浅谈X射线探伤技术在金属文物保护修复方案制订中的应用研究

孙乐晨 周华

摘 要：X射线探伤技术具有无损检测的特性，这个特性使其相对广泛地应用于金属文物保护修复方案的制订中。文章以北京聯合大学文博馆馆藏的三件金属文物为例，介绍X射线探伤技术在金属文物保护修复方案制订中的应用研究，X射线探伤技术可反映金属文物的保存现状，通过应用该技术，我们可以了解文物的腐蚀、破损情况，研究文物内部结构，揭示被锈蚀物覆盖的纹饰，对修复过的文物进行记录，方便重新修复或留存修复档案。

关键词：保护修复方案;X射线探伤技术;无损检测

引言

随着理论科学和应用科学技术的不断进步和成熟，越来越多的科学分析方法、科学技术和仪器设备被引入文物与博物馆行业中，实际应用于文物保护工作中，大大完善了文物保护体系，让文物保护工作提升到一个新高度。

1 金属文物保护修复方案

1.1 金属文物保护修复方案的意义及作用

金属文物在保护修复前，都会根据《中华人民共和国文物保护行业标准：馆藏金属文物保护修复方案编写规范》和《中华人民共和国文物保护行业标准：馆藏青铜器病害与图示》等国家标准文件，制订金属文物保护修复方案。金属文物保护修复方案在整个金属文物保护修复过程中起到统领和指导的作用，方案的制订与前期金属文物病害、工艺、材质的研究，直接决定了整个保护修复项目的成功与否。

1.2 金属文物保护修复方案和X射线探伤技术的关系

X射线探伤技术作为常见的无损检测手段之一，在金属文物保护修复方案的检测分析中可以测定文物的内部结构、腐蚀、修复痕迹等状况，为整体方案的制订和单个文物保护修复技术提供选择性的参考依据。

2 X射线探伤技术

2.1 X射线探伤技术的发展

射线检测是目前五种常规无损检测技术之一[1]，经常被应用于航天、医疗、工业、军事等诸多领域。从伦琴1895年发现X射线开始，X射线技术逐步在射线检测技术中扮演着重要角色，并且X射线探伤技术在众多引入文物保护的科学技术中，也同样占据着重要的科技分析地位。杨军昌、韩汝玢曾做过研究[2]，对X射线探伤技术应用于文物研究领域的发展历程做了简要的概述。国外从20世纪二三十年代开始把X射线探伤技术应用于文物艺术品研究中。受到当时的技术限制，它的应用主要限于纸质文物艺术品，如绘画、油画、邮票等，目的是真伪鉴别，以及捕捉艺术家创作构思或艺术家思想变化（通过比较艺术家底稿和作品的差别）[3]。中国从20世纪70年代开始把X射线探伤技术应用在文物研究中，发展到今天，X射线探伤技术较为成熟、全面地应用于文物保护工作中，X射线探伤技术让文物保护工作更加科学化、系统化。

2.2 X射线探伤技术在金属文物中的应用

参考胡东波的研究[4]，X射线探伤技术在金属文物领域的应用主要有三方面：一是了解文物内部的腐蚀、破损情况。X射线探伤技术可以揭示金属文物内部不同部位、不同形式、不同程度的腐蚀和破损情况，进而可以为后期金属文物保护修复方案的制订和修复方法的选择提供依据。二是研究文物内部的结构。通过应用X射线探伤技术，我们可以了解文物本体上由于被锈蚀层遮盖肉眼无法辨认的纹饰、铭文、铸造工艺等信息。三是认知文物的修复情况。已修复的金属文物，通过X射线探伤技术，可以得知文物的补配、粘接、焊接等修复情况，为以后再次修复提供便利的影像资料或进行修复资料留存。

