李洋 羅震 鄭博方 王帥 羅丹青 金帥

摘要：以2014～2018年Web of Science （WOS）數(shù)據(jù)庫和中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫收錄的焊接領(lǐng)域?qū)W術(shù)論文、德溫特創(chuàng)新索引（DII）數(shù)據(jù)庫和CNKI專利數(shù)據(jù)庫收錄的焊接領(lǐng)域發(fā)明專利以及中國國家自然科學(xué)基金委批準(zhǔn)的焊接領(lǐng)域基金項(xiàng)目為研究對(duì)象，利用可視化技術(shù)繪制出全球焊接領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)、研究人員、研究熱點(diǎn)等的科學(xué)知識(shí)圖譜。指出我國機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)全球焊接領(lǐng)域論文、專利貢獻(xiàn)最大?！?接頭—微觀結(jié)構(gòu)—力學(xué)性能 ”是全球焊接領(lǐng)域的研究主線。與日本、美國等焊接制造強(qiáng)國相比，我國焊接技術(shù)在產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化及企業(yè)創(chuàng)新方面尚有不足。

關(guān)鍵詞：焊接;大數(shù)據(jù);知識(shí)圖譜;發(fā)展現(xiàn)狀;研究熱點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TG40? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C? ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-2003（2021）01-0001-16

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.01.01

0? ? 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，焊接技術(shù)已經(jīng)從一種傳統(tǒng)的熱加工技術(shù)發(fā)展成為集機(jī)械、電子、材料、冶金、結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)控制等多門科學(xué)技術(shù)為一體的熱成形技術(shù)，成為現(xiàn)代制造業(yè)中的支柱技術(shù)之一[1-2]。航空航天[3]、先進(jìn)武器[4]、核能核電[5]、石油化工[6]、海洋工程[7]、軌道交通[8]、新能源汽車[9]等重大國防、民生工程的建設(shè)與發(fā)展都與焊接技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，也為先進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了新的機(jī)遇。大力發(fā)展焊接制造技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)，對(duì)促進(jìn)我國由制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變有著極為重要的意義[1]。

當(dāng)前我國焊接技術(shù)應(yīng)用與服務(wù)產(chǎn)業(yè)市場化轉(zhuǎn)型，正處于保生存、保市場的高壓期，經(jīng)濟(jì)增長的換擋期，改革調(diào)整的陣痛期，思維模式的轉(zhuǎn)型期[10]。文中以2014～2018年發(fā)表的論文、申請的專利、獲批的自然基金項(xiàng)目為研究對(duì)象，從焊接學(xué)科的發(fā)表文獻(xiàn)量、申請專利量、發(fā)文機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞聚類等方面進(jìn)行可視化分析，建立全球焊接學(xué)科的研究學(xué)者、研究團(tuán)隊(duì)、研究熱點(diǎn)等知識(shí)圖譜，厘清焊接學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀，為未來焊接發(fā)展策劃提供參考。

1 數(shù)據(jù)采集

1.1 論文數(shù)據(jù)采集

在中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫和Web of Science（WoS）數(shù)據(jù)庫中，分別檢索2014～2018年發(fā)表的主題為焊接、封裝和表面工程的論文。由于傳統(tǒng)焊接和封裝、表面工程的主題詞不同，故分別進(jìn)行檢索。

圖1為CNKI數(shù)據(jù)庫和WoS數(shù)據(jù)庫檢索得到的論文數(shù)量。由圖可知，2014～2018年在CNKI數(shù)據(jù)庫上發(fā)表的論文數(shù)量基本保持不變，5年共發(fā)表28 707篇;在WoS數(shù)據(jù)庫發(fā)表的論文逐年上升，5年共發(fā)表論文21 803篇。

1.2 項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集

本研究重點(diǎn)考察中國國家自然科學(xué)基金委批準(zhǔn)的焊接學(xué)科青年項(xiàng)目和面上項(xiàng)目，項(xiàng)目信息通過科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)（Internet-based Science Information System，ISIS）獲取。通過ISIS系統(tǒng)，采集申請代碼為E041607（焊接冶金）、E050803（焊接結(jié)構(gòu)、工藝與裝備）的項(xiàng)目，以及申請代碼為E050904（高能束加工工藝與裝備）中關(guān)于焊接的項(xiàng)目。

圖2展示了5年間面上項(xiàng)目和青年項(xiàng)目的批準(zhǔn)數(shù)。其中面上項(xiàng)目每年分別獲批29、27、27、33、30項(xiàng)，共獲批146項(xiàng)，平均每年獲批29項(xiàng);青年項(xiàng)目每年分別獲批27、32、32、33、37項(xiàng)，共獲批161項(xiàng)，平均每年獲批32項(xiàng)。

