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1、华夏考古 以沁年第 期 中国古代焊接技术初步研究 何堂冲 靳枫毅 中国科学院自然科学史研究所 北京 北京市文物研究所 北京 以众拍 关键词中国古代焊接技术初 步研究 脚 叩 即 我国古代的多项金 属技术都很早就取得 了较高成就 但由于多方面原因 人们对我 国古代焊接技术的发 明 发展状况还是 了解 较少 本文主要依据考古实物 的科学分析和 文献研究 对此试作一初步探讨 一 先秦焊料 的科 学分 析 从现有考古资料看 有商一代 及至西 周 中期 新铸之器皆无焊接痕迹唯部分旧 器 的破损处曾用铅锡类金属 进行过修补 如 洛阳北窑西周中期墓所出铜秃腹 部 便 是这样 的 我国古代的焊接技术约发 明于
2、西 周晚期 但使用 量较 少 年 一 年 河南上村岭魏国墓 出土件青铜器 经观 察 其 中的壶耳和区霎 都是使用焊接方式 与器体连在一起的 断代为 西周 晚期 该 遗址计出土青 铜 匝枚 有枚匝霎是 焊 接 的 在器体的相应部位上都留有桦头 以 为固接 这 是今日所知我国最 早的焊 接 器 物 春秋时期 金 属焊接 技术 有了 一定 发 展 目前在 北京延 庆 河南 洛阳中 州路 郑州 浙川 下寺 等地都 有 焊 接 件出 土 我们和李敏生先生曾分别对其中份焊料作 了科学分析 结 果列 如表一 份试样中 份属春秋早期 分别 为北京延庆军都山山 戎文化墓地 出土份属春秋 中期 为河南 浙川下寺出
3、土另份定为春秋 为郑州 和 延庆出土 中州路试样未曾分析 其采用焊 接的多为小 型附件 皆属春秋 中期之后 我们分析的军都山焊料一共份 分别 取 自件青铜垂的器体与耳饰连接处 器 物 编号分别 为 三器形制大体一致 其肩部都对 称地 分 布着一对兽形耳饰 前器与后器 的兽形耳饰 皆已脱落 并在耳饰部露出了一枚桦头桦 头上 粗下 细 横 断面 近 于 方形 下部 宽 约 厘米 上部宽约厘米 高约厘 米 类如倒立的截头方锥 在耳饰与器体连 接处有一圈焊料 今已氧化成了灰 白色 状 如凝固了的膏泥 此焊料有 的已经绽开 有 的已经脱落 经考察得知 三器的成型工艺 考古文物研究 是先分别铸制器身和器耳
4、 并在铸制器身 时预 留下一个桦头 之后再将之焊合为一个 整体 三件惫都具有 明显 的 中原 文化 特征 应是 中原地区制造 的 郑州春秋焊料取 自铜篡的柄部与器体的 连接处 焊料已经氧化 其色灰白 试样承 郑州市博物馆提供 河南浙川下寺春秋墓部分青铜器的器身 与器耳 钮 腿等附件都使用了分铸法 有 的还使用了焊接工艺 李敏生先生曾分析过 件黔鼎的兽饰 之间 及枚滞 击耳部 的焊料 皆为锡焊料 这是迄今为止人们作过科学分析的件 春秋焊料 的基本情况 大体上 可区分为四种 不同类型纯铅 焊 料 枚 即 延庆 罄 所用 者 纯锡焊 料 枚 即浙 川的瓢鼎和潞击所用者 除锡外 试样中还 含有部分夹杂
5、 其数量 皆在 以下 可 略 而 不计 铜 锡 焊 料 枚 延 庆垂 所用者 平均 含铜量 为 余 部为锡 含锡的铅焊料 枚 即郑州铜 蔓和延 庆垂所用者 含锡量为 一 可见成 份分 布没 有 明显 规 律 多可 视作铅 锡焊料这也说明了焊料成份的原 始性 战国时期 焊接技术 逐 渐 推广开来 其技术上的发展主要表现在三个方面 不但使用量增多 而且出现 了一些 大型 复杂 的焊接件 这在 随县战国早期曾 侯乙墓青铜器上表现得最为 明显 其许多器 物的附饰 部分三足器 的器足等都使用了焊 接工艺 如 尊 器 体用 浑铸法 浇 出 除口沿 附饰以外的其他 附件皆分别铸制 之 后再焊 接在 一起 部
