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文档简介

1、2022年激光焊接行业发展现状及市场规模分析1. 激光焊接优点突出,渗透率将不断提升激光加工是一种高效、精密的加工方式。得益于光纤激光器较充分的国产化,近年来激光加工在国内快速发展和普及。 “非接触加工”和“高能量密度”是激光加工的重要特点,使得其与传统加工方式相比,有着高效率、高精度、低能 耗、材料变形小、易控制等先天优势。激光加工设备正在对各种传统的加工设备进行广泛替代,如激光打标机替代油 墨喷码机、激光切割机替代火焰切割设备、激光焊接机替代传统焊接设备等。在面板、半导体、锂电等新兴制造业中, 激光设备也得到越来越多的应用。美国科学和技术政策办公室曾有统计,2010 年,美国 GDP 的

2、50%与激光技术的 应用及拓展相关,国内该比例大约在 10%-15%,行业成长空间依然广阔。经过多年的发展,尤其是随着上游激光器等核心零部件的国产化突破,目前国内的激光产业已拥有比较完整的产业链, 从上游的激光芯片、有源光纤、发光晶体,到各类激光器、控制系统,再到各类激光设备,都能在国内找到优秀的供 应商。 作为新兴技术的代表,激光行业过去 10 年表现出明显的成长性。在所有的激光设备中,用于工业加工的比例,大约占 60%。焊接是激光工业应用的主要场景之一,是利用高能量密度 的激光束作为热源的高效、精密的焊接方法。从技术突破的路径上来看,我国激光设备沿着打标、钣金切割、焊接、 微纳加工的方向不

3、断突破,目前打标和钣金切割设备的技术已比较成熟,技术迭代已放缓;焊接和微纳加工,将是激 光加工技术下一个阶段技术迭代的主要方向。相较于激光切割和激光打标来说,激光焊接非标准化属性更加明显,对 加工精度和运动控制的要求也更高,有更深的技术 know-how。我们预计未来我国激光焊接设备行业规模仍将较快速增长,主要依据有以下几点: 第一,作为一种新兴的焊接方式,我国激光焊接的渗透率还很低,提升空间大。根据中国电器工业协会(电焊机分会) 的统计数据,2020 年我国各类电焊机产量为 1109 万台。联赢激光 2020 年的营业收入为 8.78 亿元,而当年我国激 光焊接设备市场规模为 51.2 亿元

4、;根据联赢激光公告,2020 年联赢激光共生产激光器及焊接机共 701 台;若简单假 设联赢激光在激光焊接设备领域的销售额市占率约等于其产(销)量市占率,由此推算 2020 年我国激光焊接设备在 电焊机中的渗透率尚不足 1%。长期来看,随着技术的不断成熟,和核心零部件成本的不断下降,激光焊接的渗透率 将持续提升。第二,相比传统的焊接工艺,激光焊接在精度、效率等方面有显著优势。焊接是最常用的材料连接方式之一,按照加工原理不同,焊接分为熔化焊、压力焊和钎焊: 熔化焊:通过熔化基材表面的部分区域形成熔池,冷却结晶后形成焊缝,用于熔化基材的热源包括乙炔等燃烧气 体、电弧、激光、电子束等;锂电中的激光焊

5、,就属于熔化焊; 钎焊:将低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后,利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊 接方法;按照钎料熔点的高低,分为软钎焊(钎料温度低于 450)、硬钎焊(钎料温度高于 450);用于熔化焊 的热源,通常也可以用于钎焊,除此之外,高温热风、高频电磁感应也可作为钎焊热源; 压力焊:对焊件施加压力,使接合面紧密地接触产生一定的塑性变形而完成焊接的方法,主要包括电阻焊、摩擦焊、 扩散焊、超声波焊等。激光主要用于熔化焊,少数情况下也可作为钎焊的热源,几乎不用于压力焊。相比传统的焊接工艺,激光焊接有以下 特点和优势: (1)适应的材料更广:激光焊接不仅适合于碳钢的焊

6、接,也更加适合铝、铜等有色金属的焊接,尤其是对焊接精度 要求高的薄铝板等材料;基于微纳激光、超快激光等新兴技术,激光焊接甚至可以应用到有机玻璃之间的焊接; (2)更大深宽比:激光焊接功率密度更高,可实现 10 倍以上的深宽比,高功率激光对于厚板的焊接强度较电阻焊更 高; (3)热变形更小:更高的功率密度也使得激光焊接的焊缝更窄,热影响区更小,且由于激光焊接属于非接触式加工, 焊接时热变形更小; (4)焊接质量更高:合适的气体保护下,激光焊缝质量更高,连接强度明显高于电弧焊和电阻焊; (5)更容易实现自动化:激光焊接属于无接触加工,更容易实现自动化。在汽车领域,不少车型以激光焊接作为卖点,如大众