1.3 專利數(shù)據(jù)采集

在CNKI中國專利全文數(shù)據(jù)庫中，按分類號(hào)B23K或B29C65檢索2014～2018年申請的專利。其中分類號(hào)B23K表示“ 釬焊或脫焊;焊接 ”，B29C65表示“ 塑料部件的接合;所用的設(shè)備 ”。檢索共得到197 392條專利。在德溫特創(chuàng)新索引（DII）數(shù)據(jù)庫中，采用與B23K、B29C65對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵詞進(jìn)行專利檢索，共得到118 995條專利。圖3展示了中國和全球焊接領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量，呈逐年上升態(tài)勢。

2 研究機(jī)構(gòu)與研究學(xué)者分析

2.1 焊接領(lǐng)域主要國家或地區(qū)

圖4展示了基于WoS數(shù)據(jù)庫得到的發(fā)表論文數(shù)量大于5的79個(gè)國家或地區(qū)圖譜。其中圓圈大小表示論文數(shù)量多少，曲線表示合作關(guān)系，線條粗細(xì)表示合著論文數(shù)的多少。顏色表示根據(jù)軟件聚類算法獲得的分類，如紅色區(qū)域（18個(gè)國家）以東歐國家為主，包括俄羅斯、波蘭、捷克、烏克蘭、奧地利;綠色區(qū)域（13個(gè)國家）包括西歐的德國、意大利、挪威、丹麥等，以及南美的巴西、墨西哥、古巴等國，兩個(gè)大洲的國家以西班牙和葡萄牙為連接;藍(lán)色區(qū)域包括英國、愛爾蘭、土耳其、伊朗、伊拉克等12個(gè)國家;黃色區(qū)域包括印度、也門、埃及、約旦、以色列、沙特阿拉伯、阿拉伯聯(lián)合酋長國和瑞典;紫色區(qū)域以亞洲為主，包括日本、韓國、馬來西亞、泰國、中國臺(tái)灣地區(qū)、越南和菲律賓;淺藍(lán)色區(qū)域有法國、威爾士、比利時(shí)、挪威、阿爾及利亞、摩洛哥和突尼斯;橙色區(qū)域包括中國、新加坡、澳大利亞、新西蘭、孟加拉和科威特;棕色區(qū)域包括美國、加拿大、黎巴嫩和卡塔爾。

圖5以密度分布的形式展現(xiàn)了2014～2018年發(fā)表文章總數(shù)大于5的79個(gè)國家或地區(qū)圖譜?？梢悦黠@看出世界上存在幾個(gè)焊接研究密集國家或地區(qū)，包括中國大陸及臺(tái)灣地區(qū)、美國、印度、德國、伊朗、俄羅斯、法國、巴西、西班牙和土耳其。

提取圖中各國家或地區(qū)發(fā)表論文數(shù)、論文引用數(shù)、合作數(shù)、合著論文強(qiáng)度，按照發(fā)表論文數(shù)排列，得到2014～2018年發(fā)表論文數(shù)最多的前10個(gè)國家或地區(qū)，如表1所示。表中的“ 合作數(shù) ”是指每個(gè)國家或地區(qū)與多少國家或地區(qū)有合作，“ 合著論文強(qiáng)度 ”是指與其他國家或地區(qū)合著的論文次數(shù)，“ 論文國際合作程度 ”是指合著論文強(qiáng)度與發(fā)表論文數(shù)的比例。

根據(jù)數(shù)據(jù)，可以總結(jié)得到以下幾點(diǎn)：

（1）我國大陸地區(qū)在焊接學(xué)科發(fā)表的論文數(shù)在世界排名第1，且論文數(shù)是排在第2位的美國的3.3倍。論文引用數(shù)約為美國的3.1倍。從論文絕對(duì)數(shù)和引用數(shù)量上看，可以說我國是焊接研究領(lǐng)域的“ 強(qiáng)國 ”。

（2）傳統(tǒng)制造、焊接強(qiáng)國的“ 論文國際合作程度 ”都較高，如美國為51.6%，德國為52.2%，日本為45.5%，英國為85.3%，法國為81.9%，意大利為61.2% （排名第12，未列入表1）。

（3）一些小國或資源貧瘠國家的“ 論文國際合作程度 ”都很高，這是很好理解的，如加拿大61.2%，澳大利亞（排名第18） 93.5%，瑞典（排名第19） 84.1%，西班牙（排名第20） 63.9%。

（4）我國大陸地區(qū)的“ 論文國際合作程度 ”非常低，僅高于印度和土耳其（排名第15，未列入表1），這是值得思考的。

2.2 焊接領(lǐng)域主要研究機(jī)構(gòu)

