DE LA VEGA, José; PONCE L. Ernesto - Restoration of ancient bronze bells. Part I: powder metallurgy

Restoration of ancient bronze bells. Part I: powder metallurgy

Ingeniare. Revista chilena de ingeniería, vol. 22 Nº 4, 2014, pp. 460-468

ABSTRACT

There is a big number of church bells from the Colonial Period in the highlands of Northern Chile, which are damaged by use during centuries and by falls due to earthquakes that periodically affect the region. The aim of this work was to create a non-invasive method to restore these valuable pieces, leaving minimum trace of repair. A fissured church bell from the late nineteenth century was restored. Powder metallurgy was used to repair only in the thin line of the crack, and to prevent coarse material removal action on both sides of the crack, with subsequent filling with conventional weld at high temperatures. Fissures were filled with copper and tin powder, which were then welded with tin at a low temperature. The advantage of this method is that it does not cause local heating that can brittle the vicinity of the welded area, resulting in a smooth joint and a good adhesion surface for good sound transmission that can withstand stresses. Results: In order to verify the efficiency of the method, joint material strength was measured, and the sound was compared to the dominant note required by the DIN4178 Standard. A finite element model incorporating a filler ring in the repair area was as well verified. The rationale for these repair works lies in that the old bells in question need to be preserved, since they are culturally valuable artifacts that hold rich metallurgical knowledge and are part of the national heritage.

Keywords: Metallurgy restoration, powder metallurgy, ancient metallurgy, bells, bronze welding, finite elements, crack repair.

RESUMEN

Existe una gran cantidad de campanas del período colonial pertenecientes a iglesias del Altiplano del Norte chileno, que se encuentran dañadas por el uso durante siglos y por caídas debido a los sismos que periódicamente afectan la región. El objetivo fue crear un método no invasivo para restaurar estas valiosas piezas, dejando un mínimo rastro de la reparación. Se restauró una campana de iglesia de fines del siglo XIX que estaba agrietada. Se empleó metalurgia de polvos para reparar solo en la delgada línea de la fisura y evitar la invasiva acción de extraer material en ambos lados de la grieta, con el posterior relleno con soldaduras convencionales a temperaturas mayores. Se rellenaron las fisuras con cobre y estaño en polvo que luego se soldó con estaño, a baja temperatura. Las ventajas del método radican en no producir un calentamiento local que fragilice la vecindad de la soldadura, dar una unión de superficie lisa de gran adherencia que da una buena transmisión del sonido y capaz de soportar tensiones. Resultados: Para comprobar su eficiencia se midió la resistencia del material de la unión, también se comparó el sonido con la nota dominante que debió tener la campana según Norma DIN4178. Otra verificación fue un modelo de elementos finitos que incorpora un anillo de material de aporte en el sector de la reparación. Se justifican estos trabajos porque las campanas necesitan ser conservadas, ya que encierran una gran riqueza cultural y conocimientos metalúrgicos que son patrimonio de la nación.

Palabras clave: Restauración metalúrgica, pulvimetalurgia, metalurgia antigua, campanas, soldadura para bronce, elementos finitos, reparación de grietas.

DE LA VEGA, José; PONCE L. Ernesto

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Revista Chilena de Ingeniería (25-06-2014)

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