基于 DII的窄間隙焊接技術專利情報分析

王亞鳳

（江蘇科技大學圖書館，江蘇 鎮江212003）

基于 DII的窄間隙焊接技術專利情報分析

王亞鳳

（江蘇科技大學圖書館，江蘇 鎮江212003）

〔摘 要〕基于德溫特專利數據庫 （DII），對全球窄間隙焊接技術專利申請的年度變化、地域分布、主要專利權人 ，核心專利等方面進行了技術分析，并運用VOSviewer繪制了窄間隙焊接技術專利手工代碼的聚類標簽地圖和密度地圖，揭示了全球窄間隙焊接技術的發展現狀 ，為我國的窄間隙焊接發展趨勢提供有價值的專利情報。

〔關鍵詞〕DII；窄間隙 ；焊接；專利 ；地圖；VOSviewer

窄間隙焊接 （Narrow Gap Welding，NGW）技術最早是由美國 Battelle研究所于 1963年提出［1］，指的是將厚度30mm以上的鋼板，按小于板厚的間隙相對放置開坡口 ，再進行機械化或自動化弧焊的一種特殊焊接技術方法。與傳統焊接方法相比 ，窄間隙焊接技術可大幅度減少坡口截面積，在中低線能量下實現高效焊接，因而被作為一種可降低焊接變形和焊后殘余應力的高效焊接技術 ，廣泛應用于各種大型重要結構 ，如造船、鍋爐、核電、橋梁等厚大件的生產。日本焊接界將窄間隙焊和激光焊并稱為21世紀最適合于厚板焊接的兩種方法［2］。窄間隙焊接技術已成為現代工業生產中厚板結構焊接的首選技術 ，其巨大的技術和經濟優勢決定了它是今后厚板焊接技術發展的主要方向之一 。

目前，窄間隙焊接的研究主要體現在不斷開發新的焊接方法 ，以獲取更加高效、優質的焊縫。如通過機械或電磁方法使電弧旋轉、搖動和擺動，改變熱源分配以提高側壁熔合［3］；不同工藝參數、焊炬形狀對焊縫成形的影響［4-5］；采用激光、激光復合焊接的方法實現更高的熔覆效率［6］；通過給焊絲加熱進一步提高效率［6］；采用數值模擬方法研究應力應變、變形等規律等等［7-9］。

專利是世界上反映科學技術發展最迅速、最全面、最系統的信息資源。DII（Derwent Innovation Index）是目前查找世界范圍內專利文獻最全面的數據庫之一 ，收錄了來自世界上40多個專利機構的1 000多萬條基本發明 ，2 000萬項專利。DII每周新增45 000多條專利，并對專利的題目和文摘進行重新加工處理。為此，本文將DII數據庫收錄的國內外窄間隙焊接技術專利進行統計分析，剖析其研究熱點、核心技術及發展的態勢，旨在為相關專業人員把握窄間隙焊接技術趨勢及我國窄間隙焊接技術的未來發展戰略提供參考。

1　數據來源

涉及窄間隙焊接技術方面的國外專利數據主要源自于

2　窄間隙焊接技術趨勢的專利情報分析

2.1基于DII手工代碼的專利分析

德溫特手工代碼 （Derwent Manual Code）是DII特有的專利代碼。由文摘索引人員人工標定，用于指明專利的技術創新概貌 ，所以手工代碼比IPC分類號更準確地揭示了專利技術的外部特征和應用領域［10］。由于專利沒有關鍵詞提供，而專利的手工代碼蘊含了專利的主題核心內容，其作用類似于關鍵詞的標引。所以筆者借用關鍵詞建立引文共現網絡的方法 ，建立基于DII手工代碼的專利共現網絡，以實現專利圖譜的可視化分析。

有關DII窄間隙焊接技術的專利，共涉及111項手工代碼。提取DII專利文本數據中以 “MC”（手工代碼）開頭的字符行，統計各手工代碼相互出現的頻率 ，利用 Visual C++編程實現手工代碼數據與共現矩陣的自動轉換。以此建立的111×111的手工代碼共現次數矩陣，如表1所示。該矩陣為對稱矩陣，共有12 321個單元組成。

