1.1青铜配方
青铜是以锡、硅、铝等其它金属元素为主要元素的铜合金,并以主要元素命名为锡青铜、硅青铜等。锡青铜不仅是使用最悠久的金属材料,也是现代艺术铸造使用最广的艺术铸造材料。青铜的最大特点是铸造性能好,并具有很好的耐腐蚀性能与着色性能,同时还具有良好的力学性能。现代巨型青铜雕塑大多采用美国C90300锡青铜配方,其合金成分为锡7.5%~9.0%,锌3.5%~5.0%,铜86.0%~89.0%。国内相应的牌号为ZCuSn8Zn4。1.2锡青铜配方焊接实例
图1青铜巨型雕塑《钱王射潮》1.2.1《钱王射潮》青铜巨型雕塑介绍《钱王射潮》巨型雕塑艺术工程起步于2006年,2007年10月正式开始放样制作。2008年9月安装结束。目前已成为钱塘江南岸江际线上的标志性艺术景观,浑厚雄伟、气势磅礴、撼人心魄。1.2.2《钱王射潮》巨型雕塑焊接工艺
《钱王射潮》巨型雕塑,分上下两部分,分别采用泥型放大样,采用树脂砂型铸造和熔模精密铸造相结合的工艺,铸造铜合金配方为C90300锡青铜配方。在焊接组装方面,《钱王射潮》巨型雕塑一改大型雕塑普遍采用的制造工厂内先预装,安装现场再总装的制造工艺流程,而是直接把铸件型块运抵安装现场进行总装。在制造环节,把大型块分成2平方米左右的型块铸造,这样就有效地减少了大型块铸造气隔、跑火、夹砂、浇不足等铸造缺陷。同时也有利于控制铸件的厚度,降低胀箱几率。这样就大大提高了铸件的成品率,并有利于运输。在每个型块上标注规范的定位线和中线,则更有利于现场安装。现场安装,普遍采用MIG焊接。焊缝缝隙<3mm的打坡口。坡口形状为X或V形,坡口角度为60deg;~70deg;,坡口间隙为2~4mm,钝边2~4mm;焊缝间隙<3mm的,不打坡口,但要采用双面焊接;不能采用双面焊接的,且焊缝<4mm,打ldquo;Vrdquo;形坡口;焊接工艺流程先外焊后里焊,里焊时先用钢丝轮或砂布轮清除外焊面的残余焊剂、氧化物及其他夹杂物,方可施焊;易变形部分的焊接,采用间断焊接的工艺,即在施焊部位先焊50~100mm,等温度降低到80~200℃时,锤击以消除应力,再施焊50~100mm,如此反复。规范的焊接工艺,确保了极高焊接质量,大大增强了巨雕的安全性能。2白铜
2.1白铜配方白铜的主要合金元素是镍,所以也称为镍白铜。如果再加入锌、锰等,则称为锌白铜、锰白铜等。白铜在室外大型雕塑的应用较少,但由于其特殊的表面色泽,而广受欢迎。白铜配方目前普遍采用的是铜70%,镍11%,锡3%,锌16%配方。2.2白铜配方焊接实例
白铜由于其合金的本身特性,焊接较为困难。大型巨型雕塑又必须保证一定焊接性能,以确保安全的力学性能需求。现以落成于深圳证券交易所广场,高48m巨型白铜雕塑《龙盈乾坤》为例介绍白铜的焊接工艺。图2白铜巨型雕塑《龙盈乾坤》2.2.1巨型白铜雕塑《龙盈乾坤》介绍
深圳证券交易所广场是深圳市中心区的重要公共空间。2014年11月15日,《龙盈乾坤》巨型白铜雕塑成功落成。雕塑以简约方正充满活力的现代化建筑为背景,呈现出古典与现代,民族与世界,雄浑与细腻的协调呼应。是堪称经典的开放的、互动的空间艺术组合体,塑造、提升着深圳的城市人文元素和人文定位。雕塑群由闻名中外的艺术家韩美林先生倾情创意设计。《龙盈乾坤》巨型白铜雕塑以牛头为基,寓意开拓耕耘,坚韧不拔的精神,这也契合了深圳的城市精神主旋律;两条蛟龙腾空而起,组成庄重遒劲的龙门,寄托着护佑吉祥和祥瑞盈门的美好祝愿;顶部是羽翼飞扬的凤凰,昂首盘旋、凌空傲视,象征着凤凰涅磐般的创新与追求,自强不息的奋斗与坚持。雕塑中间是中国传统的文化元素、包孕万物的太极图,体现出中国哲学ldquo;天人合一rdquo;的和谐与共融。这尊雕塑是目前全球最高的白铜雕塑。2.2.2巨型白铜雕塑《龙盈乾坤》焊接工艺
白铜有较好的铸造工艺性能,中等的造渣性、流动性和收缩性,但吸气性较强,浇注前需用Cu-Mn(或Mn)、Cu-Mg(或Mg)和Cu-P脱氧。白铜有良好的焊接性能,容易钎焊和进行各种型式的电阻焊,不含铅的白铜还能进行熔焊。具体到巨型白铜雕塑《龙盈乾坤》的焊接,主要采用氩弧焊和MIG焊为主,辅助氧气乙炔气焊。氩弧焊接的起弧电流为100A,正常工作电流为180~210A,收弧电流为100A,一般适用于铸造壁板厚度为8~10mm。随着铸造壁板厚度的增加或减少,要适当调整电流。焊接前要施焊的焊缝必须开坡口,坡口角度为50deg;~60deg;。如果焊接产生裂纹,裂纹两端必须打孔,并沿着裂纹打坡口,从中间往两端焊接,而且要采用间断焊和点焊。同时施焊的时间间隔不低于1~2分钟。如果焊接变形,须适当加温进行整形。如果采用氧乙炔焊接,乙炔的气压须达到1.5MPa,氧气气压须达到0.5MPa。
焊接材料的选择必须是同铸造壁板母材成分一致的材料,一方面确保焊接强度;另一方面保证焊缝同周边母材色泽的一致性。由于大型雕塑均有内加固钢结构,铸铜壁板连接在钢结构上,为了防止电位腐蚀,不能将铸造壁板直接焊接在钢结构上。需铸造同材质的连接件,焊接在壁板上,再用螺栓同钢结构连接在一起。这样才能保证安全性。3结束语
巨型大型青铜艺术工程是工程与艺术相结合的行业,普遍使用了铸造、钣金、焊接、表面处理等多种工艺技术,涉及金属材料、金属结构、建筑、机电工程等多门学科。而焊接技术不仅保证雕塑的力学性能,确保艺术工程的安全性,而且焊接也影响着雕塑表面肌理的协调与着色,以及焊缝的表面加工劳动强度。所以必须科学地选用焊接工艺,科学精心地施焊。
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