6、 位不同 焊接方法 亦 异 尊腹部的四条双身龙饰分作个单体焊 表一先秦钎焊料成份分析 器器名名焊料所处部位位时间间地点点成份资料料 器器号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号号出处处 铅铅铅铅铅铅铅锡锡其他他他 鼎鼎 升 鼎怪兽间间春秋中晚晚渐川川川注 滞滞击耳部部部部部锡焊料料料 铜铜篮篮柄与器体间间春秋秋郑州州 去去 锌 银注 罄罄身 耳连接处处春秋秋北京京注 早早早早早早早早早早早早早早早早早早早早早期期延庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆庆愚愚 一 身 耳连接处处处山戎戎戎铜 一一 文化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化 墓墓墓墓墓地地地铜铁 愈愈 一 身 耳连接处处
7、春秋秋秋铁铝 一一 铁铝 钟钟钟架横梁铜套 内内战战随随铜锌注 国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国县县县县县县县县县县县县县县县县县县县县县 同同同上 另一处处早早曾曾 期期期期期期期期期期期期期期期期期期期期期期侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯侯 建建建鼓座 的龙头下下下 乙乙 墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓墓 铜铜铜尊圈足内内内内 以锡为基的铅锡合金 金金 铜铜铜盘夔头头头头头头 铜铜铜尊圈足内内内内铜 鉴鉴鉴击龙头处处处处 按表中所列郑州春秋铜篮的成份为氧化物 即氧化铅和二氧化锡等 而不是金属 除表 中所列外 多数焊料
8、都含有少量夹杂元素 当非有意配人 略 中国古代焊接技术初步研究 接于腹部 的个接 头上而 圈足上 的四条双 身龙饰却是挖 出龙腹的部分泥 芯 利用圈足 的镂孔设范浇铸的 其浇铸的金属便是铅锡 合金 制范用的木片至今犹存 曾侯乙墓青 铜器还使用了一种组装焊接法 工艺相当复 杂 如建鼓座 座体 盘附 有条龙饰 其 按块片分割铸 成了节 然后再作焊 接 并和 座体上 的个接头焊 接 成 一体 如此复杂 令人叹 为观止 春秋 焊件则 不 但数量较少 而且器形和焊接口也多是较简 单的 焊料 的 成份出 现 了 一些 较 好的 配 比 有学 者分析过曾侯乙青铜器中的件焊 料 其结果 引述如表一 大体可区分
9、为三种 不同的类型 以锡为基的铅锡合金 计 件 其中铜 尊圈 足内的焊 料 成份为铅 锡 铜 以铅为 基的锡铅合金 计件 其中的编钟钟架横 梁铜套内 的 焊料成份为铅 锡 铜 锌 锡 焊 料 件 此三 种焊料 中 显 然是第一种 最 为合适 与现代 铅锡 料的成份亦 最为接近 现代铅 锡焊料 成份为锡 铅 此时焊料熔点较低 焊接强度亦较大 发 明了铜焊 其主要用 于对室 温强 度 高温强度要求较高的器物 曾侯乙墓青 铜器 中 作炊煮的炉盘 小口鼎 匝鼎等器 均用铜焊 鼎 的三足和炉盘的耳钮与器体接 合处都有清晰 的铜焊 痕迹 尊的口部 透空附饰是用失蜡法浇铸的 先铸出形制相 同的四大块 然 后
10、 用铜 焊与尊体 焊合 鉴 击 联禁大壶 的龙耳也使用了铜焊 二 汉后 文献关于焊接技术的记载 我 国古代焊接技术虽然发明较早 且较 早就达到了较高水平 但宋前的文献记载多 较简单 西 汉史 游 急 就篇 东 汉 许 慎 说文解 字 皆未见 旱 字 玉篇 只 说 捍 焊器也 广 韵 稍 多数语 但 也只说 捍 捍金银 令相著 系统性记 载是较晚才看到 的 其内容包括铅锡焊 银 铜 焊 汞剂焊以及造渣熔剂 明 宋应星 天工开物 卷十 锤锻 治 铜 条云 用锡末者为小焊 用 响铜末者 为大捍原注碎铜 为末 用饭粘和打 人 水洗去饭 铜末具存 不 然 则撒 散 若捍 银器 则用红铜末 此 响铜 意
11、即用来 制作响器打击乐器的铜 即高锡青 铜 看来 此用 锡末 的小焊约与今软钎焊相 当 其强度较低用 响铜末的 大焊 约与 今硬钎焊的铜焊相当 其强度稍高 明 方以智 物理小识 卷七 金石类 也谈到过铜焊 汗药 以硼砂合铜 为之 此硼砂为 造 渣溶剂 同书 同卷还谈到 过银 焊 说 巧捍金玉用 银末 如玉柄铁刀之 类 在此有一 点须注意 的是 古 人往 往 把 焊料与造渣熔剂皆称之为焊药 其实 此二 者的作用是有区别的 清 郑 复光 镜 镜铃痴 卷四 附钟 表 捍 条说得更为 明白 并说到了多种焊料 其云 钟表捍药 以银捍为 良方 用菜 花 铜六分 纹银四分 则老嫩 恰 好 可 见这 银焊料