7、、Audi、奔驰等。大众汽车将激光应用到白车身顶部的焊接中, 由于激光焊接近完美的外观和良好的密封性,使得其不用再在焊缝处使用密封条,且焊接强度和在潮湿环境下的使用 寿命显著提升。在动力电池领域,激光焊接也凭借高效、高质量等优点,快速取代了其他焊接手段,成为动力电池生产线的标配设备。 目前动力电池的生产中,使用激光焊接的环节主要包括:中道工艺:极耳的焊接(包括预焊接)、极带的点焊接、电芯入壳的预焊、外壳顶盖密封焊接、注液口密封焊接 等;后道工艺:包括电池 PACK 模组时的连接片焊接,以及模组后的盖板上的防爆阀焊接等。第三,激光焊接的性价比在逐渐提升。从成本角度来看,激光焊接一次性的设备购置成

8、本大,是制约激光焊接渗透率 提升的重要原因。焊接效率方面,激光焊显著优于电阻焊:激光焊的焊接速度可达 5m/min,电阻焊为0.5m/min。理想情况下,一台激光焊接机器人,在效率上等同于 10 台电阻焊机器人;耗材成本,电阻焊明显高于激光焊:电阻焊需要消耗包括伺服电机、电极杆、汇流排、刀具等耗材,平均每 1 万个电阻焊点需要80元耗材成本,而激光焊使用耗材极少,主要为保护镜片。制造一个汽车白车身,一般需要 1000-5000 个焊点。假设工厂每年生产白车身 6 万台,每台车上 3000个焊点,则白车身工厂每年产生 1.8 亿个焊点,如果这些焊点均由电阻焊产生,则对应耗材成本144万元,平均到

9、每台电阻焊机器人上约为7024元(台年)/ 。一次购置成本,激光焊接设备明显高于电阻焊。根据海关数据,2014-2022 年间我国进口的激光焊接机器人平均 单价为 19.6 万美元/台,大约是电阻焊机器人的 3 倍左右,是电弧焊机器人的 2 倍左右。实际操作中,布局激光 焊接机器人的成本也更高。假设设备 10 年折旧,每台激光焊接机器人和电阻焊机器人年折旧成本分别为 1.96 万 美元/(台年)、0.63 万美元/(台年),两者相差 1.33 万美元(台年),该数值仍远高于前述的每台电阻 焊每年产生的耗材成本 7024 元/(台年)。总的来说,在汽车白车身的焊接中,激光焊接的成本仍高于电阻焊。

10、但另一方面,由于激光器等零部件的不断国产化, 激光焊接设备的国产化也迎来黄金时期,成本有较大的下降空间,预计激光焊接的渗透率将随性价比而提升。2. 2025 年激光焊接设备市场有望超过 300 亿,锂电发展仍是主要驱动力我们通过拆分激光焊接设备在动力锂电、消费电子、汽车及零部件等行业的需求,对未来我国激光焊机设备行业规模 进行了估算,预计到 2025 年,我国激光焊接设备市场有望突破 300 亿元。 (1)动力电池行业: 近两年,新能源汽车销量快速提升,消费者认可度越来越高,预计 2022 年新能源乘用车销售渗透率接近 20%,与此 同时,中游动力电池厂商全力扩产,带动了各类设备的需求。(2)

11、消费电子行业: 消费电子的终端下游包括智能手机、手提电脑、可穿戴设备等,前两者当前已是存量市场,可穿戴设备预计 22 年仍 然增速可观。我们预计 2225 年,我国计算机、通信和其他电子设备的设备购置投资额的同比增速均为 10%。此外, 预计中国消费电子行业的设备购置投资额中,有 3%的比例为激光加工设备,并假设其中 5%的设备为激光焊接设备, 做此估算的依据是,通过比对大族激光的小功率激光设备的销售额和苹果公司的 capex,二者比例大约在 3%5%之 间。最终估算,2022 年全球消费电池激光焊接设备需求量为 16.3 亿元,2025 年达 31.9 亿元,行业整体稳步增长。(3)汽车行业: 激光焊接在整车制造和汽车零部件制造中,都有应用。在整车制造中,激光焊应用于车身底板、侧围车架、车顶、车 门及车身总成,及大型车身覆盖件的焊装中。整车白车身制造中,一般会用到激光飞行焊(利用激光机器人扫描焊接, 机器人携带的激光工作头通过振镜高速扫描,实现零接触焊接)、激光填丝熔焊(工前纵梁总成)和激光钎焊(加工 轿车门尾)。相较于传统焊接,激光焊更适合于铝材的焊接,在汽车轻量化的路线越发清晰的背景下,全钢车身的乘 用车逐步被钢铝车身的乘用车替代,全铝车身(一般并非 100%的全铝制)、铝+碳纤维材质的车也有望陆续推广, 有助于激光焊渗透率的提升。焊装是汽车加工制造的四大

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