圖6為基于CNKI數(shù)據(jù)庫的我國焊接領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)圖譜。可以明顯看出，國內(nèi)焊接學(xué)科主要的研究團(tuán)隊(duì)集中在哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、蘭州理工大學(xué)、天津大學(xué)、江蘇科技大學(xué)等傳統(tǒng)及新興焊接強(qiáng)校。

圖7與圖8分別為基于CNKI數(shù)據(jù)庫的我國焊接領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)和引用數(shù)最多的20個(gè)機(jī)構(gòu)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以初步得到以下結(jié)論：

（1）國內(nèi)焊接學(xué)科發(fā)展較快的研究團(tuán)隊(duì)，都是國內(nèi)較早成立焊接專業(yè)的大專院校。其中哈爾濱工業(yè)大學(xué)在發(fā)表論文數(shù)和論文引用數(shù)上均排第一，是我國焊接領(lǐng)域的領(lǐng)軍研究機(jī)構(gòu)。

（2）從地域分布來看，焊接學(xué)科發(fā)展較好的學(xué)校都分布在我國一些重工業(yè)地區(qū)和城市，比如重工業(yè)基地東北的哈爾濱、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)江蘇省，以及西北地區(qū)的蘭州。這也充分說明，我國焊接學(xué)科的發(fā)展與我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展息息相關(guān)。

（3）在發(fā)表論文數(shù)前20的機(jī)構(gòu)中有兩個(gè)企業(yè)上榜：中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司和海洋石油工程股份有限公司，說明我國這些年在高鐵動(dòng)車和海洋石油領(lǐng)域發(fā)展迅速。

圖9給出了基于WoS數(shù)據(jù)庫的全球焊接領(lǐng)域主要研究機(jī)構(gòu)圖譜，通過提取圖譜數(shù)據(jù)總結(jié)于表2、表3中。由表可知，在焊接領(lǐng)域，哈爾濱工業(yè)大學(xué)發(fā)表論文數(shù)為全球第一;日本大阪大學(xué)為發(fā)表論文數(shù)最多的外國機(jī)構(gòu)。

2.3 焊接領(lǐng)域研究學(xué)者

圖10展示了2014～2018年基于CNKI數(shù)據(jù)庫的我國焊接領(lǐng)域研究學(xué)者圖譜。圖11、圖12分別為發(fā)表論文數(shù)和論文引用數(shù)最多的20位學(xué)者?？梢钥闯觯汗ご篑T吉才教授在發(fā)文量上占有絕對(duì)優(yōu)勢，蘭州理工大學(xué)石玗教授、樊丁教授、黃健康教授等學(xué)者在發(fā)文數(shù)量和引用數(shù)量上也較多，并且他們之間的聯(lián)系程度也很緊密。

圖13為2014～2018年發(fā)表文章總數(shù)大于5的3 207位作者圖譜，其中圓圈大小表示論文數(shù)量多少，曲線表示合作關(guān)系，線條粗細(xì)表示合著論文數(shù)的多少。顏色表示根據(jù)軟件聚類算法獲得的分類。圖14為3 207位作者論文密度圖譜，可以看出，幾乎所有合作關(guān)系都集中在中心區(qū)域。

表4列出了基于WoS數(shù)據(jù)庫的發(fā)表論文數(shù)最多的10位研究學(xué)者。哈爾濱工業(yè)大學(xué)馮吉才教授在論文數(shù)和引用數(shù)上均為全球第一。法國貝爾福-蒙貝利亞爾技術(shù)大學(xué)的Hanlin Liao教授為外國學(xué)者中發(fā)表論文最多。前10位學(xué)者中有8位為我國學(xué)者，表明我國焊接學(xué)者是全球焊接領(lǐng)域的主要研究力量，貢獻(xiàn)顯著。表5則列出了基于WoS數(shù)據(jù)庫的發(fā)表論文數(shù)最多的10位外國研究學(xué)者。

圖15為綜合WoS和CNKI數(shù)據(jù)庫得到的我國焊接領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)最多的20位研究學(xué)者。從表中看出，很多研究學(xué)者分布在哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)、蘭州理工大學(xué)等老牌的焊接專業(yè)學(xué)科較強(qiáng)的高校中。這個(gè)結(jié)果與前文研究機(jī)構(gòu)的情況基本保持一致。

3 焊接領(lǐng)域研究熱點(diǎn)分析

通過了解焊接領(lǐng)域2014～2018這5年來的研究熱點(diǎn)，可以更好地掌握焊接學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)，包括研究前沿與研究不足，從而更好地指導(dǎo)焊接工作者開展今后的工作。文獻(xiàn)中的關(guān)鍵詞往往概況了文獻(xiàn)所關(guān)注的最核心主題，因此通過分析國際、國內(nèi)學(xué)術(shù)論文中的關(guān)鍵詞，可以在一定程度上掌握某學(xué)科的研究熱點(diǎn)。

