淺談X射線探傷技術(shù)在金屬文物保護(hù)修復(fù)方案制訂中的應(yīng)用研究

孫樂晨 周華

摘 要：X射線探傷技術(shù)具有無損檢測的特性，這個(gè)特性使其相對廣泛地應(yīng)用于金屬文物保護(hù)修復(fù)方案的制訂中。文章以北京聯(lián)合大學(xué)文博館館藏的三件金屬文物為例，介紹X射線探傷技術(shù)在金屬文物保護(hù)修復(fù)方案制訂中的應(yīng)用研究，X射線探傷技術(shù)可反映金屬文物的保存現(xiàn)狀，通過應(yīng)用該技術(shù)，我們可以了解文物的腐蝕、破損情況，研究文物內(nèi)部結(jié)構(gòu)，揭示被銹蝕物覆蓋的紋飾，對修復(fù)過的文物進(jìn)行記錄，方便重新修復(fù)或留存修復(fù)檔案。

關(guān)鍵詞：保護(hù)修復(fù)方案;X射線探傷技術(shù);無損檢測

引言

隨著理論科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，越來越多的科學(xué)分析方法、科學(xué)技術(shù)和儀器設(shè)備被引入文物與博物館行業(yè)中，實(shí)際應(yīng)用于文物保護(hù)工作中，大大完善了文物保護(hù)體系，讓文物保護(hù)工作提升到一個(gè)新高度。

1 金屬文物保護(hù)修復(fù)方案

1.1 金屬文物保護(hù)修復(fù)方案的意義及作用

金屬文物在保護(hù)修復(fù)前，都會(huì)根據(jù)《中華人民共和國文物保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：館藏金屬文物保護(hù)修復(fù)方案編寫規(guī)范》和《中華人民共和國文物保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：館藏青銅器病害與圖示》等國家標(biāo)準(zhǔn)文件，制訂金屬文物保護(hù)修復(fù)方案。金屬文物保護(hù)修復(fù)方案在整個(gè)金屬文物保護(hù)修復(fù)過程中起到統(tǒng)領(lǐng)和指導(dǎo)的作用，方案的制訂與前期金屬文物病害、工藝、材質(zhì)的研究，直接決定了整個(gè)保護(hù)修復(fù)項(xiàng)目的成功與否。

1.2 金屬文物保護(hù)修復(fù)方案和X射線探傷技術(shù)的關(guān)系

X射線探傷技術(shù)作為常見的無損檢測手段之一，在金屬文物保護(hù)修復(fù)方案的檢測分析中可以測定文物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、腐蝕、修復(fù)痕跡等狀況，為整體方案的制訂和單個(gè)文物保護(hù)修復(fù)技術(shù)提供選擇性的參考依據(jù)。

2 X射線探傷技術(shù)

2.1 X射線探傷技術(shù)的發(fā)展

射線檢測是目前五種常規(guī)無損檢測技術(shù)之一[1]，經(jīng)常被應(yīng)用于航天、醫(yī)療、工業(yè)、軍事等諸多領(lǐng)域。從倫琴1895年發(fā)現(xiàn)X射線開始，X射線技術(shù)逐步在射線檢測技術(shù)中扮演著重要角色，并且X射線探傷技術(shù)在眾多引入文物保護(hù)的科學(xué)技術(shù)中，也同樣占據(jù)著重要的科技分析地位。楊軍昌、韓汝玢曾做過研究[2]，對X射線探傷技術(shù)應(yīng)用于文物研究領(lǐng)域的發(fā)展歷程做了簡要的概述。國外從20世紀(jì)二三十年代開始把X射線探傷技術(shù)應(yīng)用于文物藝術(shù)品研究中。受到當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制，它的應(yīng)用主要限于紙質(zhì)文物藝術(shù)品，如繪畫、油畫、郵票等，目的是真?zhèn)舞b別，以及捕捉藝術(shù)家創(chuàng)作構(gòu)思或藝術(shù)家思想變化（通過比較藝術(shù)家底稿和作品的差別）[3]。中國從20世紀(jì)70年代開始把X射線探傷技術(shù)應(yīng)用在文物研究中，發(fā)展到今天，X射線探傷技術(shù)較為成熟、全面地應(yīng)用于文物保護(hù)工作中，X射線探傷技術(shù)讓文物保護(hù)工作更加科學(xué)化、系統(tǒng)化。

