《激光杂志》2021年第42卷第2期LASER JOURNAL(Vol.42,No.2,2021)1•综合评述•
曹晨，江洪，叶茂
中国科学院武汉文献情报中心，武汉430071
摘要：通过对全球激光焊接技术领域的专利数据进行统计分析，结合对具体专利内容的解读，从专利申请趋势、区域市场布局、研发机构实力、热点技术主题等角度揭示全球激光焊接技术的研究进展。近10年来中国激光焊接专利技术高速发展，研发热情依然高涨，但国内专利整体缺乏海外市场布局；激光复合焊接工艺与方法、智能激光焊接技术与设备、非金属材料激光焊接是当前激光焊接领域的技术研发热点；未来可重点关注焊接过程的实时监测与质量控制、新型传感器技术、多功能自动化焊接设备、异种和复合焊接材料等技术领域的研发动向。
关键词：激光焊接；专利分析；热点技术
中图分类号:TN249文献标识码:A doi：10.14016/jki.jgzz.2021.02.001
Research progress of global laser welding patent technology
CAO Chen,HONG Jiang,YE Mao
Wuhan Documentation and Information Center,Chinese Academy of Sciences,Wuhan430071,China
Abstract:Through the statistical analysis of patent data in the field of global laser welding technology,combined with the interpretation of specific patent content,this paper reveals the research progress of global laser welding technology from the perspective of patent application trend,regional market layout,the strength of R&D institutions,hot technology themes,etc.In recent ten years,laser welding's patent technology in China has developed rapidly,while the enthusiasm for research and development is still high.However,the domestic patent lacks the layout of the overseas market as a whole.The laser composite welding process and method,intelligent laser welding technology and e-quipment,and the laser welding of non-metallic materials are the hot spots of technology research and development in the current laser welding field.In the future studies,we can focus on the real-time monitoring and quality control of welding process,New sensor technology,multi-functional automatic welding equipment,dissimilar and composite welding materials and other technical research and development trends.
Key words:laser welding；patent analysis；hot technology
1引言
激光焊接是激光加工技术的一项重要应用，随着高性能、大功率激光加工设备的不断研制成功，激光焊接技术在美国、日本、德国等发达国家的工业领域得到快速发展，被认为是21世纪最有发展前景的制造技术之一⑴。我国在加快激光焊接技术研发的同时，逐步建立起了一个“产、学、研”相结合的发展体制，并在个别领域有了较大的突破⑵。
从产业链来看，激光焊接产业上游包括各种类型收稿日期:2020-08-15
基金项目：中国科学院科技服务网络计划(STS计划)区域重点项目(No.KFJ-STS-QYZD-202)