3.1 我國焊接學(xué)科的研究熱點(diǎn)

圖16為基于CNKI數(shù)據(jù)庫焊接領(lǐng)域發(fā)表論文得到的關(guān)鍵詞圖譜。通過觀察、分析可以得到我國焊接學(xué)科的一些研究熱點(diǎn)方向：

（1）微觀組織-力學(xué)性能是我國焊接領(lǐng)域的研究主線。

（2）在工藝技術(shù)方面，激光熔敷、攪拌摩擦焊、激光焊接是關(guān)注度最高的研究工藝。

（3）在焊接材料方面，鋁合金是關(guān)注度最高的研究材料。

（4）在研究對(duì)象方面，殘余應(yīng)力、焊接變形、溫度場、硬度、焊接缺陷、質(zhì)量控制、裂紋、耐磨性等與焊接接頭性能直接相關(guān)的屬性是主要研究對(duì)象。

（5）在研究方法方面，數(shù)值模擬、熱處理是最主要的研究方法。

（6）在焊接設(shè)備方面，焊接機(jī)器人是最重要的研究設(shè)備。

3.2 國際焊接學(xué)科的研究熱點(diǎn)

圖17為基于WoS數(shù)據(jù)庫的詞頻大于10的1 837個(gè)關(guān)鍵詞圖譜，其中圓圈大小表示詞頻多少，曲線表示關(guān)鍵詞相關(guān)性，相關(guān)性高的詞定性地聚成大類，表示為同一種顏色，其中紫色區(qū)域以釬焊為主;紅色區(qū)域以表面工程為主;黃色區(qū)域以焊接結(jié)構(gòu)方向?yàn)橹?藍(lán)綠色區(qū)域以攪拌摩擦焊、攪拌摩擦加工方面為主;藍(lán)色和綠色區(qū)域高度重合，包括弧焊、激光焊、點(diǎn)焊等各類熔化焊方面研究。通過觀察、分析可以得到國際焊接學(xué)科的一些研究熱點(diǎn)方向：

（1）微觀組織-力學(xué)性能-接頭行為是國際焊接領(lǐng)域的研究主線。

（2）在工藝技術(shù)方面，攪拌摩擦焊、激光焊、激光熔敷是關(guān)注度最高的焊接工藝。

（3）在焊接材料方面，鋁合金是關(guān)注度最高的研究材料。

（4）在研究對(duì)象方面，殘余應(yīng)力、溫度、金屬間化合物、腐蝕、疲勞、熱影響區(qū)、變形等與焊接接頭性能直接相關(guān)的屬性是主要研究對(duì)象。

（5）在研究方法方面，數(shù)值模擬、熱處理、優(yōu)化技術(shù)、表征技術(shù)是最主要的研究方法。

上述研究熱點(diǎn)與基于CNKI數(shù)據(jù)庫的分析結(jié)果基本一致。

3.3 攪拌摩擦焊研究熱點(diǎn)

更具體的，以攪拌摩擦焊為例進(jìn)行分析。圖18為與攪拌摩擦焊相關(guān)的關(guān)鍵詞圖譜。其中與攪拌摩擦焊關(guān)聯(lián)度較高的關(guān)鍵詞有：microstructure、mechanical properties、aluminum alloy、joint、behavior、parameters、aluminum、material flow、alloy、evolution、magnesium、tensile properties、steel、tool、tensile strength、residual stress、model、process parameters。根據(jù)這些關(guān)系，可大致勾畫出攪拌摩擦焊領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)：（1）鋁合金攪拌摩擦焊;（2）攪拌摩擦焊接中工藝參數(shù)研究;（3）鋁合金攪拌摩擦焊中的材料流動(dòng);（4）鎂合金攪拌摩擦焊;（5）鋼材攪拌摩擦焊;（6）攪拌摩擦工具的研究;（7）攪拌摩擦焊接中的殘余應(yīng)力;（8）攪拌摩擦焊建模。