2.2 X射線探傷技術(shù)在金屬文物中的應(yīng)用

參考胡東波的研究[4]，X射線探傷技術(shù)在金屬文物領(lǐng)域的應(yīng)用主要有三方面：一是了解文物內(nèi)部的腐蝕、破損情況。X射線探傷技術(shù)可以揭示金屬文物內(nèi)部不同部位、不同形式、不同程度的腐蝕和破損情況，進(jìn)而可以為后期金屬文物保護(hù)修復(fù)方案的制訂和修復(fù)方法的選擇提供依據(jù)。二是研究文物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。通過應(yīng)用X射線探傷技術(shù)，我們可以了解文物本體上由于被銹蝕層遮蓋肉眼無法辨認(rèn)的紋飾、銘文、鑄造工藝等信息。三是認(rèn)知文物的修復(fù)情況。已修復(fù)的金屬文物，通過X射線探傷技術(shù)，可以得知文物的補(bǔ)配、粘接、焊接等修復(fù)情況，為以后再次修復(fù)提供便利的影像資料或進(jìn)行修復(fù)資料留存。

2.3 X射線探傷技術(shù)在金屬文物保護(hù)修復(fù)方案中的應(yīng)用方法

在具體應(yīng)用X射線探傷技術(shù)對金屬文物進(jìn)行分析檢測時(shí)，應(yīng)記錄拍攝電壓、拍攝電流、拍攝時(shí)間、拍攝距離①、焦點(diǎn)等基本信息。在金屬文物保護(hù)修復(fù)方案中插入文物照片和X射線探傷照片，并在照片后面附上相應(yīng)的分析或說明，為后面保護(hù)修復(fù)技術(shù)路線的制訂和修復(fù)方法的選擇提供指導(dǎo)性建議。下面通過具體案例來介紹X射線探傷技術(shù)在金屬文物保護(hù)修復(fù)方案中的應(yīng)用。

3 X射線探傷設(shè)備及拍攝安全

3.1 X射線探傷拍攝設(shè)備

X射線探傷設(shè)備為依科視朗固定型Y.TU320-D03定向油冷型雙極金屬陶瓷X射線管。管電壓15～320千伏;在最高電壓時(shí)，最大管電流可達(dá)13.0毫安;束射角為40度;焦點(diǎn)尺寸根據(jù)EN12543測定可分為3.0毫米和5.5毫米兩種。經(jīng)過測試，拍攝距離為X射線管發(fā)射源到被檢測物體最高處75±5厘米的高度最為合適。工作時(shí)，可通過鉛房外控制臺(tái)調(diào)節(jié)電壓、電流、焦點(diǎn)、拍攝時(shí)間等具體參數(shù)。

3.2 X射線膠片和增感屏

X射線探傷實(shí)驗(yàn)室的膠片分為30厘米×38厘米的大膠片和10厘米×12厘米的小膠片，膠片由感光乳劑、片基、保護(hù)層、結(jié)合層四部分組成，片基由聚酯制成。單張膠片理論可以進(jìn)行一千次成像拍攝，但隨著成像次數(shù)和使用時(shí)間的加長，會(huì)造成膠片成像質(zhì)量下降和膠片磨損程度增加，容易出現(xiàn)成像模糊或是出現(xiàn)與拍攝物體信息無關(guān)的偽信息。

為了增加膠片的成像質(zhì)量，得到更好的圖像信息，在X射線拍攝時(shí)，選用厚度在0.03毫米的鉛箔增感前屏和0.10毫米的鉛箔增感后屏，并將前后增感屏和膠片同時(shí)放入黑色的暗袋中進(jìn)行拍攝。