表1　DII 手工代碼共現次數矩陣

依據上述矩陣，筆者利用知識圖譜繪制工具VOSviewer繪制窄間隙焊接術的手工代碼專利地圖。圖1繪制的是窄間隙焊接技術的聚類標簽地圖。VOSviewer中節點之間的線條表示二者是共現關系，節點與字體越大，表示與其他節點的共現次數越多?？梢钥闯鯴24-B06（氣保焊），X24-B04（電極和附件），M23-D01B1（電弧焊接和切割，等離子弧裝置——焊槍 ，噴嘴 ，夾持裝置）等節點最突出 ，說明其共現頻次最高 ，與其他類別的專利技術聯系最為密切。同時將圖不斷放大 ，可看到各項技術之間連線關系及頻次 。

圖2是窄間隙焊接技術的聚類密度地圖。每個節點的坐標位置與標簽圖譜相同，根據節點的共現頻次的密度大小 ，顏色由紅向黃、綠、藍逐漸變化［11］。紅色表示密度越大，反之密度越小，顏色接近藍色。圖2清晰地反映了專利技術布局的全貌：窄間隙焊接專利的核心類別集中在X24-B06（氣保焊），M23-D01C（電弧焊接類型），X24-B04（電極和附件），M23-D01A1（縫焊），M23-D01A3（埋弧焊），M23-D01B1，M23-D01C1（鎢極惰性氣體保護焊 ，TIG），X24-B02A （引燃電壓 ；電弧的穩定和磁控），M23-H（配套設備）等接近紅色，這些均是共現頻次較高的關鍵技術。黃綠色表示核心技術與邊緣技術的過渡專利類別，例如M23-F，M23-D01C2（熔化極惰性氣體保護焊，MIG），M23-D01A （電弧焊接和切割，等離子弧焊），X24-B03（電極或工件的自動送進）等。散落在外圍的邊緣技術專利類別包括M27-A04（合金鋼），M23-D05（激光束），X24-D03（油罐車），X24-B（電弧切割），K05-B07E（反應器附件——電纜 ，管材管件 ，連接器）等等。這些專利共現頻次較小，與其他技術類別聯系不緊密。

2.2專利申請的年度變化

通過分析全球窄間隙焊接技術每年的專利申請量，可以分析出該項技術的研發狀況和發展趨勢。全球有關窄間隙焊接技術的專利最早出現在1973年，是日本川崎重工實業有限公司申請的。專利名稱：一種從另一側填充的窄間隙自動焊接方法 （專利號：JP73018703-B，德溫特主入藏號：1973-34668U）。由圖3可見，全球窄間隙焊接技術專利申請量自1978-1983年出現過快速增長的高峰，之后申請量進入下降趨勢，申請數量相對穩定。從2008年開始 ，窄間隙焊接技術的專利申請總量增速較快，這可能與中國申請量快速增長，拉高總體申請量有關。由圖4可見，國外有關窄間隙的專利申請量自2007-2013年出現了第二個研究峰段 （2011年除外），申請量回升的現象也與近年來窄間隙焊接的學術研究升溫相符［12］。

圖1　DII窄間隙焊接技術專利手工代碼聚類標簽圖

圖2　DII窄間隙焊接技術專利手工代碼聚類密度圖

我國第一件窄間隙焊接技術的專利最早出現在1985年，是機械工業部哈爾濱焊接研究所林尚揚院士申請的。專利名稱：雙絲窄間隙埋弧焊方法 （專利號CN85104150）。我國的窄間隙焊接技術專利自2005年后，出現顯著增長的態勢 ，申請量最高出現在2012年，高達36件，預計2013年還會有所增加。從總體來看我國的窄間隙焊接技術的專利趨勢高峰與國外第二個趨勢高峰 （2007-2013年）基本對應 ，進入快速增長期。