基于同樣的方法，得到焊接領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)，包括：（1）攪拌摩擦焊變形、殘余應(yīng)力與接頭疲勞性能;（2）鋁合金攪拌摩擦加工;（3）金屬基復(fù)合材料攪拌摩擦加工;（4）鎂合金攪拌摩擦加工;（5）納米復(fù)合材料攪拌摩擦加工;（6）鋁合金攪拌摩擦點(diǎn)焊;（7）不銹鋼、鋁合金激光焊;（8）激光焊小孔研究;（9）激光焊數(shù)值模擬;（10）激光熔敷復(fù)合涂層;（11）冷噴涂機(jī)理;（12）鋁、鈦材料的冷噴涂;（13）熱障涂層;（14）WC-Co系硬質(zhì)合金的超音速火焰噴涂;（15）電阻點(diǎn)焊接頭失效模式、接頭強(qiáng)度;（16）鋁/鋼、鋁/銅、鋁/鎂、鋁/鈦、鎂/鋼、鈦/鋼異種材料焊接;（17）焊接接頭殘余應(yīng)力、焊接變形的有限元模擬及預(yù)測;（18）釬焊時(shí)中金屬間化合物的生長以及界面反應(yīng)。

4 焊接領(lǐng)域基金項(xiàng)目分析

4.1 面上項(xiàng)目

2014～2018年共44個(gè)機(jī)構(gòu)獲批146項(xiàng)面上項(xiàng)目。圖19給出了獲批2項(xiàng)及以上面上項(xiàng)目的研究機(jī)構(gòu)。

由圖19可知，2014～2018年哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲資助的面上項(xiàng)目最多，達(dá)22項(xiàng)，占據(jù)全部項(xiàng)目總數(shù)的15%，可謂“ 一枝獨(dú)秀 ”。哈爾濱工業(yè)大學(xué)是焊接領(lǐng)域的傳統(tǒng)強(qiáng)校，具有焊接學(xué)科唯一的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在國內(nèi)外具有重要影響力。獲批面上項(xiàng)目排在第二位的為天津大學(xué)，5年共獲批面上項(xiàng)目15項(xiàng)，占全部獲批項(xiàng)目的10%，天津大學(xué)同樣是焊接領(lǐng)域傳統(tǒng)強(qiáng)校，是我國最早成立焊接專業(yè)的高校之一。排在獲批數(shù)前10名的其他高?；径际呛附訉W(xué)科的傳統(tǒng)強(qiáng)校，多數(shù)具有省市（地區(qū)）的焊接重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。值得注意的是，幾乎所有獲得面上項(xiàng)目資助的單位都為高校（共42所），僅有哈爾濱焊接研究所有限公司和中國科學(xué)院金屬研究所各獲得1次面上項(xiàng)目資助。

圖20為2014～2018年焊接領(lǐng)域面上項(xiàng)目詞頻數(shù)大于10的關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)結(jié)果。將這些關(guān)鍵詞分為以下幾個(gè)大類：

（1）研究目的，如研究、機(jī)理、行為、機(jī)制、調(diào)控、方法等，這些關(guān)鍵詞與國家自然科學(xué)基金主要支持基礎(chǔ)問題研究的初衷相一致。

（2）研究對(duì)象，如激光、復(fù)合、電弧、界面、摩擦、相等，表明面上項(xiàng)目所重點(diǎn)資助的研究對(duì)象，在一定程度上反映了當(dāng)前最新焊接技術(shù)是向著這些方向發(fā)展。

（3）研究材料，鋁合金的焊接成為了面上項(xiàng)目的資助重點(diǎn)。

4.2 青年項(xiàng)目

圖21為獲批2項(xiàng)及以上青年項(xiàng)目的研究機(jī)構(gòu)。其中哈爾濱工業(yè)大學(xué)以獲批15項(xiàng)青年項(xiàng)目位于榜首，天津大學(xué)、西南交通大學(xué)均獲批了7項(xiàng)，江蘇科技大學(xué)、太原理工大學(xué)、上海交通大學(xué)均獲批6項(xiàng)，清華大學(xué)獲批5項(xiàng)，北京工業(yè)大學(xué)獲批4項(xiàng)。多數(shù)機(jī)構(gòu)僅獲得1～2次的青年資助。值得注意的是，與面上項(xiàng)目相比，獲得青年基金資助的單位中出現(xiàn)了很多的研究所或企業(yè)，例如中國航發(fā)北京航空材料研究院、上海宇航系統(tǒng)工程研究所、廣州有色金屬研究院、清華大學(xué)天津高端裝備研究院、上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院、中國工程物理研究院電子工程所、中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司、北京宇航系統(tǒng)工程研究所、中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所、工業(yè)和信息化部電子第五研究所。

對(duì)青年項(xiàng)目采用與面上項(xiàng)目一樣的分析方法，得到2014～2018年青年項(xiàng)目詞頻統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如圖22所示。與面上項(xiàng)目相比，青年項(xiàng)目關(guān)鍵詞更多，研究對(duì)象更廣，這與青年學(xué)者思路更加活躍的特點(diǎn)有關(guān)。

