jià)值的雙音編鐘，其制作年代與曾候乙編鐘年代相當(dāng)，對(duì)了解中國(guó)考古學(xué)、世界音樂史和冶煉史具有重要的價(jià)值。不幸的是，該墓室的槨因?yàn)榈鼗刭|(zhì)基礎(chǔ)不好和存在盜墓盜洞的原因而塌方，倒塌的墻板壓住了古編鐘并導(dǎo)致整套34只編鐘中有幾只破損，損壞最嚴(yán)重的甚至成為小塊。

針對(duì)這種破損編鐘，常用修復(fù)方法是將編鐘矯形后，采用膠接或釬焊方法實(shí)現(xiàn)碎片的連接。這種方法雖然能夠完成編鐘外觀形貌的恢復(fù)，但是因?yàn)檫B接材料與編鐘基材差異太大，無法恢復(fù)編鐘的發(fā)聲特性。換句話說，上述工藝只能做到外觀復(fù)原，但不能做到聲音復(fù)原。而且，對(duì)于變形程度過大的編鐘，這些方法由于連接強(qiáng)度低，會(huì)因?yàn)槌C形過程中所形成的殘余應(yīng)力而難以保證修復(fù)后鐘體的強(qiáng)度。特別是對(duì)于大型編鐘而言，上述修復(fù)方法因?yàn)榻Y(jié)合強(qiáng)度低，即使在懸掛時(shí)也難以支撐編鐘的自重，或在敲擊過程中發(fā)生二次開裂。所以，以釬焊或膠接方式修復(fù)的編鐘只能擺在展臺(tái)上展示，無法掛在鐘架上，更是無法恢復(fù)恢復(fù)編鐘的聲音。因此，尋找一種行之有效的連接方法，實(shí)現(xiàn)上述破損編鐘的形狀和音質(zhì)復(fù)原具有重要的意義和價(jià)值。

手工電弧焊工藝簡(jiǎn)單，焊縫金屬的強(qiáng)度高，操作方便，是修復(fù)編鐘的可供選擇方案之一。但是，由于手工電弧焊接工藝的熱輸入量大，編鐘的變形大，可能會(huì)嚴(yán)重破壞編鐘的整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部組織，影響其外觀和音質(zhì)，給文物帶來永久性傷害，因此只好放棄這一技術(shù)方案。

近二十年來，激光焊接技術(shù)具有焊縫窄、熱影響區(qū)小、焊縫強(qiáng)度高、焊接速度快、被連接材料呈冶金結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。雖然迄今為止已經(jīng)有大量的文獻(xiàn)報(bào)道了激光焊接過程的機(jī)理、質(zhì)量控制規(guī)律以及焊接接頭性能的影響規(guī)律等，但迄今為止，沒有見到采用激光焊接技術(shù)修復(fù)編鐘或者其它零部件以恢復(fù)其音質(zhì)的研究報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種激光焊接修復(fù)古編鐘的方法，該方法可以修復(fù)破損編鐘，并恢復(fù)其發(fā)聲效果。

本發(fā)明提供的激光焊接修復(fù)古編鐘的方法，其步驟包括：

(1)清洗編鐘焊縫區(qū)域；

(2)將待焊接修復(fù)的編鐘裝夾緊固，使得開裂區(qū)域盡量靠近；

(3)按照下述方式對(duì)編鐘進(jìn)行激光焊接修復(fù)：

(A)當(dāng)拼縫間隙小于0.5毫米時(shí)，采用激光直接拼焊或者激光填料焊接工藝，將編鐘破損區(qū)域修復(fù)；

(B)當(dāng)拼縫間隙在0.5～2.0毫米時(shí)，采用激光填料焊接的方式將修復(fù)區(qū)域兩側(cè)的間隙縮小，然后采用激光深熔焊接的方式完成整條縫隙的連接，將編鐘破損區(qū)域修復(fù)；

(C)當(dāng)拼縫間隙大于2.0毫米時(shí)，按照下述過程進(jìn)行修復(fù)：

(c1)采用夾具將破損編鐘整形，然后采用三維掃描儀測(cè)繪出編鐘的缺損區(qū)域尺寸和形狀；

(c2)根據(jù)缺損區(qū)域的三維數(shù)據(jù)，采用激光熔覆快速制造的三維專用數(shù)控軟件將其分層；

(c3)采用激光熔覆三維快速制造工藝，針對(duì)拼縫間隙大于2.0毫米的破損區(qū)域逐個(gè)進(jìn)行恢復(fù)尺寸的加工；