作者简介：曹晨(1988-)，女，助理研究员，硕士，从事光电子产业技术情报研究。E-mail:caoc@mail,whlib.ac 的激光器、机械、数控、电源及各种辅助零部件，中游为各种激光焊接装备，下游为各类应用。激光焊接技术应用于制造业可进行汽车车身、车盖，动力电池的电芯、PACK模组焊接以及家电外壳、航空航天器外壳与零部件的焊接；应用于光通信业可进行光电器件、传感器等高精密部件、高精密电子的焊接；应用于微电子行业可进行MEMS器件、集成电路等产品的焊接；应用于生物医学领域可进行生物组织焊接、激光缝合等；此外，激光焊接还能应用于粉末冶金和金银珠宝的焊接。
随着激光焊接在汽车制造、航空航天、船舶制造、新能源电池、数码加工等领域应用的崛起，激光焊接技术及设备的市场需求也不断快速扩大，各领域对先进的焊接工艺与方法、高效的焊接设备、优质的焊接材料等的需求也将随之增加。为了更清晰地掌握当
前全球激光焊接领域的技术布局及研发热点，运用专利分析手段将专利信息转化成系统和完整的产业技术竞争情报⑶，以期为我国激光焊接产业技术的发展提供参考。
中游（设备）
按焊接头分类：
•光纤激光焊接装备•脉冲檄光焊接装备•YAG软光路焊接装4
按自动控制类别分类•自适应控制焊接机•智能化自动焊接机•刚性自动化焊接机•汽车•航空航天•家用电器•医疗设备
•生物组织•神经焊接•焊接缝合
图1激光焊接产业链
2检索策略
选用IncoPat全球专利数据库进行检索，在进行相关文献调研的基础上广泛征求专家意见，构建全球激光焊接专利检索策略如下:TI=（激光AND焊）OR （laser（W）weld*）OR（AB=（（激光AND焊）OR （laser（W）weld*））AND IPC=B23K），过滤掉失效专利，检索日期截至2020年2月9日，共检索到15 761件专利，进行同族合并后得到9562个专利族。
3专利申请趋势
从近十年来全球激光焊接专利技术的申请趋势来看，申请整体呈现上升态势。中国激光焊接行业尽管在知识产权布局上起步较晚，但成长态势良好。2000年中国申请量仅占比全球申请量0.75%,2014年占比就超过了50%,2018年中国申请占比全球申请已高达88.84%，这标志着中国近几年在激光焊接领域的布局和研发热情空前高涨。受中国快速增长的影响，全球激光焊接专利申请也进入快车道。
图22000-2019年激光焊接专利技术申请趋势（单位：项）4区域市场布局
对专利的受理国家/地区情况进行分析可以在一定程度上反映专利技术未来潜在的市场区域布局。从全球激光焊接专利技术受理国家/地区分布来看，中国、日本、世界知识产权组织（WIPO）、美国、韩国等国家和地区是研发机构最关注的潜在市场。其中，中国受理量高居第一位，是激光焊接技术专利申请人最重视的技术保护市场。
图3全球激光焊接专利技术受理国家/地区分布（单位：项）日本、美国、德国是全球激光焊接专利的主要技术来源国。中国虽然申请量稳居全球第一，但优先权数量较少。从全球激光焊接专利技术来源国市场布局来看，日本、美国、德国等国家除了在本国申请专利，还布局了大量WIPO和EPO专利，重视全球市场的保护，但中国专利大多只布局了国内市场。
EPO中国意大利WIPO英国
优先权国
全球激光焊接专利技术来源国市场布局（单位：项）奥地利
西班牙
图4
5研发机构实力
通过对全球激光焊接技术领域专利申请量排名前50的专利权人进行人工清洗，发现该领域的专利权人类型以企业为主，此外有少量高校机构。排名前20的全球激光焊接专利权人（企业）中，有9家日本企业、4家中国企业、3家韩国企业、3家德国企业、1家美国企业。可见，日本在激光焊接技术领域研发
实力强劲。中国的深圳大族激光在激光焊接技术领域专利申请量局全球首位。此外，从专利权人企业业务领域来看，多为汽车制造和钢铁制造企业，如：丰田汽车、星宇科技、现代汽车、通用汽车、浦项钢铁、新日铁等。
从全球激光焊接专利权人（高校）排名来看, TOPS全部为中国高校，说明中国高校在激光焊接领域的研发热情突出。其中，华中科技大学激光先进制造技术研究室研制的“多功能激光焊接设备”代表国内领先、国际先进水平；哈尔滨工业大学拥有先进焊接与连接国家重点实验室，在先进焊接与连接工艺方法、智能制造与系统集成、大型成套装备设计制造等
《激光杂志》2021 年第 42 卷第 2 期 LASER JOURNAL （ Vol. 42,No. 2,2021）
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方面拥有自主知识产权。
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图5全球激光焊接专利权人（企业）排名TOP20（单位：项）
从重点机构在激光焊接技术领域的专利研发布 局（基于IPC 大组）来看：各机构均在B23K26（用激光 束加工，例如焊接，切割，打孔）布局了大量专利。但 这些机构的研发侧重点有所不同，例如：深圳大族激
光和现代汽车公司在B23K37（激光焊接附属设备或 工艺）领域布局了大量专利；日产汽车和新日铁公司
在B23K1O3（被钎焊、焊接或切割的材料）领域也布局 了大量专利。此外，在其他公司较少布局的HOI M2 （非活性部件的结构零件或制造方法）领域，丰田汽车