4.3 面上項(xiàng)目與青年項(xiàng)目對(duì)比分析

圖23為獲批面上和青年項(xiàng)目之和2項(xiàng)及以上的機(jī)構(gòu)，共43家;獲5項(xiàng)及以上項(xiàng)目的機(jī)構(gòu)僅13家（平均1年1項(xiàng)），說明我國焊接領(lǐng)域的研究規(guī)模還是很有限的，研究力度相對(duì)集中。獲批自然科學(xué)基金前10名的機(jī)構(gòu)為哈爾濱工業(yè)大學(xué)（37項(xiàng)）、天津大學(xué)（22項(xiàng)）、北京工業(yè)大學(xué)（16項(xiàng)）、上海交通大學(xué)（16項(xiàng)）、江蘇科技大學(xué)（14項(xiàng)）、西北工業(yè)大學(xué)（11項(xiàng)）、清華大學(xué)（9項(xiàng)）、太原理工大學(xué)（9項(xiàng)）、西南交通大學(xué)（8項(xiàng)）和山東大學(xué)（7項(xiàng)），均為傳統(tǒng)焊接強(qiáng)校，這與上文研究機(jī)構(gòu)和研究學(xué)者分析的結(jié)果一致。值得注意的是，一些機(jī)構(gòu)獲批面上和青年項(xiàng)目時(shí)具有明顯的差異，這種差異從一定程度上可以體現(xiàn)出這些機(jī)構(gòu)的研究人員結(jié)構(gòu)。

2014～2018年焊接領(lǐng)域面上和青年項(xiàng)目的研究主題進(jìn)行分類并匯總，結(jié)果如表7所示。分類過程參考中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)下設(shè)各專業(yè)委員會(huì)。根據(jù)表7，焊接領(lǐng)域國家自然科學(xué)基金的特點(diǎn)總結(jié)如下：

（1）開發(fā)新的焊接工藝（69項(xiàng)）以壓倒性優(yōu)勢成為焊接領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，也是國家自然科學(xué)基金資助的重點(diǎn)。其中又以開發(fā)電弧焊為基礎(chǔ)的復(fù)合連接技術(shù)（30項(xiàng)）為主要研究熱點(diǎn)。

（2）金屬焊接性（43項(xiàng)）、高能束焊（42項(xiàng)）、釬焊（38項(xiàng)）可視為焊接領(lǐng)域自然科學(xué)研究里面的“ 第二研究大類 ”。

（3）壓力焊（29項(xiàng)）、過程檢測與控制（24項(xiàng)）、焊接力學(xué)（23項(xiàng)），微納連接（15項(xiàng)）、新方法新原理新材料（13項(xiàng)）、其他應(yīng)用（13項(xiàng)）則為焊接基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的“ 第三研究大類 ”。

（4）與面上項(xiàng)目相比，青年焊接工作者更愿意嘗試新的研究方法（如采用實(shí)時(shí)成像技術(shù)、采用反問題理論）、提出新的焊接原理（如亥姆霍茲原理）、焊接新的材料（如鎂基復(fù)合材料、碳化物陶瓷），這也與青年工作者思維活躍的特點(diǎn)有關(guān)。

（5）有一定經(jīng)驗(yàn)的焊接工作者（面上項(xiàng)目）比青年工作者更多地開展了面向特定應(yīng)用的研究，這也體現(xiàn)出具有一定經(jīng)驗(yàn)的焊接工作者對(duì)行業(yè)內(nèi)重大需求的認(rèn)識(shí)更深、把握更強(qiáng)，研究更具有針對(duì)性。

5 焊接領(lǐng)域?qū)＠治?/p>

5.1 基于CNKI數(shù)據(jù)庫的專利分析

圖24為2014～2018年焊接領(lǐng)域中國專利類別?？梢钥闯鰧?shí)用新型專利累計(jì)達(dá)68 742項(xiàng)，占全部專利的57.77%;發(fā)明專利累計(jì)達(dá)50 253項(xiàng)，占全部專利的42.23%。發(fā)明專利中已授權(quán)專利3 682項(xiàng)?？梢?，實(shí)用新型專利占到了我國焊接領(lǐng)域?qū)＠亩鄶?shù)，這與國家鼓勵(lì)開發(fā)低成本、研制周期短的焊接技術(shù)的創(chuàng)造，從而更快地適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的政策有關(guān)。

圖25為2014～2018年焊接領(lǐng)域中國專利的主要關(guān)鍵詞。其中“ 焊接設(shè)備 ”占比例最大，出現(xiàn)6 428次，占總數(shù)的11.58%。其后依次為“ 焊接裝置 ”、“ 焊接工裝 ”、“ 焊接夾具 ”、“ 支撐板 ”、“ 氣動(dòng)元件 ”、“ 焊接機(jī) ”、“ 定位裝置 ”、“ 支撐架 ”、“ 焊接方法 ”、“ 焊接材料 ”、“ 激光切割機(jī) ”、“ 固定板 ”、“ 連接板 ”、“ 激光焊接 ”、“ 連接桿 ”、“ 定位板 ”、“ 緊固件 ”、“ 焊接機(jī)器人 ”、“ 激光加工 ”、“ 制備方法 ”、“ 伸縮桿 ”、“ 固定裝置 ”、“ 機(jī)器人 ”、“ 支撐座 ”、“ 控制器 ”。

