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 趙云寶1,2，陳清林1，2

（1．集美大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院，福建廈門361021；2．福建省船舶與海洋工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建廈門361021）

摘要：基于國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局( SIPO)專利檢索數(shù)據(jù)庫(kù)以及Webpat全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)等分析工具，以鋁合金焊接先進(jìn)技術(shù)為研究對(duì)象，從國(guó)際角度、國(guó)家層面、專利權(quán)人與發(fā)明人層面進(jìn)行全球?qū)＠麛?shù)據(jù)的檢索和分析。分析顯示，美國(guó)、日本和歐盟國(guó)家鋁合金焊接技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，中國(guó)近些年發(fā)展迅速，但核心技術(shù)較少；技術(shù)領(lǐng)先跨國(guó)企業(yè)重視對(duì)全球市場(chǎng)的專利保護(hù)，中國(guó)企業(yè)的專利保護(hù)區(qū)域較為局限。因此，對(duì)鋁合金焊接技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)進(jìn)行了分析，為中國(guó)政府、企業(yè)制定產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略提供參考。

  關(guān)鍵詞：鋁合金；焊接技術(shù)；專利分析；發(fā)展態(tài)勢(shì)

  中圖分類號(hào)：TC457.14；G353.1  文章編號(hào)：1007 - 7235( 2016) 03  - 0007 - 06

 鋁合金因其具有良好的導(dǎo)電性、延展性、耐腐蝕性和較高的比強(qiáng)度而被廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造、汽車、船舶等工業(yè)領(lǐng)域。隨著工業(yè)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，需進(jìn)一步提高鋁合金焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量，也促使鋁合金焊接技術(shù)方面研究隨之深入。但有一些鋁合金在焊接過(guò)程中存在一些技術(shù)難題，例如有的鋁合金焊接接頭軟化嚴(yán)重、工件表面易產(chǎn)生難熔的氧化膜( Al2 O3)、焊接容易產(chǎn)生熱裂紋、線膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生焊接變形等，這些缺陷關(guān)系到焊接件的質(zhì)量。開(kāi)發(fā)新的焊接技術(shù)是保證大型結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的基本條件。

 為了全面了解世界鋁合金焊接領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、全球?qū)＠�分布狀況、重點(diǎn)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的研發(fā)能力，了解我國(guó)鋁合金焊接技術(shù)水平與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。本文利用國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局( State intellectualproperty office)知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社的“中外專利數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)平臺(tái)”與Webpat全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)鋁合金焊接技術(shù)的國(guó)際專利申請(qǐng)趨勢(shì)與重點(diǎn)機(jī)構(gòu)的研發(fā)能力進(jìn)行檢索和分析，對(duì)2015年1月前的專利數(shù)據(jù)進(jìn)行閱讀檢索，經(jīng)數(shù)據(jù)篩選清洗后，得到焊接技術(shù)中外相關(guān)專利（族）4986件，在華專利（族）數(shù)量863件。通過(guò)深入的數(shù)據(jù)挖掘，可以了解鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為我國(guó)企業(yè)從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展出發(fā)制定產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略和知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略提供參考。

1  鋁合金焊接專利國(guó)際層面分析

1.1  總體發(fā)展趨勢(shì)分析

 通過(guò)查閱鋁合金相關(guān)焊接技術(shù)資料，確定對(duì)鋁合金四類焊接技術(shù)進(jìn)行全球檢索統(tǒng)計(jì)，嘗試在中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索系統(tǒng)及Webpat全球?qū)＠麢z索系統(tǒng)上進(jìn)行檢索，主要中英文關(guān)鍵詞有：攪拌摩擦焊、激光焊、MIG焊、TIG焊、Friction stir welding、Laser welding、MIG welding、TIG welding。

 圖1顯示了全球焊接技術(shù)相關(guān)專利數(shù)量的歷年變化趨勢(shì)。

 從圖1可以看出，鋁合金焊接技術(shù)專利的申請(qǐng)起始于20世紀(jì)70年代初，從1971年出現(xiàn)到1999年期間，發(fā)展較為緩慢，處于技術(shù)萌芽期；從2000年起到2009年專利申請(qǐng)量出現(xiàn)大幅遞增，呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢(shì)；從2010年到2014年專利申請(qǐng)量達(dá)到峰值，其中2012年公開(kāi)專利量達(dá)到406件，表明全球鋁合金焊接技術(shù)進(jìn)入了技術(shù)成熟階段。

