机械：一周解一惑系列：超声波焊接需求放量，国产化进展加速

本周关注：精测电子、长川科技、郑煤机 本周核心观点：当前人形机器人、新能源行业新技术、新工艺层出不穷，需关注技术变化带来的设备需求。 超声波技术：下游广阔，适用精细微处理领域。超声波是一种频率高于20kHz的声波。超声波方向性好，反射能力强，易于获得较集中的声能。超声波在工业领域的应用主要包括超声波焊接、裁切、清洗、喷涂。超声波金属焊接：1）焊接材料不熔融，近冷态焊接；2）焊接后导电性好，电阻系数极低；3）对焊接金属表面要求低，氧化或电镀均可焊接；4）焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料；5）焊接无火花，环保安全等。超声波塑料焊接：1）焊接速度快，焊接强度高、密封性好；2）取代传统的焊接、粘接工艺，成本低廉，清洁无污染且不会损伤工件；3）焊接过程稳定，所有焊接参数均可通过软件系统进行跟踪监控，一旦发现故障很容易进行排除和维护等。超声波裁切具有切口光滑、牢靠，切边准确，不会变形，不翘边、起毛、抽丝、皱折等优点。 2025年，动力电池多层极耳焊接+复合集流体焊接+高压线束焊接+IGBT导电端子焊接合计年需求金额约40-50亿元。1）动力电池多层极耳焊接：假设2022-2025年间下游动力电池企业保持匀速扩产，每年对于动力电池极耳焊接的超声波焊接设备及其配件的市场需求将达10亿元以上且逐年提升至接近20亿元；2）复合集流体焊接：单条产线对滚焊设备的需求数量是极耳超声焊接设备的3倍左右，假设2025年复合集流体电池渗透率为10%，则对应市场规模为11.6亿元，未来若复合集流体电池大面积推广，则将对超声波滚焊机带来庞大的市场需求；3）线束焊接：到2025年汽车线束超声波焊接机的存量市场规模将达到9.89亿元。假设下游行业以匀速扩产且设备寿命按3-5年计算，汽车线束超声波焊接设备至2025年的每年新增市场需求可达2亿元-3亿元，若考虑焊头、底模等耗材配件的市场需求，2025年近10亿元的存量市场规模将带来1亿元-2亿元的配件需求，2025年当年线束焊接设备及主要配件的新增市场需求可达3-5亿元；4）IGBT导电端子焊接：假设到2025年在封装工艺中采用超声波金属焊接技术的比例分别为30%、50%和70%，2025年IGBT超声波焊接设备（不考虑配件）的存量市场规模分别为7-10亿元、12亿元-17亿元和16亿元-23亿元左右。同时假设下游行业以匀速扩产且设备寿命按3-5年计算，IGBT超声波焊接设备至2025年每年的新增设备需求（不考虑配件）分别大约为1.5-3亿元、2.5-5亿元、3.5-7.5亿元。我们假设配件更新占保有量价值的20%-30%，则2025年更换需求市场空间约为4.0-5.8亿元。 骄成超声为代表的的国内企业崛起。行业内主要外资企业有必能信、泰索迡克、Sonics，国内企业有骄成超声、新栋力、科普等。其中必能信是行业内实力较强的外资企业，拥有应用于各类领域的超声波系列产品；泰索迡克和Sonics在国内动力电池金属焊接和裁切设备领域拥有一定的市场份额；骄成超声在超声波焊接与裁切领域，是国内超声波设备行业少数能够参与国际竞争的企业，打破了高端动力电池极耳焊接市场、全套轮胎超声波裁切设备由外资产商垄断的局面。 投资建议：建议关注优质国内设备企业骄成超声。 风险提示：复合集流体渗透率提升速度低于预期风险，超声波焊接替代外资进度低于预期风险，动力电池车渗透率提升速度低于预期风险。 1超声波技术：适用精细微处理领域 超声波是一种频率高于20kHz的声波。超声波方向性好，反射能力强，易于获得较集中的声能。超声波技术一般包括功率超声和检测超声，其中功率超声技术是以物理、机械振动、电子材料等学科为基础，通过超声波能量使物体或物体性质某些状态发生变化的应用技术；检测超声则是利用超声波技术来进行检测工作。 