3.3 X射線成像系統(tǒng)

使用數(shù)字化的CR（Computed Radiography）X射線成像系統(tǒng)。德國德爾公司HD-CR35NDT計(jì)算機(jī)成像板掃描儀與傳統(tǒng)X射線膠片成像技術(shù)相比，大大節(jié)省了成本，省去底片、洗片機(jī)、化學(xué)液體、暗房、觀片燈等設(shè)備，配備專用的計(jì)算機(jī)，結(jié)合圖像軟件，通過簡易的步驟就能夠取得高分辨率的圖像，而且也大大減少了成像時(shí)間，形成了巨大優(yōu)勢。

3.4 X射線安全防護(hù)系統(tǒng)

為防止輻射泄漏和實(shí)時(shí)檢測輻射劑量，實(shí)驗(yàn)室安裝了鉛房，并配備了個(gè)人輻射劑量儀和熱釋光核輻射劑量片，保證實(shí)驗(yàn)人員的人身安全。

4 案例分析

4.1 漢四乳四虺紋銅鏡

4.1.1 文物基本信息

漢四乳四虺紋銅鏡為北京聯(lián)合大學(xué)文博館于2015年從社會(huì)征集而來，銅鏡直徑10厘米，重183.2克，厚0.3厘米。形制圓形，素緣，半球形鈕，圓鈕座內(nèi)上下、左右各裝飾對稱的三豎短線。座外飾四虺紋，相間以四乳釘。以櫛齒紋相隔區(qū)間。鏡面土銹嚴(yán)重，整個(gè)鏡子斷裂成兩半，但是銅質(zhì)仍保存良好。

4.1.2 X射線探傷成像及拍攝參數(shù)

X射線探傷成像和拍攝參數(shù)詳見表1和表2。

4.1.3 分析

從探傷照片中可以看到，因?yàn)殂~鏡最外區(qū)、四乳釘、內(nèi)區(qū)和半球形鈕四部分銅質(zhì)較好，厚度和密度也較高，設(shè)定的X射線參數(shù)沒有照透這四部分，所以在X射線探傷照片中呈高亮白色;其他紋飾和區(qū)域雖然銅質(zhì)也較好，但是由于厚度較薄，密度較低，所以在探傷照片中呈現(xiàn)較暗。并且在探傷照片中還可以發(fā)現(xiàn)，斷裂的兩塊器物內(nèi)部其實(shí)是存在6條暗裂的，這些暗裂在肉眼和宏觀照片下是看不到的，而在X射線的照射下就顯露出來，所以在保護(hù)這枚漢四乳四虺紋銅鏡時(shí)，需要對比探傷照片避開或小心處理存在暗裂的地方。

4.2 明鎏金腰帶（殘）

4.2.1 文物基本信息

明鎏金腰帶（殘）為北京聯(lián)合大學(xué)文博館于2015年從社會(huì)征集而來，共有殘缺鎏金銅帶板9枚，其中圓桃5枚，排方2枚，三臺(tái)1枚，輔弼1枚。腰帶總重101.9克，圓桃直徑4厘米;排方長11厘米，寬4厘米;輔弼長4厘米，寬2.5厘米;三臺(tái)寬4厘米，殘長約5厘米。腰帶除了三臺(tái)上存有少量鎏金，其他帶板的鎏金已基本脫落。每枚帶板正面紋飾被銹蝕物覆蓋，背面鑲嵌物經(jīng)超景深顯微鏡觀察，初步判斷為紙張類鑲嵌物。帶板銅質(zhì)保存較差，急需保護(hù)。

4.2.2 射線探傷成像及拍攝參數(shù)