1.2鋁合金焊接技術(shù)全球區(qū)域分布

 根據(jù)圖2所示，日本、中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)及韓國(guó)的鋁合金焊接專利數(shù)量領(lǐng)先于其他國(guó)家，占據(jù)全球?qū)＠�總�?shù)的86. 8%。其中，日本與中國(guó)的專利數(shù)占總專利數(shù)的60.3%，可以說(shuō)明，近些年這兩個(gè)國(guó)家在焊接技術(shù)上投入較大的研發(fā)力度，開(kāi)發(fā)新的制造技術(shù)。結(jié)合圖2和圖3可以看出，雖然中國(guó)在鋁合金焊接技術(shù)專利數(shù)量方面占大部分比例，但中國(guó)絕大多數(shù)專利集中在2004年后，表明焊接技術(shù)起步較其他國(guó)家晚一些；日本在鋁合金焊接技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)與受理方面主要集中在20世紀(jì)70年代末，焊接技術(shù)發(fā)展較為成熟；美國(guó)鋁合金焊接相關(guān)技術(shù)專利受理起步于20世紀(jì)70年代初，發(fā)展步伐較為穩(wěn)定，擁有較多的核心技術(shù)專利。

 表1表示全球鋁合金焊接技術(shù)區(qū)域分布，專利數(shù)量最多的國(guó)家是日本，中國(guó)專利數(shù)量位列第二。與全球?qū)＠�受理�?shù)量趨勢(shì)相似，日本在鋁合金焊接技術(shù)上專利發(fā)明人數(shù)量?jī)H少于中國(guó)，充裕的技術(shù)人才儲(chǔ)備與高投入的研發(fā)力度奠定了日本工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的基礎(chǔ)。

表2所示為鋁合金焊接技術(shù)全球重點(diǎn)專利排名前20的機(jī)構(gòu)分布情況，主要分布在日本（14家）、中國(guó)（2家）、美國(guó)（2家）、德國(guó)（1家）及法國(guó)（1家）。表2表明，日本企業(yè)在焊接技術(shù)方面投入大量研發(fā)力度，得以領(lǐng)先于其他國(guó)家企業(yè)。其中，日本日立工機(jī)有限公司獨(dú)立開(kāi)發(fā)的攪拌摩擦焊接裝置在鋁、鎂合金及銅合金的生產(chǎn)中取得良好的效果，日立公司開(kāi)發(fā)輕便型數(shù)控機(jī)器人和自行開(kāi)發(fā)的大型門式焊接機(jī)器人可承擔(dān)20%～25%的生產(chǎn)工作量；日本川崎重工已將攪拌摩擦焊技術(shù)成功應(yīng)用于大型船舶建造。世界上最大的軍民用飛機(jī)制造商美國(guó)波音公司，每年全球航空發(fā)動(dòng)機(jī)（燃機(jī)）零件尤其是熱端部件修復(fù)市場(chǎng)有數(shù)十億美元的規(guī)模，美國(guó)的焊接修復(fù)技術(shù)已經(jīng)成熟、穩(wěn)定地應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片等熱端部件上，在可修復(fù)缺陷界定、缺陷去除、焊縫清理及焊后壽命評(píng)估方面已形成完整的工程化體系。

1.3鋁合金焊接技術(shù)專利的IPC分類排行及構(gòu)成

 國(guó)際專利分類號(hào)(IPC)包含了專利的技術(shù)信息，通過(guò)對(duì)收集到的相關(guān)專利進(jìn)行基于IPC的統(tǒng)計(jì)分析，可以更專業(yè)了解鋁合金焊接技術(shù)涉及的主要技術(shù)領(lǐng)域和重點(diǎn)技術(shù)等。根據(jù)表3可知，在全部4986件鋁合金焊接技術(shù)的IPC大類排行中，排名在前7名大類專利數(shù)量共4308件，占全部專利數(shù)的86. 40%，說(shuō)明這7大類中的專利信息能充分體現(xiàn)鋁合金焊接專利的發(fā)展趨勢(shì)。其中，焊接技術(shù)主要集中在B23大類中，該類技術(shù)代表了金屬加工技術(shù)，專利數(shù)量達(dá)到了3515件，占總專利數(shù)的70. 50%。因此，B23大類是所列專利分類中的重要組成部分，應(yīng)對(duì)B23下屬的小類專利技術(shù)做進(jìn)一步分析。

