金属构件残余应力无损检测专利技术综述

引言

残余应力是构件力学性能最主要的影响因素之一，如拉伸残余应力会降低拉伸屈服极限、提高压缩屈服极限，压缩残余应力正好相反;宏观残余应力会产生形变、并影响疲劳寿命，微观残余应力导致组织内产生微裂纹发生脆性破坏[1]。因此在工程设计中掌握残余应力的作用特点以及其在各个截面形式构件中的大小和分布模式就显得尤为重要。本文重点分析了金属构件残余应力无损检测的专利技术情况，从该领域的技术演进、专利申请势态、重要申请人等方面进行了分析。本文选取的专利数据源为DWPI 和CNABS 专利数据库。

1 专利发展状况

技术分支：根据原理和结构的不同，技术分解如表1所示。

表1 技术分解X

2 专利分析

2.1 专利申请量分析

通过对申请日或优先权日字段的统计分析，得到金属构件残余应力无损检测的专利申请量年度分布图，如图1所示，有关金属构件残余应力无损检测的专利申请最早出现在1974 年左右，经过10 余年的发展，全球年度申请量在1987 年首次突破20 件，达到28 件，而整个20 世纪全球年度申请量最多的一年是1990 年，这一年的申请量为35 件，进入21 世纪后，金属构件残余应力无损检测技术已得到长足的发展，21 世纪的前十年，全球年度申请量的平均值为24.3 件，而从2010 年起到2015 年，申请量连续5年上升，2015 年的申请量已达到93 件，这是由于中国申请量的迅速增加导致的。

图1 中国和外国的年度申请量分布

2.2 专利技术分解分析

金属构件残余应力无损检测各技术分支的申请量如图2 所示。由图可知，磁性法、衍射法、超声波法呈现三足鼎立的趋势，其中衍射法最多，占比为36%，超声波法占比最少，但也有30%，从各技术分支的申请量占比来看，基本上体现了金属构件残余应力无损检测各相关技术的科技含量排布。

2.3 申请人专利分析

图2 各技术分支申请量比较

图3 全球申请人排名（前10）

图4 国内申请人排名（前10）

图5 国内申请人类型分布

由图3 可知，在前10 排名中，来自日本的申请人最多，占据4 席，其后依次是中国、美国、英国，而来自中国的北京理工大学拥有最多的专利申请量，达到了36 件，其中大多数申请来自我国无损检测专家徐春广教授的课题组；而对比前10 排名中的中国申请人和外国申请人，可以发现，中国的申请人均是高校，外国的申请人均是公司，因此在专利的经济价值转化方面，我国的申请会有较大概率弱于外国的申请。

从图4 可以看到，国内前十位申请人中占据大多数席位的还是高校，相关行业的公司和研究所各只占一席，这可能是由于金属构件残余应力无损检测涉及的理论知识较多且科技含量较高，而目前中国的科研力量和资源还是主要集中在高校，因此该领域的研究还是由高校来承担；此外，中国航空工业集团公司北京航空材料研究院在国内申请人中排名第4，这和国家近些年对航空航天事业，尤其是国产大飞机项目的大力发展不无关系，在航空航天设备中，金属构件的使用量非常高，残余应力的检测和消除关系着设备的安全，因而检测金属构件中残余应力是航空航天工业中一个重要的研究课题。

如图5 所示，在金属构件残余应力无损检测领域国内申请人的主要类型为大专院校，占比58.27%，以企业为申请人的申请量占比29%，而科研单位仅占比8.4%，正如前文所说，本领域多数专利掌握在高校手中，不利于专利价值的转化，与国外形成了鲜明的对比，并且从侧面证明了国内企业在金属构件残余应力无损检测领域的研究还较为薄弱，技术积累还远不如国外企业，在国际竞争日益激烈的今天，金属构件残余应力的无损检测为产品提供了质量保障，因此国内企业若想要进一步提高国际竞争力，还需要在该领域多下功夫，而为了节约科研资源，提高科研效率，国内企业可以多与高校开展校企合作，将学校的科研成果应用在生产实践中，达到双赢的局面。

3 结束语

本文对金属构件残余应力无损检测领域的技术演进、技术分支、专利申请态势，以及重要申请人等方面进行了综述。从整体看来，金属构件残余应力无损检测领域从19世纪70 年代开始，经过了四十余年的技术演进，技术逐步趋于成熟。该技术在中国虽然起步于19 世纪80 年代末，起步虽晚，但是发展迅速，目前技术上我国已经基本可以做到自给自足；此外，该领域在国内呈现一种高校主导型的状态，企业与高校之间的合作仍需加强，从而真正实现技术创新的价值。

文章来源：《无损检测》 网址: http://www.wsjczzs.cn/qikandaodu/2021/0128/327.html