從上述關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)不難發(fā)現(xiàn)我國焊接領(lǐng)域的專利研發(fā)主要集中在焊接裝置和焊接工裝，其次為激光技術(shù)與焊接機(jī)器人。這些關(guān)鍵詞具有很強(qiáng)的相關(guān)性。目前，我國制造行業(yè)焊接機(jī)器人已占全部工業(yè)機(jī)器人的40%，并且正以年總需求量的30%增長。預(yù)計(jì)到2030年，重點(diǎn)制造領(lǐng)域焊接自動(dòng)化率將提高到80%，焊接裝備將具有網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)采集和通信功能，建立基于焊接制造質(zhì)量保障的焊接裝備運(yùn)行參數(shù)大數(shù)據(jù)分享和共享云端平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)焊接裝備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)的無線跟蹤。焊接機(jī)器人的大量應(yīng)用，必然對(duì)焊接裝置與焊接工裝提出更高的要求，例如焊接裝備需要具備必要的傳感、通訊、計(jì)算能力。同時(shí)焊接機(jī)器人一旦設(shè)定完成就會(huì)按照設(shè)定路徑進(jìn)行焊接，如果工裝定位不一致，就無法保證焊接質(zhì)量的一致性。因此為了焊接機(jī)器人的順利實(shí)施，必然要開展焊接工裝的研究。

5.2 基于DII數(shù)據(jù)庫的專利分析

圖26展示了2014～2018年基于DII數(shù)據(jù)庫焊接專利所屬類別（category）圖譜，圖中的分類是以德溫特手工代碼所表示的，例如類別最多的代碼為M23-H，其含義為“ ANCILLARY EQUIPMENT，Incl-udes equipment for cleaning welding devices ”。

圖27為類別前20的焊接專利。這20個(gè)分類為M23-H（焊接設(shè)備）、X24-D03（激光焊接或切割）、M23-D05（激光焊接或切割）、M23-G（檢測與控制）、P55-C（焊接）、P55-T02C （運(yùn)輸、支撐系統(tǒng);自動(dòng)焊接系統(tǒng)）、A09-D03（高分子成形設(shè)備）、P55-T（工具;防護(hù)設(shè)備;控制;喂料機(jī)和分配器）、X24-D09（其他焊接、切割）、A12-H（高分子機(jī)械工程）、V04-A01（印刷電路的釬焊、焊接或鉚接）、X24-B06（使用保護(hù)氣的電弧焊接或切割）、X24-B04（焊條和附件）、A12-W12F（高分子的應(yīng)用-冶金）、A11-A03（高分子的混合、耦合）、M23-A03（釬焊裝備）、M23-D01B4（通用焊接裝備）、A11-B17（輪胎制造）、A11-C01A（高分子熱密封）、P55-B01（軟釬焊）。

圖28展示了2014～2018年DII數(shù)據(jù)庫焊接專利機(jī)構(gòu)（專利權(quán)人）圖譜。圖29為焊接專利數(shù)量前20的機(jī)構(gòu)。在專利數(shù)量前20的機(jī)構(gòu)中，日本占12家，美國4家，我國4家。日本在焊接技術(shù)發(fā)明方面處于絕對(duì)優(yōu)勢地位。值得注意的是，我國上榜的機(jī)構(gòu)大多數(shù)為高校，而國外幾乎全為企業(yè)。這體現(xiàn)出：第一，我國專利產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化有待加強(qiáng);第二，我國企業(yè)的研發(fā)與創(chuàng)新能力仍有較大不足，需要我國焊接工作者多加重視。

6 結(jié)論

文中以2014～2018 年Web of Science、CNKI、Der-went Innovations Index和科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)（ISIS）收錄的文獻(xiàn)、專利、項(xiàng)目作為研究對(duì)象，分別從研究機(jī)構(gòu)、研究人員、研究熱點(diǎn)、基金、專利等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)與圖譜分析，取得如下結(jié)論：