在鋁合金焊接技術(shù)特點(diǎn)中，激光焊適用于工藝性要求高、產(chǎn)品附加值高的鋁合金焊接，常用在高科技產(chǎn)品中；TIG焊工藝性好，適用于各種結(jié)構(gòu)、形狀的全位置焊接、熔覆率高并多應(yīng)用在小型鋁合金結(jié)構(gòu)件中；MIG焊可做自動(dòng)化作業(yè)焊接，可焊接鋁合金中厚板，焊接變形小，生產(chǎn)效率高，適用于鋁合金焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)；攪拌摩擦焊具有高效能、低消耗和低成本等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于造船、航空、航天等領(lǐng)域中。為了更加準(zhǔn)確分析B23類中子類的專利技術(shù)特點(diǎn)，表4列舉了B23大類中主要的子類項(xiàng)，包括B23 K26、B23 K20、B23K9等前六小類。其中，B23 K26子類檢索的鋁合金焊接專利數(shù)有1287件，占B23類別專利數(shù)的36. 61%，這一子類含有相關(guān)的激光焊接工藝、激光束的自動(dòng)校正技術(shù)、焊接工件連接／對(duì)位工藝及輔助裝置等技術(shù)。B23 K20作為B23大類中的第二大子類項(xiàng)，其相關(guān)專利數(shù)有838件，該專利類別主要有攪拌摩擦焊先進(jìn)技術(shù)、特種輔助材料及處理措施等技術(shù)。

2  鋁合金焊接專利國(guó)家層面分析

2.1在華專利發(fā)展趨勢(shì)分析

 圖4給出了在華鋁合金焊接技術(shù)專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖，可以看出，我國(guó)在鋁合金焊接技術(shù)專利方面的申請(qǐng)和受理始于20世紀(jì)80年代中期，從1985到2002年期間發(fā)展較為緩慢；到2003年后，我國(guó)鋁合金焊接技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量開(kāi)始呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，表明我國(guó)開(kāi)始重視鋁合金焊接技術(shù)方面的研究工作。

 從圖5中可以看出，技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家如日本、美國(guó)、德國(guó)等比較重視本國(guó)焊接技術(shù)專利在中國(guó)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，通過(guò)國(guó)際IPC專利通道申請(qǐng)了大量涉及焊接技術(shù)的專利保護(hù)。

2.2我國(guó)主要專利權(quán)人構(gòu)成分析

 我國(guó)鋁合金焊接技術(shù)專利權(quán)人數(shù)量較多，專利技術(shù)分布呈較大的離散度，各類企業(yè)數(shù)量約占60%。表5給出了我國(guó)主要申請(qǐng)人專利數(shù)量排序分布，在專利數(shù)量排在前10位的機(jī)構(gòu)中，高校及研究所分別是7個(gè)和1個(gè)，企業(yè)占2個(gè)。其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)具有鋁合金焊接相關(guān)發(fā)明專利46件，專利分布有采用MIG焊進(jìn)行表面熔覆的方法、真空激光焊接設(shè)備及方法、提高攪拌摩擦焊接質(zhì)量的方法等，以絕對(duì)的創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)排在第一位，但有效專利只有10件，專利有效比為21. 74%。深圳市大族激光科技股份有限公司專利數(shù)為21件，作為一家專門從事激光焊接技術(shù)研究的企業(yè)，發(fā)揮了其自身優(yōu)勢(shì)，在發(fā)明專利保護(hù)上也采取了一定措施，專利有效比達(dá)到52. 38%。作為國(guó)內(nèi)最大的航天制造企業(yè)，首都航天機(jī)械公司與中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院都是具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模和雄厚的實(shí)力，攪拌摩擦焊接運(yùn)載火箭貯箱的方法與工藝等相關(guān)焊接專利占多數(shù)，貯箱作為運(yùn)載火箭貯箱是火箭系統(tǒng)上最重要的一個(gè)部分，在制造過(guò)程中對(duì)貯箱的焊接、裝配等工藝過(guò)程要求高。上海交通大學(xué)、江蘇科技大學(xué)及北京工業(yè)大學(xué)在攪拌摩擦焊接裝置與設(shè)備、提高焊接質(zhì)量方法上具有一定的優(yōu)勢(shì)；沈陽(yáng)航空航天大學(xué)與天津大學(xué)在焊接工藝材料、激光焊接材料、質(zhì)量檢測(cè)方面已形成特色研究項(xiàng)目。

2.3  重點(diǎn)機(jī)構(gòu)的核心專利解讀

 通過(guò)對(duì)檢索到的鋁合金焊接專利申請(qǐng)的發(fā)明名稱、發(fā)明人、摘要、關(guān)鍵詞及法律狀態(tài)等信息的人工篩選與分析，挑選出16個(gè)重點(diǎn)機(jī)構(gòu)的16件核心專利。表6對(duì)這些專利進(jìn)行解讀。從表中可以看出，外國(guó)知名企業(yè)非常重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，例如林肯環(huán)球公司、瑞典萊斯特加工技術(shù)公司、美國(guó)埃克森美孚研究工程公司等已在發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行專利申請(qǐng)保護(hù)和PCT專利保護(hù)的申請(qǐng)；而我國(guó)企業(yè)由于各種原因?qū)Υ瞬粔蛑匾�，忽略潛在的知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

