等離子弧焊專利技術綜述

摘 要：在CNABS和DWPI數據庫對等離子弧焊技術檢索、分析，對國內外等離子弧焊的專利信息進行檢索，通過對專利數據分析，得到等離子弧焊專利技術發展路線；把握研究動向、研發重點、技術熱點，將專利分析結果與產業實際相結合，分析我國等離子弧焊專利技術現狀，并從以后的專利申請方面提出建議，促進等離子弧焊產業化的發展。

關鍵詞：等離子弧焊；專利；產業

1 等離子弧焊專利技術現狀

1.1 等離子弧焊專利申請量

在DWPI數據庫中，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為世界范圍內等離子弧焊專利申請增長情況。1960-1970年起步階段還處在研究探索階段；經過前期技術的發展和積累，1970-1990年出現總體上增長，這期間等離子弧焊技術逐漸在工業生產中得到應用，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用越來越廣泛，對其關注度日益高漲，而1995-2006年這10年期間進入了相對成熟的發展時期，申請量開始回落，到2006年已經回落至34件，而2006年以后又恢復了較快的增長模式，2012年專利申請數量達到了94件，說明全球合作逐漸加強，并且電子信息技術的發展，重新推動等離子弧焊進一步發展。從整體上看，等離子弧焊的申請處在增長狀態。

圖1 世界范圍內等離子弧焊專利申請增長情況

1.2 等離子弧焊申請國家或地區分布

等離子弧焊在石油、空間站、輪船、醫療器械焊接技術領域都有研究[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個國家的專利申請量占據幾乎全部的專利申請量，在這9個國家中日本獨占鰲頭，遠高于其他國家達到49%，美國、歐洲分別達到11%和10%，中國達到16%。

圖2 申請人國別和地區分布

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

2 等離子弧焊技術的發展路線

2.1 萌芽階段

至上世紀50年代以來，等離子弧焊技術首先在美國提出，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合的焊接設備。該發明的提出為焊接中提高電弧穩定提供了一種途徑，即采用等離子弧可以很大程度上提高電弧穩定性。日本發明專利JP70014175B2于1966年，提出通過在焊接電弧系統中加入電流反饋開關，實現了將轉移電弧與非轉移電流聯合在一起，通過獨立的電路分別控制轉移和非轉移電弧，電弧類型的變化通過開關來實現。

2.2 發展初步階段

日本專利文獻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、海洋船舶等領域不可避免要涉及水下焊接。德國于1973年提出發明專利DE2334470A，采用多焊絲送絲結構填充焊縫金屬，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，通過第二電源調節焊接電流的強度和送絲的速度，提高了等離子焊接的熔敷速度，大大增加了焊接效率。

2.3 發展成熟期

美國專利文獻US6124564 A將等離子堆焊技術與焊接機器人相結合，實現焊接機器人等離子堆焊技術，使得等離子堆焊技術向自動化方向發展。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行監測，實現了等離子弧焊接過程中從被焊金屬構件正面實時監測熔池小孔的行為，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性，顯著地擴大了適應的焊縫范圍。德國專利文獻DE60015528T，通過聲音傳感器獲取熔池聲音信號，以此判斷當前熔池是否穿孔。日本專利文獻JP2001105148 A通過等離子弧焊機器人對汽車進行焊接，大大提高了生產汽車的效率。

3 等離子弧焊重要申請人分析

自等離子弧焊技術出現以來，日本公司就占據著重要的領域，并且擁有相當數量的專利申請。這些公司都屬于重工業領域的領頭羊，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研究。美國通用電氣公司也同樣在該技術領域擁有一定數量的專利申請。同時，等離子弧焊技術其原理簡單，關鍵技術在于等離子電源、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，而企業卻未在研究前列的榜單中，主要的研究成果仍處于實驗室階段未在產業中實施，由于目前專利人和使用人之間的信息不平衡，導致許多研究成果不能為現代化工業服務。

4 結束語

隨著電子、計算機、智能機器人等的迅猛發展，等離子弧焊技術也朝著多方面發展，例如等離子激光復合技術的快速發展，推動著世界制造業的進步。等離子技術的競爭中我國企業和科研單位的創新產品不足，需加強企業知識產權戰略布局，走出國外技術的封鎖，推動等離子技術的快速發展。

參考文獻

[1]朱晨，等.等離子弧焊技術及其應用展望[J].焊接技術，2011，10.

[2]張文毓，等.離子弧焊技術研究進展與應用[J].現代焊接，2010，9.

[3]楊帆，等.等離子弧焊接技術在石油行業中的應用[J].金屬加工熱加工，2009，8.