（1）我國為焊接領(lǐng)域的“ 超級(jí)大國 ”。

基于WoS數(shù)據(jù)庫，2014～2018年在焊接領(lǐng)域我國發(fā)表論文數(shù)量和論文引用數(shù)上均為世界第一，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界第二的美國，為焊接學(xué)科的“ 超級(jí)大國 ”。但我國在國際合作程度上僅高于印度，而多數(shù)發(fā)達(dá)國家均存在緊密的國際合作。哈爾濱工業(yè)大學(xué)是我國以及全球焊接領(lǐng)域發(fā)表論文最多的機(jī)構(gòu)，日本大阪大學(xué)是外國焊接領(lǐng)域發(fā)表論文最多的機(jī)構(gòu)。

（2）我國學(xué)者對(duì)全球焊接技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)明顯。

基于WoS數(shù)據(jù)庫，2014～2018年發(fā)表論文數(shù)最多的前10位研究人員（見表4），我國研究人員8位，外國研究人員2位。哈爾濱工業(yè)大學(xué)馮吉才教授是這期間全球焊接學(xué)科發(fā)表論文數(shù)和論文引用數(shù)最多的研究人員。我國發(fā)表論文數(shù)量較多的高校都是焊接領(lǐng)域傳統(tǒng)強(qiáng)校，焊接學(xué)科的研究學(xué)者也都集中在這些焊接學(xué)科發(fā)展較快的研究機(jī)構(gòu)中。

（3）焊接領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。

a.“ 接頭—微觀結(jié)構(gòu)—力學(xué)性能 ”這條研究主線已成為全世界焊接工作者的共識(shí)。

b.基于CNKI數(shù)據(jù)庫和WoS數(shù)據(jù)庫論文關(guān)鍵詞分析，從焊接工藝、焊接材料、研究對(duì)象、研究方法等方面揭示出全球焊接的主要研究方向：激光熔敷、攪拌摩擦焊、激光焊接是關(guān)注度最高的研究工藝;鋁合金是關(guān)注度最高的研究材料;殘余應(yīng)力、焊接變形、溫度、硬度、焊接缺陷、疲勞、腐蝕等與焊接接頭性能直接相關(guān)的屬性是主要研究對(duì)象;數(shù)值模擬、熱處理最主要的研究方法。

c.基于關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系，梳理出包含“ 鋁合金攪拌摩擦焊 ”等在內(nèi)的18個(gè)焊接領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。

（4）在基礎(chǔ)研究方面。

基于國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和青年項(xiàng)目分析，在基礎(chǔ)研究方面，有三類重點(diǎn)方向：

a.開發(fā)新的焊接工藝為焊接領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方面，其中電弧焊為基礎(chǔ)的復(fù)合連接技術(shù)為研究熱點(diǎn)。 b.金屬焊接性、高能束焊、釬焊。

c.壓力焊、過程檢測與控制、焊接力學(xué)、微納連接等。

（5）在技術(shù)創(chuàng)新方面。

a.基于CNKI中國專利數(shù)據(jù)庫，我國焊接領(lǐng)域的專利研發(fā)主要集中在焊接裝置和焊接工裝，其次為激光技術(shù)與焊接機(jī)器人。焊接機(jī)器人正成為我國焊接技術(shù)開發(fā)的主流。

b.基于DII專利庫，國際上焊接專利申請重點(diǎn)在焊接設(shè)備、激光焊接或切割、檢測與控制等方面，與我國的焊接研發(fā)方向異曲同工。

c.與日本、美國等焊接制造強(qiáng)國相比，我國焊接存在產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化不足以及企業(yè)創(chuàng)新能力不足的問題。

參考文獻(xiàn)：

李曉延，武傳松，李午申.中國焊接制造領(lǐng)域?qū)W科發(fā)展研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012，48（6）：19-31.

方大勇.現(xiàn)代焊接技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與展望[J].中國設(shè)備工程，2019（5）：206.

黃寧，張亞霄，章朋田，等.機(jī)器人焊接技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J].金屬加工（熱加工），2020（1）：5-7.

陳建華.新型高強(qiáng)裝甲鋼板的抗彈性能及焊接性能研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2017.

羅英，鄭浩，邱天，等.核級(jí)主設(shè)備焊接技術(shù)探討及展望[J].電焊機(jī)，2020，50（9）：194-201.

方堃.海洋石油工程水下焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018，44（9）：31.

陳和興，易江龍.海洋工程焊接技術(shù)現(xiàn)狀與分析[J].中國材料進(jìn)展，2015，34（12）：938-943.

彭蝶，張連華，韓曉輝，等.軌道交通制造焊接技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].金屬加工（熱加工），2020（8）：6-9，13.

G Meschut，V Janzen，T Olfermann. Innovative and highly productive joining technologiesfor multi-material lightweight car body structures[J]. Journal of Materials Engineering and Performance，2014（23）：1515-1523.

宋天虎.開創(chuàng)我國焊接行業(yè)的新局面[J].電焊機(jī)，2020，50（9）：1-35.