2.3 X射线探伤技术在金属文物保护修复方案中的应用方法

在具体应用X射线探伤技术对金属文物进行分析检测时，应记录拍摄电压、拍摄电流、拍摄时间、拍摄距离①、焦点等基本信息。在金属文物保护修复方案中插入文物照片和X射线探伤照片，并在照片后面附上相应的分析或说明，为后面保护修复技术路线的制订和修复方法的选择提供指导性建议。下面通过具体案例来介绍X射线探伤技术在金属文物保护修复方案中的应用。

3 X射线探伤设备及拍摄安全

3.1 X射线探伤拍摄设备

X射线探伤设备为依科视朗固定型Y.TU320-D03定向油冷型双极金属陶瓷X射线管。管电压15～320千伏;在最高电压时，最大管电流可达13.0毫安;束射角为40度;焦点尺寸根据EN12543测定可分为3.0毫米和5.5毫米两种。经过测试，拍摄距离为X射线管发射源到被检测物体最高处75±5厘米的高度最为合适。工作时，可通过铅房外控制台调节电压、电流、焦点、拍摄时间等具体参数。

3.2 X射线胶片和增感屏

X射线探伤实验室的胶片分为30厘米×38厘米的大胶片和10厘米×12厘米的小胶片，胶片由感光乳剂、片基、保护层、结合层四部分组成，片基由聚酯制成。单张胶片理论可以进行一千次成像拍摄，但随着成像次数和使用时间的加长，会造成胶片成像质量下降和胶片磨损程度增加，容易出现成像模糊或是出现与拍摄物体信息无关的伪信息。

为了增加胶片的成像质量，得到更好的图像信息，在X射线拍摄时，选用厚度在0.03毫米的铅箔增感前屏和0.10毫米的铅箔增感后屏，并将前后增感屏和胶片同时放入黑色的暗袋中进行拍摄。

3.3 X射线成像系统

使用数字化的CR（Computed Radiography）X射线成像系统。德国德尔公司HD-CR35NDT计算机成像板扫描仪与传统X射线胶片成像技术相比，大大节省了成本，省去底片、洗片机、化学液体、暗房、观片灯等设备，配备专用的计算机，结合图像软件，通过简易的步骤就能够取得高分辨率的图像，而且也大大减少了成像时间，形成了巨大优势。

3.4 X射线安全防护系统

为防止辐射泄漏和实时检测辐射剂量，实验室安装了铅房，并配备了个人辐射剂量仪和热释光核辐射剂量片，保证实验人员的人身安全。

4 案例分析

4.1 汉四乳四虺纹铜镜

4.1.1 文物基本信息

汉四乳四虺纹铜镜为北京联合大学文博馆于2015年从社会征集而来，铜镜直径10厘米，重183.2克，厚0.3厘米。形制圆形，素缘，半球形钮，圆钮座内上下、左右各装饰对称的三竖短线。座外饰四虺纹，相间以四乳钉。以栉齿纹相隔区间。镜面土锈严重，整个镜子断裂成两半，但是铜质仍保存良好。

4.1.2 X射线探伤成像及拍摄参数

X射线探伤成像和拍摄参数详见表1和表2。

4.1.3 分析

从探伤照片中可以看到，因为铜镜最外区、四乳钉、内区和半球形钮四部分铜质较好，厚度和密度也较高，设定的X射线参数没有照透这四部分，所以在X射线探伤照片中呈高亮白色;其他纹饰和区域虽然铜质也较好，但是由于厚度较薄，密度较低，所以在探伤照片中呈现较暗。并且在探伤照片中还可以发现，断裂的两块器物内部其实是存在6条暗裂的，这些暗裂在肉眼和宏观照片下是看不到的，而在X射线的照射下就显露出来，所以在保护这枚汉四乳四虺纹铜镜时，需要对比探伤照片避开或小心处理存在暗裂的地方。