圖3　全球窄間隙焊接技術專利申請量

圖4　國內外窄間隙焊接技術專利申請量對比

2.3專利申請的地域分析

全球窄間隙焊接技術專利的申請主要分布在日本、中國、德國、美國、韓國和印度等國 （詳見圖5）。其中日本窄間隙焊接專利的申請量最高，高達117件，占全球申請量的44% ，日本是窄間隙焊接技術最先進，實力最雄厚的國家，其窄間隙焊接的板材厚度可達150mm和250mm。該國的窄間隙焊接技術應用已擴大到各個工業領域，如鍋爐和壓力容器、船舶和海洋構筑物、工業機械、壓力鋼管等。中國的窄間隙焊接技術的專利申請量達79件 ，居世界第二。德國、美國的專利申請量接近 ，分別是26件和22件 ，韓國和印度的申請量分別是12和8件。值得注意的是德國和美國的專利大多同時申請了WO、EP及其他國家的專利（同族專利），以獲得多個國家的專利保護 ，但我國在同族專利申請方面有所欠缺 ，這可能與我國的專利權人構成類型有關。

圖5　全球窄間隙焊接技術專利的主要申請國分布

2.4主要申請國的IPC分布

對比主要申請國的IPC分布，可以分析出國家的技術領域分布及產業戰略布局情況。表2列出的是日本、中國、德國、美國四國窄間隙焊接專利申請量位居前三位的IPC排名?？梢娙毡镜闹饕芯糠较蚣性贐23K-009/00（釬焊），B23K-009/12（點焊、縫焊或切割的電極或工件的自動進給或移動），B23K-009/16（氣保焊）等方面。中國的專利集中分布在B23K-009/28（焊條或電極夾持裝置），B23K-009/16（氣保焊），B23K-009/173（熔化電極）等方面。德國關注的是窄間隙技術在縫焊，埋弧焊方面的研究。美國的研究熱點集中在氣保焊、釬焊等方面。通過進一步分析各國專利情況 ，可知歐美國家在埋弧焊 （SAW），鎢極惰性氣體保護焊 （TIG）應用較多，熔化極氣保焊（GMA W）較少，而日本的釬焊、GMA W窄間隙應用非常廣泛。我國研究較多的是粗絲大電流窄間隙埋弧焊和窄間隙熱絲TIG焊，2008年后有關GMA W的專利申請量增加迅速。

表2　專利申請國的IPC分布及專利數量

2.5主要專利權人分析

通過統計專利權人在窄間隙焊接技術申請專利的數量 ，可得知該項技術主要集中在哪些企業部門 ，或哪些機構具有行業領先地位。表3列出了窄間隙焊接技術專利申請量最多的前10個高產機構 ，共申請專利82件 ，占全部265件專利的30.94%。日本占據了8個席位 ，均是日本的重工業公司如神戶鋼鐵公司、新日本鋼鐵公司、日本鋼管公司、日立船舶工程有限公司等等。日本公司專利申請的時間多集中于80年代，方向集中于電弧焊接和切割 ，等離子弧焊中窄間隙技術的應用。例如神戶鋼鐵公司的專利多圍繞厚管窄間隙焊 ，厚鋼板、鋁合金的水平窄間隙電弧焊而展開。德國的西門子公司申請專利8件，排名第4，申請時間集中于1997年至今，研究方向以窄間隙氣保焊及窄間隙焊接的具體裝置＼設備為主。從全球專利權人的機構類型來看 ，窄間隙焊接技術的專利權人以企業為主，企業是窄間隙技術研發的主力軍 ，技術應用成熟。

表3　專利申請量居前十位的專利權人概況

我國的專利權人類型與國外不同，是以高校及科研院所為主。其中江蘇科技大學有關窄間隙焊接專利的申請量在DII中排名第十，全國申請量居首位。我校專利的主要發明人是王加友教授及其課題組成員，方向集中在搖動電弧GMAW焊接方法、空心軸電機驅動的旋轉電弧窄間隙焊接方法、裝置及焊縫跟蹤新方法方面。申請量居次的分別是哈爾濱工業大學和西北工業大學。哈爾濱工業大學專利集中在窄間隙MIG/MAG焊炬、GMAW方法、焊接裝置等方面，西北工業大學專利集中在GMAW焊槍、熔化極氬弧焊槍、石油方鉆桿窄間隙脈沖GMAW焊方法等方面。

