磨料水射流切割技术专利分析

余武

摘  要：文章通过专利数据库检索数据的筛选、统计与分析结果，梳理国内外有关磨料水射流技术的专利申请、磨料水射流领域的技术发展脉络，主要技术分支的申请，核心专利和重要申请人等信息，并剖析磨料水射流切割技术发展的重点方向。

關键词：磨料水射流技术;技术分支;核心专利;重要申请人

中图分类号：TG48         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）35-0012-02

Abstract： Through the results of screening， statistics and analysis of the retrieval data of patent database， this paper traces the patent application of abrasive water jet technology at home and abroad， the technical development in the field of abrasive water jet， the application of main technical branches， core patents， important applicants and other information， and analyze the key trend of the development of abrasive water jet cutting technology.

Keywords： abrasive water jet technology; technical branch; core patent; important applicant

前言

磨料水射流技术是近30年来迅速发展起来的一种新的冷态切割技术，其通过高压水使磨料粒子加速，从而冲击工件表面进行切割加工，在加工过程中不会产生热变形和热应变。受传统的表面清洗及表面加工技术中气力喷砂、喷丸加工和表面磨削加工等技术的启示，衍生了后混合式磨料射流技术，1983年美国开发出第一台后混合磨料射流切割机，自此标志该技术进入实用阶段[1-2]。磨料射流切割技术凭借其独特的优势，在表面加工中得到了快速发展，并广泛应用于各工业部门。

1 数据总体情况

本文基于CPRSABS中文检索数据库和DWPI检索数据库的检索结果，对所获得的该领域的专利申请进行统计、分析与研究，并对磨料水射流技术切割主要涉及的技术进行分解，参见表1。本次检索时间截止2017年4月，经过检索及筛选，最终确定的涉及磨料水射流技术技术的全球专利申请共计1206项，其来自全球39个国家或地区的总计100位申请人，总体发展趋势呈现增长态势。

2 对数据进行统计和分析

2.1 申请量的年度分布

图1为磨料水射流切割技术申请量的年度分布，分别从全球范围和中国范围展示了磨料水射流切割技术申请量的年度分布。从图中可得出，在全球范围内，磨料水射流技术的专利申请量总体呈上升趋势，而在中国国内的专利申请，由于国内相关研究起步较晚，在2001年以前几乎没有申请相关技术专利，从2010年开始国内专利申请数量得以迅速增长。

2.2 申请量的地域分布

根据专利申请的地域分布情况，可反映出企业对产品的市场战略布局重心。通过统计磨料水射流技术专利申请的所在国家和地区产权组织，分析得到图2的地域分布数据，从图中可以看出，排名前六的国家是中国、美国、日本、韩国、德国和俄国，其总和占据了所有专利申请量的75%，是磨料水射流技术最主要的技术市场。而其中，在中国申请的专利数量最多达到了16.22%，由此表明国外的企业，越来越重视其在中国市场的发展，并积极在中国申请专利技术保护，以谋求占领中国的技术市场。

2.3 磨料水射流切割技术的重点专利技术领域

统计全球范围内，磨料水射流技术一级分支下的专利申请量，其中有关磨料水射流技术的磨料混合系统的申请量占比为73%，喷射系统的申请量占比为27%，可见，目前在磨料水射流技术领域的研究还是侧重于磨料混合系统的研发;而在磨料混合系统的二级分支中，如图2所示，前混合式占比30%，是磨料水射流技术结构领域中的研究热点，后混合式占比14.29%，新型微磨料混和占比16.43%;在磨料喷射系统的二级分支中，磁力脉冲占比15.71%，超声增强占比9.29%，螺旋导料占比14.29%。