X射線探傷成像和拍攝參數(shù)詳見3和表4。

4.2.3 分析

經(jīng)過X射線的照射，可以清晰從X射線探傷照片中看到腰帶上面的紋飾，其中5枚圓桃上面的紋樣分別為2個(gè)雙桃紋、2個(gè)桂圓紋、1個(gè)佛手瓜紋;輔弼為靈芝紋;兩個(gè)排方為石榴紋;三臺(tái)由于含有鎏金，加之拍攝時(shí)附加前后鉛箔增感屏，所以產(chǎn)生了散射現(xiàn)象，紋樣無法看清。根據(jù)現(xiàn)有佛手、桃子和石榴紋飾，推測此套殘存的明鎏金腰帶整體為中國傳統(tǒng)的“三多”吉祥圖案，表達(dá)了對腰帶主人多子、多福、多壽的美好祝愿，對于研究明代鎏金腰帶具有一定的藝術(shù)價(jià)值，并承載了深厚的歷史價(jià)值。

根據(jù)楊曉霖[5]對于明代玉帶風(fēng)格的研究，推斷這副明鎏金腰帶原本應(yīng)該有20枚，其中三臺(tái)1枚、圓桃6枚、輔弼4枚、魚尾2枚、排方7枚。從社會(huì)征集而來時(shí)只有現(xiàn)存的9枚，其他11枚不知所蹤。

4.3 漢銅盤

4.3.1 文物基本信息

漢銅盤為北京聯(lián)合大學(xué)文博館于2015年從社會(huì)征集而來，銅盤修復(fù)前重195.7克，修復(fù)后重230.1克，外圈直徑30厘米，內(nèi)圈直徑28厘米。銅盤修復(fù)前通體礦化并被全面腐蝕，在修復(fù)過程中大面積缺損部位使用銅皮掛錫的方法隨形補(bǔ)配，小面積缺損部位使用3A膠進(jìn)行補(bǔ)配，最后使用礦物顏料對補(bǔ)配地方進(jìn)行作色。

4.3.2 X射線探傷成像及拍攝參數(shù)

X射線探傷成像和拍攝參數(shù)詳見表5、表6和表7。

4.3.3 分析

從修復(fù)前X射線探傷照片中可以清晰看出漢銅盤的砂孔、砂眼等腐蝕情況。修復(fù)使用的補(bǔ)配銅皮較薄，若電壓調(diào)節(jié)至130千伏則會(huì)“打穿”銅皮補(bǔ)配部位，所以在修復(fù)后的探傷照片中降低電壓，可以明顯看出修復(fù)痕跡。在修復(fù)后X射線探傷技術(shù)拍攝的照片中，照片下側(cè)灰度較淺的部位為銅皮補(bǔ)配的部位，補(bǔ)配銅皮處的高亮為焊錫處。修復(fù)后探傷照片上側(cè)缺損應(yīng)為使用3A膠補(bǔ)配，由于3A膠密度較低，易被X射線“打穿”，所以在修復(fù)后的探傷照片顯示不出來。表6、表7為修復(fù)前后的X射線探傷照片拍攝參數(shù)，為以后這件文物再進(jìn)行修復(fù)時(shí)留存了檔案，方便修復(fù)。

5 總結(jié)

利用X射線探傷技術(shù)對三件金屬文物拍攝X射線探傷照片，了解文物的腐蝕、破損情況，研究文物內(nèi)部結(jié)構(gòu)，認(rèn)知文物修復(fù)情況，方便再次修復(fù)或進(jìn)行修復(fù)資料留存。通過這三個(gè)方面來介紹X射線探傷技術(shù)在金屬文物保護(hù)修復(fù)方案中的應(yīng)用。

通過X射線可以清楚看到漢四乳四虺紋銅鏡在保護(hù)修復(fù)前內(nèi)部存在的暗裂，還可以看到明鎏金腰帶上被銹蝕物覆蓋的精美紋飾和漢銅盤銅皮焊錫補(bǔ)配的部位，這些對金屬文物保護(hù)修復(fù)方案的制訂和完善具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1][4]胡東波.文物的X射線成像[M].北京.科學(xué)出版社，2012.

[2][3]楊軍昌，韓汝玢.X光照相技術(shù)在文物及考古學(xué)研究中的應(yīng)用[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2001（1）：55-60.

[5]楊曉霖.明代玉帶風(fēng)格研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2012.