等離子弧焊專利技術(shù)綜述

摘 要：在CNABS和DWPI數(shù)據(jù)庫對等離子弧焊技術(shù)檢索、分析，對國內(nèi)外等離子弧焊的專利信息進(jìn)行檢索，通過對專利數(shù)據(jù)分析，得到等離子弧焊專利技術(shù)發(fā)展路線；把握研究動(dòng)向、研發(fā)重點(diǎn)、技術(shù)熱點(diǎn)，將專利分析結(jié)果與產(chǎn)業(yè)實(shí)際相結(jié)合，分析我國等離子弧焊專利技術(shù)現(xiàn)狀，并從以后的專利申請方面提出建議，促進(jìn)等離子弧焊產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：等離子弧焊；專利；產(chǎn)業(yè)

1 等離子弧焊專利技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 等離子弧焊專利申請量

在DWPI數(shù)據(jù)庫中，通過檢索得到1960-2013的53年中涉及等離子弧焊的專利申請大約1682件。圖1為世界范圍內(nèi)等離子弧焊專利申請?jiān)鲩L情況。1960-1970年起步階段還處在研究探索階段；經(jīng)過前期技術(shù)的發(fā)展和積累，1970-1990年出現(xiàn)總體上增長，這期間等離子弧焊技術(shù)逐漸在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用，其中在1987-1994年期間申請量增加飛速，在此期間等離子弧焊應(yīng)用越來越廣泛，對其關(guān)注度日益高漲，而1995-2006年這10年期間進(jìn)入了相對成熟的發(fā)展時(shí)期，申請量開始回落，到2006年已經(jīng)回落至34件，而2006年以后又恢復(fù)了較快的增長模式，2012年專利申請數(shù)量達(dá)到了94件，說明全球合作逐漸加強(qiáng)，并且電子信息技術(shù)的發(fā)展，重新推動(dòng)等離子弧焊進(jìn)一步發(fā)展。從整體上看，等離子弧焊的申請?zhí)幵谠鲩L狀態(tài)。

圖1 世界范圍內(nèi)等離子弧焊專利申請?jiān)鲩L情況

1.2 等離子弧焊申請國家或地區(qū)分布

等離子弧焊在石油、空間站、輪船、醫(yī)療器械焊接技術(shù)領(lǐng)域都有研究[1-3]，圖2為等離子弧焊專利申請的國家和地區(qū)分布，其中日本、中國、美國、德國、韓國、俄羅斯、加拿大、法國、英國等9個(gè)國家的專利申請量占據(jù)幾乎全部的專利申請量，在這9個(gè)國家中日本獨(dú)占鰲頭，遠(yuǎn)高于其他國家達(dá)到49%，美國、歐洲分別達(dá)到11%和10%，中國達(dá)到16%。

圖2 申請人國別和地區(qū)分布

等離子弧焊技術(shù)起源于美國，但快速的發(fā)展和成熟在日本，日本對等離子弧焊技術(shù)具有絕對的優(yōu)勢，其申請量占據(jù)整個(gè)申請量的半壁江山，而美國、歐洲等國家在等離子弧焊技術(shù)中的發(fā)展相對均衡。中國在該領(lǐng)域的發(fā)展起步較晚，但仍然具有較大的申請量，但大多都基于國外專利技術(shù)進(jìn)行較少的改進(jìn)，很少涉及基礎(chǔ)理論方面的進(jìn)步，且申請人主要集中在一些高校和科研院所，偏重于對技術(shù)的改進(jìn)，涉及創(chuàng)新的等離子弧焊技術(shù)少之又少。因此，在我國等離子弧焊技術(shù)仍然依靠于國外，掌握的核心技術(shù)仍然很落后。