3  結(jié)論與建議

 通過(guò)對(duì)鋁合金焊接相關(guān)技術(shù)專利的分析，并結(jié)合當(dāng)前全球鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，可以得出以下結(jié)論：

 1)全球鋁合金焊接技術(shù)已進(jìn)入技術(shù)成熟時(shí)期。2000年開(kāi)始，全球鋁合金焊接相關(guān)專利得到快速發(fā)展，專利數(shù)量隨之遞增。日本、中國(guó)及美國(guó)是全球鋁合金焊接相關(guān)專利的主要受理與申請(qǐng)國(guó)家。中國(guó)在鋁合金焊接技術(shù)專利數(shù)量?jī)H次于日本，國(guó)內(nèi)多數(shù)專利分布在高校及研究所，具備研發(fā)能力的企業(yè)占少數(shù)。當(dāng)前鋁合金焊接技術(shù)的研究熱點(diǎn)集中于攪拌摩擦焊接系統(tǒng)、激光焊接自動(dòng)控制、多種材料的復(fù)合焊技術(shù)、TIG焊接系統(tǒng)等技術(shù)。

 2)日本、美國(guó)及歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)國(guó)際專利進(jìn)行全球市場(chǎng)保護(hù)。日本企業(yè)占據(jù)全球鋁合金專利產(chǎn)出機(jī)構(gòu)數(shù)量的半壁江山，這些企業(yè)在焊接機(jī)器人、激光復(fù)合焊等核心專利技術(shù)上處于壟斷地位。美國(guó)林肯公司、�？松�美孚研究工程公司擁有協(xié)同TIG焊接系統(tǒng)、攪拌摩擦對(duì)縫控制等核心焊接技術(shù)，并通過(guò)申請(qǐng)國(guó)際專利號(hào)( PCT)進(jìn)行全球?qū)＠�保護(hù)。中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)量處在世界第二位，但中國(guó)企業(yè)在國(guó)外申請(qǐng)專利保護(hù)的屈指可數(shù)，核心技術(shù)相對(duì)較少，專利保護(hù)意識(shí)不強(qiáng)，在世界大企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)處于下風(fēng)。

 針對(duì)上述分析結(jié)論，對(duì)我國(guó)企業(yè)的專利戰(zhàn)略提出以下三點(diǎn)建議：

 1)創(chuàng)造人才交流機(jī)會(huì)，掌握技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。創(chuàng)造企業(yè)與高校、企業(yè)與研發(fā)機(jī)構(gòu)人才之間交流合作的機(jī)會(huì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，加強(qiáng)人才培養(yǎng)，充分發(fā)揮焊接相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新的合作作用。重點(diǎn)關(guān)注焊接技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家的發(fā)展動(dòng)態(tài)，加強(qiáng)對(duì)國(guó)外大企業(yè)核心專利的研究分析，掌握最新焊接技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

 2)強(qiáng)化專利保護(hù)意識(shí)，擴(kuò)大國(guó)外專利布局。我國(guó)企業(yè)在焊接技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家申請(qǐng)國(guó)外專利保護(hù)或申請(qǐng)PCT保護(hù)的專利數(shù)較少，應(yīng)加大科研投入，提高原創(chuàng)技術(shù)能力，制定知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略。擴(kuò)大國(guó)內(nèi)焊接相關(guān)技術(shù)需求，針對(duì)研發(fā)機(jī)構(gòu)的核心發(fā)明專利，結(jié)合國(guó)際市場(chǎng)情況，及時(shí)通過(guò)PCT專利渠道申請(qǐng)國(guó)外保護(hù)。

 3)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合發(fā)展，培養(yǎng)一批具備競(jìng)爭(zhēng)力企業(yè)。根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)狀況，高校及科研院所解決生產(chǎn)問(wèn)題，攻克技術(shù)難關(guān)，將研究成果轉(zhuǎn)化為受保護(hù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)成果，做到產(chǎn)學(xué)研結(jié)合發(fā)展；重視歐美日等國(guó)家的重點(diǎn)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的核心技術(shù)，充分利用全球信息資源，通過(guò)自主研發(fā)、規(guī)劃引領(lǐng)、人才培養(yǎng)等多種途徑，進(jìn)一步增強(qiáng)企業(yè)技術(shù)研發(fā)實(shí)力，制定企業(yè)專利發(fā)展戰(zhàn)略，爭(zhēng)取做到與世界強(qiáng)企同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)。