则布局了 27项专利；深圳大族激光在B29C65（塑料 成型或连接的预制部件的接合；所用的设备）和 B23K101 （由钎焊、焊接或切割制成的制品）两个领域 也有所布局。
6热点技术主题
基于语义算法，提取专利标题、摘要和权利要求 中的关键词，对全球激光焊接专利技术进行主题词聚 类分析，发现该领域的热点词族包含：激光束、激光焊 接方法、厚薄钢板、焊接件、焊（接）缝、激光焊接装置、 熔池、激光头、填充焊丝、树脂部件、金属板、激光辐射 等。结合对具体专利内容的分析解读，总结归纳出当 前激光焊接领域的热点技术主题主要涵盖以下几个 方面：
6. 1激光复合焊接工艺与方法
激光复合焊接是激光焊接与其他焊接方法相结 合的工艺，有利于提升焊接质量、扩大焊接应用范围、 增加焊件厚度、避免单纯激光焊接的局限性。相关专
利主要涉及以下几方面：激光-电弧（TIG 、MIG 、PLAS
MA ）复合焊接、激光-钩极氮弧复合焊接、激光-搅拌 摩擦复合焊接、激光-等离子弧复合焊接、双激光束焊 接等技术。哈尔滨工业大学、华中科技大学、美国林 肯电气公司、北京工业大学、上海交通大学等机构在 激光复合焊接领域布局较多专利，如：一种异种材料 的双光束激光-TIG 复合填丝熔钎焊
方法⑷、用于减 少T 型接头焊接变形的双激光束焊接方法⑸、一种振 荡扫描激光束-电弧复合焊接方法及系统⑹、用于 GMAW 复合激光弧焊的焊条⑺、一种用于激光一等离 子弧同轴复合焊的光束整形方法⑻、一种厚板双面激
光MIG 复合焊接和MIG 盖面焊接新方法⑼。
6.2智能激光焊接技术与设备
智能激光焊接技术与设备热点主题主要研究智 能化激光焊接机器人和激光焊接智能化相关技术。 相关专利涉及以下几个技术方向：焊接过程动态监测 与智能控制、机器视觉及智能传感、焊接系统虚拟制 造与仿真、智能计算、智能焊接机器人研制等。韩国 三星重工公司、韩国现代汽车公司、日本发那科公司、 大族激光科技产业集团股份有限公司、意大利柯马公 司等机构在智能激光焊接技术与设备领域布局了较 多专利，如：视觉传感器系统和用于自主移动焊接机 器人环境建模方法、焊缝激光视觉传感跟踪系统、 激光焊接质量检测方法及其系统、机器人控制装置和 远程激光焊接机器人系统、激光焊接机器人用激 光束照射工件的激光焊接方法［⑵、高功率焊接的熔
池监测装置、基于MOPA 结构高峰值短脉冲纳秒 激光器的激光焊接系统〔⑷、一种激光头的视觉监控 系统⑴〕、机器人辅助的远程激光焊接的方法和装 罟［16］.貝. o
6.3非金属材料激光焊接
非金属材料激光焊接领域专利涉及树脂（含塑 料）、玻璃、陶瓷等非金属材料之间及它们与金属材料 之间的激光焊接工艺技术及相关设备。塑料激光焊 接是近年来的研发热点。广东顺德华焯机械科技有 限公司、大族激光科技产业集团股份有限公司、日本 东方化学工业公司、日本纳幕尔杜邦公司等机构在该 领域掌握较多专利，如：用于透光塑料激光透射焊接 的吸收剂的制备方法六轴塑料激光焊接机〔叩、塑 料激光焊接夹具、激光透过性树脂组合物以及使 用该组合物的激光焊接方法、适合激光焊接的着 热塑性树脂组合物⑵］。
7总结和展望
专利保护是产业（尤其是高新技术产业）持续、安 全、健康发展的重要保障必）。通过上述分析不难看
出中国激光焊接领域的技术发展现状，也在一定程度 上反映出全球激光焊接产业的竞争态势和未来技术 发展方向。总体而言，中国激光焊接产业技术发展呈
现以下特征和趋势：
(1)专利研发热情高涨。近十年是中国激光焊接专利技术发展的黄金时期，大量专利申请涌现,2010年~2019年的中国申请总量占比全球申请总量高达72.88%，领涨全球。尽管在知识产权布局起步上晚于日本、美国等国家，但成长态势良好，技术研发活跃，专利数量快速增长。
(2)海外布局意识欠缺，可关注在德国、韩国等国家的布局。在全球激光焊接领域，日本、美国是实力强劲的竞争国，它们的专利保护区域主要为本国、世界知识产权组织、欧专局等国家或地区，也较为注重在德国、韩国等市场的布局。而中国该技术领域的专利申请多集中于国内，在德国和韩国市场的布局接近空白，未来为了争取更多主动权可以关注在这些潜在市场的布局。
(3)国外激光焊接技术的研发主力多为汽车制造和钢铁制造领域传统企业，而中国的深圳大族激光、苏州迅镭激光、武汉华工激光、深圳联赢激光等专利权人均为专门从事激光加工制造和生产销售的高新技术企业，未来中国的传统企业既可以考虑加强自身在激光焊接技术领域的研发，也可以考虑与这些激光加工高新技术企业、有研发基础的高校合作，增强在激光焊接领域的技术实力。
(4)激光复合焊接工艺与方法、智能激光焊接技术与设备、非金属材料激光焊接是当前全球激光焊接领域的技术研发热点。未来，随着工业发展在高效、环保、自动化等方面的需要，焊接过程的实时监测与质量控制、新型传感器技术、多功能自动化焊接设备、异种和复合焊接材料等将是激光焊接领域重要的研究方向。
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