2 等離子弧焊技術(shù)的發(fā)展路線

2.1 萌芽階段

至上世紀(jì)50年代以來，等離子弧焊技術(shù)首先在美國提出，在專利庫中顯示，美國公司UNION CARBIDE（US2847555A）于1955年首先提出了一種高壓電弧與送絲方式結(jié)合的焊接設(shè)備。該發(fā)明的提出為焊接中提高電弧穩(wěn)定提供了一種途徑，即采用等離子弧可以很大程度上提高電弧穩(wěn)定性。日本發(fā)明專利JP70014175B2于1966年，提出通過在焊接電弧系統(tǒng)中加入電流反饋開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了將轉(zhuǎn)移電弧與非轉(zhuǎn)移電流聯(lián)合在一起，通過獨(dú)立的電路分別控制轉(zhuǎn)移和非轉(zhuǎn)移電弧，電弧類型的變化通過開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。

2.2 發(fā)展初步階段

日本專利文獻(xiàn)JPS5017347B2，首次提出了等離子弧焊的水下焊接，在海洋探測、海洋平臺(tái)、海洋船舶等領(lǐng)域不可避免要涉及水下焊接。德國于1973年提出發(fā)明專利DE2334470A，采用多焊絲送絲結(jié)構(gòu)填充焊縫金屬，在電極和工件之間的等離子電弧中送絲，通過第一電源控制電弧的密度以及熔池的熔深，通過第二電源調(diào)節(jié)焊接電流的強(qiáng)度和送絲的速度，提高了等離子焊接的熔敷速度，大大增加了焊接效率。

2.3 發(fā)展成熟期

美國專利文獻(xiàn)US6124564 A將等離子堆焊技術(shù)與焊接機(jī)器人相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)器人等離子堆焊技術(shù)，使得等離子堆焊技術(shù)向自動(dòng)化方向發(fā)展。北京航空工藝所采用光感傳感器對等離子弧焊小孔行為進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了等離子弧焊接過程中從被焊金屬構(gòu)件正面實(shí)時(shí)監(jiān)測熔池小孔的行為，在以氬氣作為等離子氣的條件下，不影響焊槍的靈活性和可達(dá)性，顯著地?cái)U(kuò)大了適應(yīng)的焊縫范圍。德國專利文獻(xiàn)DE60015528T，通過聲音傳感器獲取熔池聲音信號，以此判斷當(dāng)前熔池是否穿孔。日本專利文獻(xiàn)JP2001105148 A通過等離子弧焊機(jī)器人對汽車進(jìn)行焊接，大大提高了生產(chǎn)汽車的效率。

3 等離子弧焊重要申請人分析

自等離子弧焊技術(shù)出現(xiàn)以來，日本公司就占據(jù)著重要的領(lǐng)域，并且擁有相當(dāng)數(shù)量的專利申請。這些公司都屬于重工業(yè)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，日本YAMA公司、OSKA公司以及神戶制鋼等公司都致力于等離子弧焊技術(shù)研究。美國通用電氣公司也同樣在該技術(shù)領(lǐng)域擁有一定數(shù)量的專利申請。同時(shí)，等離子弧焊技術(shù)其原理簡單，關(guān)鍵技術(shù)在于等離子電源、等離子焊槍、等離子氣體模塊和溫控水箱。因此還有很多公司也都有不同程度的涉獵。

然而，我國研究的主體主要是科研院，而企業(yè)卻未在研究前列的榜單中，主要的研究成果仍處于實(shí)驗(yàn)室階段未在產(chǎn)業(yè)中實(shí)施，由于目前專利人和使用人之間的信息不平衡，導(dǎo)致許多研究成果不能為現(xiàn)代化工業(yè)服務(wù)。

4 結(jié)束語

隨著電子、計(jì)算機(jī)、智能機(jī)器人等的迅猛發(fā)展，等離子弧焊技術(shù)也朝著多方面發(fā)展，例如等離子激光復(fù)合技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)著世界制造業(yè)的進(jìn)步。等離子技術(shù)的競爭中我國企業(yè)和科研單位的創(chuàng)新產(chǎn)品不足，需加強(qiáng)企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略布局，走出國外技術(shù)的封鎖，推動(dòng)等離子技術(shù)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]朱晨，等.等離子弧焊技術(shù)及其應(yīng)用展望[J].焊接技術(shù)，2011，10.

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[3]楊帆，等.等離子弧焊接技術(shù)在石油行業(yè)中的應(yīng)用[J].金屬加工熱加工，2009，8.