12、实际上是一种 铜六银四 的合 金 这种成份的银焊料始于何时 今已不得 而知 下面我们将要谈到 清代匠作则例所 用银焊料也是这种成份 的 同书 同卷还谈到 过 一 种以铜 锌 为 基的 一一一 四元合金 焊料 铜大捍 方 菜花铜一斤原 注顶高之铜 白铅 半斤 纹银一钱八分 合化铸后人点锡原 注四钱八分 速搅 匀即得 此 白铅 即锌 同书同卷 作照景镜 条 注 楼 铅 云 即名白铅 又名碗锡 此 点锡 即 锡 同 书 同卷在谈到磨 镜 药时 说到过要 上好生点锡 经计算 这 铜大焊方 的 配比即是铜 锌 一 锡 银 大体上 是 一 种以铜 锌为基的合金 考古文物研究 早期焊接使用造 渣熔剂 的情况
13、今亦不得 而知 汉魏之后 所用则有硒砂氏 硼 砂从 等物 本草经集注 云硒砂 柔金银 可 为捍药 此 书 为 南朝梁 陶弘 景 著 大体 上反 映了南朝及其之前的本草情况 唐 苏敬 新修本草 在谈到础砂的药 性时说其不宜多服 柔金银 可 为捍药 五代至宋初医药 学 家日华 子云 蓬砂 味苦 消炎 止 咳 及 捍金银用 或 名鹏 砂 日华子 姓 大 名 明 四明人 宋开 宝 年 一 年年 间著有 日华子诸家本 草 传世 宋 重修政和经史证类备用本草 卷五 玉 石 硒 砂 条硒 砂 味碱 苦 柔 金银 可为捍药 可见 由南朝 至宋都使用了硼砂 硒砂造 渣 但宋及宋后是以硼砂为 主 的 宋 图经本草
14、 云 今 人作 捍药乃 用 硼砂 明末方以智 物理小识 卷七说得更 为 明白 以锡末为小捍 响铜末为大焊 捍 银器则用 红铜 末 皆兼用 硼砂 这里只提 到了硼砂 而不 曾说硒砂 此 大焊 小焊说 与宋应 星之说基本一致 清代匠作则例 中 广储司磁器库铜作在 谈到焊接时说 造 红铜钮 头 号 至二号 每 百个用四六银焊 药 一钱 二 分 硼砂二钱四 分 乌梅四两 三号至七号每百个四六银焊 药一钱 硼砂 二 钱 乌 梅 三两 五钱 心此 四六银焊 药 即银四铜 六 的合金乌梅为 去污剂 对于这些造渣熔剂 的作用 人们也早有 明确认识 条云 本草 纲目 卷十 一 金石 蓬 硼砂 能柔五金 而 去垢
15、腻 柔 五 金 之说虽欠严格 但 去垢腻 之说却是比较确切 的 三 关于我国古代焊接的几种具体操作 关于我 国古代焊接的具体操作 我们推 测约有 三种不同类型 浇焊 即用 浇铸的 方 式来实现 焊 接 主要用于铅锡焊 和接口较 为简单的器 物 它实 际上是青铜铸接 分铸法 的一种延 伸和演变 事 例如曾侯乙墓尊圈 足上 的双身龙 等 此法的优点是焊 接较为 牢 固 缺点 是 制 范 浇铸 等 操 作 不 便 且去 污不 便 焊口往往也较大大约只宜于大件 点焊 即把熔化了的焊料以粘点的 方式将器物 焊 接在 一起 郑复光 镜 镜铃 痴 卷四 作照景镜 云 锡工 小捍 低 锡不可宜也 高亦不可 何
16、也盖捍 必较 本身易化故金银工捍用银参铜及硼砂铜 铁捍用捍药参硼砂 咸取其易化也 捍 药之 锡过高 则捍药未 化 而本身 先 化 矣 这里说焊料需较本体易化 且用了硼砂 看 来这几种焊接都应 当是高温点焊 此外 宋 应星所云用 响铜末的大焊法 用红铜末焊银 器之法 郑复光说到 的铜大焊等 都可能是 点焊法 此法的优点是适应范围较宽 故使 用较广 它应 是我 国古代焊接的重要 方 式 缺点是焊 口多较粗糙 汞齐粘焊 这是一种低温焊接 其 焊料主要是铅锡 有关记载始见于 明末方以 智 物理小识 卷七 金石类 注云 水 银 铅 锡 三合亦成捍药 其工艺原 理 是利用铅 锡很容易与汞形成汞齐 而汞又 很容易挥发 的特点 把铅锡汞剂涂 到接 口上 而达到粘合的目的 优点是低温操作 焊口 光洁 清 郑复光在 镜镜静痴 卷四谈到过 铜大焊 铜小焊 锡大焊 锡小焊等多种焊 接法 其 中的铜小 焊和锡大焊 都要使用水 银 当也是一种汞齐焊 其铜小焊的操作是 取水银先用松香 油制死 然 后人 高 锡参匀 以备临 时 用 铜小捍用高锡参水银 其锡大焊是 先用锡 化大著松 香 屡 捞搅之 以去其灰 再逼 出浮