图1：功率超声技术应用领域 1.1超声波焊接：无需介质，无高温产生 一套典型的超声波金属焊接系统包括：发生器（将工频交流电转换为超声频电信号）、换能器（将超声频电信号转换为机械振动）、调幅器（将换能器端输出的振幅进行调整）、焊头（将调幅器端的振幅进一步放大，传递到焊件表面）、底模（即焊座，支撑焊件）。 超声波金属焊接是固相焊接技术，焊接过程中达不到金属材料的熔点，其过程是将焊件置于焊座上，焊头在压力作用下在焊件表面来回高频振动摩擦，焊件界面间氧化物或污染被破坏挤走，从而形成纯净金属之间的接触，在高频超声摩擦的作用下，接触的金属发生塑性变形及流动，形成局部连接区域；随着超声能量的持续增加，金属塑性流动进一步增强，局部连接区域不断扩展融合，进而形成焊接接头。其既可以焊接同种材料，也可以焊接异种材料，特别适合焊接一些较软的和高导热性的材料，如铝、铜、镍等。 超声波非金属焊接是熔化焊技术，其利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦，局部产生高温，达到材料熔点，形成分子层之间的熔合。 图2：超声波金属焊接基本原理示意图 图3：超声波塑料焊接基本原理示意图 超声波焊接技术同其他焊接技术对比优势： 超声波金属焊接：1、焊接材料不熔融，近冷态焊接；2、焊接后导电性好，电阻系数极低； 3、对焊接金属表面要求低，氧化或电镀均可焊接；4、焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料；5、焊接无火花，环保安全等。 超声波塑料焊接：1、焊接速度快，焊接强度高、密封性好；2、取代传统的焊接、粘接工艺，成本低廉，清洁无污染且不会损伤工件；3、焊接过程稳定，所有焊接参数均可通过软件系统进行跟踪监控，一旦发现故障很容易进行排除和维护等。 表1：超声波焊接技术同其他焊接技术的对比 1.2超声波裁切：精细裁切，无变形无高温 超声波裁切是将超声振动传递到裁切刀，裁切刀将接收到的振动能量传递到待切割工件的切割面，在该区域，振动能量通过激活材料分子能，打开分子链的方式对材料进行切割，典型的应用是橡胶轮胎切割。轮胎生产工艺流程主要分为密炼、胶部件准备、成型、硫化、最终检测、轮胎测试六个工序。超声波裁切设备是胶部件准备工序中帘布裁断工段的重要工艺设备，设备性能直接关系到轮胎产品的质量，是保障轮胎产品高效安全可靠生产的重要设备。 图4：超声波裁切基本原理示意图 图5：骄成超声20kHz轮胎裁切系统 超声波裁切具有切口光滑、牢靠，切边准确，不会变形，不翘边、起毛、抽丝、皱折等优点。 传统轮胎切割的加工方法有热刀和圆盘刀，其与超声波裁切的技术对比如下： 表2：传统热刀、圆盘刀与超声波裁切的对比 2动力电池+线束+IGBT，超声波焊接市场广阔 2.1动力电池多层极耳焊接优势显著，2025年空间约20亿元 2.1.1超声波焊接在动力电池多层极耳焊接环节中拥有绝对优势 由于动力电池生产过程的工序复杂性、材料特殊性与多元性、工艺参数敏感性与高标准，生产制造设备的技术先进性成为动力电池设备的关键因素。在动力电池装配制造过程中有大量的焊接接头，当焊接接头强度不足时，将造成电池组内部电阻增大，不能有效供电；当焊接过度时，焊接热量过大，电池芯和电极盖将被焊穿，容易造成电解液泄漏和电池组电路短路，造成电池报废。因此，接头焊接质量对电池组的性能可靠性起着决定性的作用。 目前，动力电池焊接最常见的技术路线为激光焊接和超声波焊接，两者的焊接原理、技术特点、优劣势有所不同，分别应用在电池生产的不同环节。 图6：超声波焊接与激光焊接应用环节 图7：常见方壳电池极耳焊接中超声波焊接与激光焊接 以锂电池为例，其生产工艺流程分为电芯制造、电芯装配、电芯检测和电池组装4个环节。 其中超声波金属焊接设备，主要应用在电芯中段的极耳焊接环节。动力电池极耳是从动力电池电芯中将正负极引出来的金属导电体，动力电池的电芯一般通过卷绕或叠片工艺而成，每层电芯箔片伸出一层极耳箔片，卷绕或叠片完成后多层极耳箔材会贴合对齐在一起，一般正极为多层铝箔片，负极为多层铜箔片。