2.4 核心专利

判断核心专利的两个重要指标为数据库中专利文献的被引频次数和同组专利数量;基于次数的多少对本领域的专利申请进行排序，一般而言，被引频次数越高则说明该专利的比重值越高，另一指标同族专利数量越大，则说明该专利的市场经济价值越高。分析前十篇被引频次最高的专利申请，看出主要是集中在美国、欧专局以及世界知识产权组织进行了申请，且这些专利申请大多都有较多的同族专利申请，从这个角度也可看出美国在磨料水射流切割技术领域的研究一直处于领先地位。从技术上分析，这些核心专利主要集中在磨料混合系统，从早期磨料水射流切割技术的引入，到精细加工的应用启蒙，由此可见该领域内的核心技术还是在现有结构的基础上进行改进，研究焦点由传统的混合模式向更加稳定的微细磨料水射流加工转变，以及新型的辅助加工系统研究。

2.5 专利技术发展演进

根据磨料水射流切割技术在各个时期的专利文献的梳理与分析结果，可将磨料水射流技术技术专利申请的发展分为以下三个主要发展阶段：第一阶段（1966年-1983年）为发展初期。在该阶段该技术并不是用来切割物体，最初是用来对设备进行清洁，例如用于液压系统中清洁的冲洗钻，低压水枪等。紧接着由于高压软管，增压器，密封圈，管接头等液压元器件的迅猛发展，为高压水射流技术的科研工作奠定了硬件基础。1980年首台磨料水射流切割装置问世，Hashish博士所在的FLOW公司在1983年提出发明申请EP0110529B1，并在文件中提出将磨粒与高压液体混合形成水射流进行切割加工。第二阶段（1984年-2010年）为快速发展期。随着磨料水射流切割机床系统在商业方面的启用，航天科学工作者在研究时中发现，采用磨料水射流切割用于制造飞行器零部件所需钛、钢、高强度复合纤维等材料时，得到的端面既整洁、也无热变形而且不需要进行二次加工，同时又很环保，自此磨料水射流切割技术发展成为一门独立学科，并开始广泛运用于冶金、机械、造船和建筑等行业的金属材料加工中。第三阶段（2011年至今）为全面发展期。随着人们对于磨料水射流技术的进一步认识和研究，其广阔的发展潜力也在不断被挖掘，磨料水射流技术的各个分支都成为了全球企业和学者的研究热点，磨料浆体射流作为对传统混合模式的改进，也为新型的微细磨料水射流技术奠定了基础，同时多种模式及系统的结合也开启了磨料水射流的新方向。

综合各个时期可以看出，从美国FLOW公司的Hashish博士提出将磨料与纯水混合形成射流开始，美国开始大力发展磨料水射流切割技术，并一直处于世界领先地位，随着磨料水射流技术在全球范围内的应用热潮，各大企业及高校都纷纷响应并进一步将该技术壮大，而磨料水射流凭借其较好的冷态切割效果和效率，能适应各种复杂结构和材料工件的切割、钻孔、抛光加工，且易控制操作的优点开始全面发展。

3 结束语

通过对磨料水射流技术相关的各方专利数据的统计与分析，能够实现对磨料水射流技术技术领域专利申请状况与相关信息的全面掌握，并基于这些信息形成有关磨料水射流技术专利态势，随着社会需求不断增大，同时对磨料水射流技术提出了更高的要求以及自动化控制技术的发展，在全球范围内，磨料水射流技术的磨料混合系统目前仍是磨料水射流技术领域重点发展方向，其中又以微细磨料射流最受关注。

随着社会对使用性及可靠性提出了进一步的需求，磨料水射流技术磨料混合系统的创新和改进成为了新一时期的主要发展方向，同时对于磨料水射流技术与辅助技术如超声增强和磁力脉冲等的结合也逐渐成为研究热点。

参考文献：

[1]弓永军.磨料水射流切割技术研究现状及其发展趋势[J].液压与气动，2016（10）：1-5.

[2]李海斌.磨料高压水射流切割关键技术的研究[D].武汉大学，2015.

[3]宋胜伟，赵存友.磨料射流切割技术[J].煤矿机械，2004（6）：69-71.