通過檢索表4中每一條專利的法律狀態，可知高校的部分科研成果已轉讓給企業 ，例如江蘇科技大學轉讓窄間隙焊接專利3項，哈爾濱工業大學1項。專利的轉讓率較低，說明我國還處在窄間隙技術的基礎研發階段，專利技術多限于高校，急需加強產學研相結合的循環模式，以推動技術成果的轉換和企業的技術創新。

表4　國內專利申請人排名及概況

3　結 論

通過以上對窄間隙焊接技術領域的專利情報分析，可以得出以下結論：

（1）全球窄間隙焊接技術專利由技術萌芽期 （1973-1977年）、快速增長期 （1978-1983年），后進入技術穩定期 （1984-2006年）。2007-2013年出現了第二個研究峰段，專利申請量較技術穩定期所增加，這也與近年國內外窄間隙焊接技術學術研究升溫的現象相符。說明經過實踐檢驗 ，更加適合的窄間隙焊接方法被挑選出來，其研究也由提出新的窄間隙方法過渡到針對具體產品具體結構的窄間隙焊解決方案。

（2）窄間隙焊可用于多種焊接方法 ，是一項綜合技術。專利的核心類別集中在電弧焊、縫焊、埋弧焊、TIG焊的應用上，專利的過渡類別集中在MIG焊、等離子弧焊等方面。專利的撰寫集中于窄間隙焊接技術的兩個重要問題 ，即焊縫跟蹤和保證側壁熔透 ，同時在保證焊接質量的基礎上進一步提高效率。

（3）日本是窄間隙焊接技術應用最成熟的國家 ，其窄間隙焊接專利申請量高達117件 ，占全球申請量的44%。全球窄間隙焊接技術專利申請量最多的前十位專利權人 ，日本占據8席，且均是重工業企業。日本的窄間隙GMAW、釬焊技術應用非常廣泛。

（4）我國窄間隙焊接技術自2005年以后發展迅速，研究方向由窄間隙埋弧焊的開發拓展到窄間隙TIG、GMAW等焊接方法。江蘇科技大學的窄間隙焊接技術專利申請量居全國首位，DII排名第十。最適于實際生產的窄間隙GMAW技術應作為我國今后發展的方向。我國的窄間隙焊接技術也應在借鑒國外偏重于機械式的基礎上，利用的計算機控制技術向機械和控制相結合的方式發展。

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（本文責任編輯：孫國雷）

Patent Information Analysis of Narrow Gap Welding Technology Based on DII

Wang Yafeng
（Library，Jiangsu University of Science and Technology，Zhengjiang 212003，China）

〔Abstract〕Based on Derwent Innovation Index（DII），the Patent Information Analysis of Narrow Gap Welding Technology was conducted which concludes annual changes of patent applications，the geographical distribution，the major patent holders and the core patents.The paper gave out the clustering label map and density map of manual codes of DII by VOSviewer which revealed the development of domestic and foreign technology of narrow gap welding and provides valuable Patent Information.

〔Key words〕DII；narrow gap；welding；patent；map；VOSviewer

作者簡介：王亞鳳 （1979-），女 ，館員 ，碩士 ，研究方向 ：科技查新與專利情報分析。book=135,ebook=137DII，國內專利數據源于國家知識產權局 （DII檢索到的中國專利信息與SIPO的專利數據不一致。筆者通過主題和IP分類號為限定條件進行檢索。DII中的檢索式擬定為TI＝（narrow near/1 gap）and weld*OR TI＝NG，通過分類號IPC＝B23*限定，檢索結果為265件。檢索時間為2013年12月15日 ，對于專利申請的時間未作限定。由于專利的申請到公開有一年半的滯后期，所以2013年的數據僅供參考，不能全面反映技術趨勢。本文專利分析工具應用了DII的TDA軟件和知識圖譜繪制工具VOSviewer，并用VC編制矩陣轉化程序進行專利統計分析。

基金項目：江蘇省現代教育技術研究課題 （項目編號：2015-R-40948）、江蘇科技大學高等教育科學研究課題 （項目編號：GJKTY2014-22）、江蘇省高等教育教改研究立項課題 （項目編號 ：2015JSJG150）的研究成果。

收稿日期：2014-07-14

〔中圖分類號〕G255.53

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1008-0821（2015）10-0134-06

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.10.025