极耳焊接是指将多层极耳箔片和连接片焊接在一起，其中，正极连接片材料一般为铝，而负极连接片材料，方形电池通常为铜，软包电池通常为镍或铜镀镍。 图8：锂电池生产环节 在多层极耳焊接工艺上，如果采用激光焊接，其在对电芯的潜在风险和焊后内阻等电池性能参数上，以及对极耳状态要求、焊接成本、焊接效率上，相较超声焊接均存在劣势。成本和效率随着激光技术的发展可能会得以改善，但是其他方面的劣势难以解决，因此，超声波焊接在多层极耳焊接的环节中具有难以被取代的地位。 综上所述，在锂电池极耳焊接环节对于超声波焊接设备和激光焊接设备均存在需求，但两者的应用领域不存在重叠，在多层极耳焊接环节中，超声波焊接拥有难以替代的优势。 2.1.22025年动力电池超声极耳波焊接市场将达到20亿元 锂电池根据下游应用可以分为消费、动力和储能锂电池。其中消费锂电池主要应用在3C数码电子领域；储能电池应用在通信基站等领域；而动力电池广泛应用于新能源汽车领域，市场空间广阔。 表3：锂电池分类应用 超声波金属焊接作为一种优质、高效、低耗、清洁的固相连接技术，适用于铝、铜等高导电、导热材料的连接，相较于激光焊接、传统电弧焊、电阻焊，具有焊接效果好、焊接稳定性高、焊接电阻率低、更节能环保等优势，是锂电焊接工艺环节中不可替代的一环。 锂电电芯设备市场规模持续增长，中国已经占据全球市场的半壁江山。根据起点研究院（SPIR）和高工锂电统计，2021年全球锂电电芯设备市场规模为792亿元，其中中国锂电电芯设备规模500亿元，占比63.13%，且到2025年，全球锂电电芯设备市场规模将达到2990亿元。未来随着政府支持政策的继续推行、新能源技术的深入发展以及市场认可度的逐步提高，下游动力电池需求将不断增长，也将为超声波焊接设备市场的快速发展带来强大发展动力。 图9：锂电电芯设备市场规模及预测 新能源汽车行业发展前景广阔，驱动动力电池需求增长。国内：近年来我国新能源汽车市场高速发展，全国销量由2010年的0.5万辆增长至2021年352.1万辆，占全国汽车总销量约13.4%，预计到2025年增长至637.9万辆。根据我国工信部等起草的《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》，规划到2025年新能源汽车销量将占当年汽车总销量的20%，并在2030年销量占比达到40%。海外：根据国际能源署统计，2020年全球汽车销量规模最大的20家汽车OEM制造商中，有18家宣布增加电动化汽车车型和扩产计划，各车企大部分设定了电动化销售目标。全球汽车消费量的市场均有望实现快速电动化，动力电池产能缺口将在未来中长期较为紧缺。中国和全球新能源汽车的快速发展，将推动我国锂电池生产规模和出口规模的不断扩大。 龙头动力电池企业装机量和产能不断扩大，带来庞大的设备采购需求。根据SNEResearch发布的全球动力电池装机量数据显示，2021年全球动力电池装机量达到296.8GWh，宁德时代、LG新能源、松下占据全球前三的市场装机量，其中宁德时代全年装机量96.7GWh，同比增长167.1%，已连续5年占据全球龙头地位。就国内市场而言，2016年至2021年，我国动力电池装机量从28.2GWh增长到154.5GWh，出货量由30.8GWh增长到220.0GWh，年复合增长率48.2%。全球动力电池市场保持快速增长势头，将进一步促进超声波焊接设备市场的壮大发展。 图10：中国新能源汽车销量 图11：我国动力电池出货量和装机量 随着动力电池市场规模的不断扩大，以宁德时代为首的动力电池企业产能将持续扩张。宁德时代、LG化学、比亚迪、松下、三星SDI、韩国SKI、国轩高科、亿纬锂能、孚能科技等头部企业均宣布了未来几年加速扩产的计划，动力电池产能将进一步持续扩大。结合对超声波焊接设备的需求情况，对超声波焊接设备的市场空间测算如下： 1）纯电动车用锂电池：依据宁德时代、比亚迪、蜂巢能源、中创新航、国轩高科、亿纬锂能、孚能科技公布的未来投产计划，结合对超声波焊接设备的需求情况，测算纯电动车用锂电池对超声波焊接设备的市场空间，我们预计