4.2 明鎏金腰带（残）

4.2.1 文物基本信息

明鎏金腰带（残）为北京联合大学文博馆于2015年从社会征集而来，共有残缺鎏金铜带板9枚，其中圆桃5枚，排方2枚，三台1枚，辅弼1枚。腰带总重101.9克，圆桃直径4厘米;排方长11厘米，宽4厘米;辅弼长4厘米，宽2.5厘米;三台宽4厘米，残长约5厘米。腰带除了三台上存有少量鎏金，其他带板的鎏金已基本脱落。每枚带板正面纹饰被锈蚀物覆盖，背面镶嵌物经超景深显微镜观察，初步判断为纸张类镶嵌物。带板铜质保存较差，急需保护。

4.2.2 射线探伤成像及拍摄参数

X射线探伤成像和拍摄参数详见3和表4。

4.2.3 分析

经过X射线的照射，可以清晰从X射线探伤照片中看到腰带上面的纹饰，其中5枚圆桃上面的纹样分别为2个双桃纹、2个桂圆纹、1个佛手瓜纹;辅弼为灵芝纹;两个排方为石榴纹;三台由于含有鎏金，加之拍摄时附加前后铅箔增感屏，所以产生了散射现象，纹样无法看清。根据现有佛手、桃子和石榴纹饰，推测此套残存的明鎏金腰带整体为中国传统的“三多”吉祥图案，表达了对腰带主人多子、多福、多寿的美好祝愿，对于研究明代鎏金腰带具有一定的艺术价值，并承载了深厚的历史价值。

根据杨晓霖[5]对于明代玉带风格的研究，推断这副明鎏金腰带原本应该有20枚，其中三台1枚、圆桃6枚、辅弼4枚、鱼尾2枚、排方7枚。从社会征集而来时只有现存的9枚，其他11枚不知所踪。

4.3 汉铜盘

4.3.1 文物基本信息

汉铜盘为北京联合大学文博馆于2015年從社会征集而来，铜盘修复前重195.7克，修复后重230.1克，外圈直径30厘米，内圈直径28厘米。铜盘修复前通体矿化并被全面腐蚀，在修复过程中大面积缺损部位使用铜皮挂锡的方法随形补配，小面积缺损部位使用3A胶进行补配，最后使用矿物颜料对补配地方进行作色。

4.3.2 X射线探伤成像及拍摄参数

X射线探伤成像和拍摄参数详见表5、表6和表7。

4.3.3 分析

从修复前X射线探伤照片中可以清晰看出汉铜盘的砂孔、砂眼等腐蚀情况。修复使用的补配铜皮较薄，若电压调节至130千伏则会“打穿”铜皮补配部位，所以在修复后的探伤照片中降低电压，可以明显看出修复痕迹。在修复后X射线探伤技术拍摄的照片中，照片下侧灰度较浅的部位为铜皮补配的部位，补配铜皮处的高亮为焊锡处。修复后探伤照片上侧缺损应为使用3A胶补配，由于3A胶密度较低，易被X射线“打穿”，所以在修复后的探伤照片显示不出来。表6、表7为修复前后的X射线探伤照片拍摄参数，为以后这件文物再进行修复时留存了档案，方便修复。

5 总结

利用X射线探伤技术对三件金属文物拍摄X射线探伤照片，了解文物的腐蚀、破损情况，研究文物内部结构，认知文物修复情况，方便再次修复或进行修复资料留存。通过这三个方面来介绍X射线探伤技术在金属文物保护修复方案中的应用。

通过X射线可以清楚看到汉四乳四虺纹铜镜在保护修复前内部存在的暗裂，还可以看到明鎏金腰带上被锈蚀物覆盖的精美纹饰和汉铜盘铜皮焊锡补配的部位，这些对金属文物保护修复方案的制订和完善具有指导意义。

参考文献

[1][4]胡东波.文物的X射线成像[M].北京.科学出版社，2012.

[2][3]杨军昌，韩汝玢.X光照相技术在文物及考古学研究中的应用[J].文物保护与考古科学，2001（1）：55-60.

[5]杨晓霖.明代玉带风格研究[D].北京：中国地质大学，2012.