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激光焊接是以高能束激光照射工件,使工作温度急剧升高,工件熔化并重新连接形成永久连接的过程。激光焊接工艺相较于其他焊接工艺,具有速度快、变形小、对焊接环境要求不高、功率密度大、不受磁场的影响、不局限于导电材料、不需要真空的工作条件并且焊接过程中不产生X射线等优势,被广泛应用于高端精密制造领域。
分析认为,未来激光焊接设备的市场规模成长性可观,理由主要有以下三点:
(1)激光焊接相比传统的焊接工艺,在精度、效率等方面有显著优势,未来在焊接领域的渗透率有望不断提升。与传统的电阻焊、电弧焊、电子束焊等焊接工艺相比,激光焊适应的材料更广,熔深更深,热变形更小,焊接质量更高。
(2)激光器等核心部件价格持续下降,激光焊接设备的性价比将逐步凸显。与传统类型的焊接设备相比,激光焊接设备的价格较高,在一定程度上影响了激光焊接设备的推广。以各类型的焊接机器人为例,2019年我国激光焊接机器人、电弧焊接机器人、电阻焊接机器人的平均进口价格分别为43.6万美元/台套、17.3万美元/台套、8.9万美元/台套(焊接机器人的单价,往往高于其他形式的焊接设备)。激光焊接设备的价格较高主要与三个原因有关:
a)激光焊接设备往往应用于更高端的领域,因更好的焊接质量享受更高的溢价;
b)激光焊接设备的核心零部件激光器价格较高,且与之相配套的电源、数控系统等,更加精密复杂;
c)激光焊接设备中定制化产品的比例,较电阻焊更高。
近年来,激光设备的核心零部件激光器、数控系统等均在快速的国产化,价格快速下降。以光纤激光器为例,2019年我国低、中、高功率的光纤激光器的国产化率分别达到了98.81%、57.76%、55.56%;相应的,各功率段光纤激光器的价格,在过去10年内经历了快速的下降,2012年我国3000W的光纤激光器均价为150万元/台,而2018年仅为约40万元/台,而据调研,2020年已下降到25万元左右。
(3)电动汽车等新兴产业的发展,为激光焊接渗透率提升带来了持续的动力。以联赢激光为例,2019年其营业收入为10.11亿元,其中77.99%来自动力电池制造领域。激光焊接作为一种高精密的焊接方式,是动力电池制造过程中的首选,已经成为动力电池生产线的标配设备。目前动力锂电池的生产中,使用激光焊接的环节主要包括:
a)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;
b)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。这些焊接设备通常是一个完整装配线的一部分。
世界制造业格局重塑,我国政府提出“中国制造 2025”,明确指出中国制造业升级的方向,以工业生产自动化、信息化为主线,提高工艺水平和产品质量,推进智能制造、绿色制造。为促进产业结构调整升级,政府出台多项相关政策和措施,积极引导工业自动化发展,国家政策红利凸显。随着我国于2015年成为新能源汽车销售第一大国,国内新能源汽车生产与锂电池行业迅猛发展,特别是新能源汽车的生产高度自动化,对于激光焊接技术具有天然的契合度。2019年我国新能源汽车保有量达到381万台,充电桩数量达到122万个,呈现出高速增长态势。随着新能源汽车数量的增加,汽车的生产、保养、回收等一系列流程势必向高度智能化转变,预计仅在动力电池领域未来新增市场规模就将超过20亿元。数据显示,2013年-2019年间我国激光焊接设备的市场规模从15.6亿元一路上涨至101.3亿元。在汽车行业的主要应用工艺主要包括不等厚板的激光拼焊、车身总成与分总成的激光组焊、汽车零部件的激光焊接。而在动力电池领域的防爆阀密封焊接、极耳焊接、软连接焊接、安全帽点焊、电池壳体密封焊接、模组及PACK 焊接等工序,都以激光焊接为最佳工艺。
中金企信国际咨询公布《2021-2027年中国激光焊接设备行业市场研究及投资可行性研究报告》
在汽车激光焊接设备领域,目前国内的主要生产线大部分市场份额都是被瑞士ABB、德国 KUKA、日本Fanuc、意大利COMAU等工业自动化企业垄断,因此我国汽车激光焊接主要是份额也是被上述企业占据。目前,我国汽车激光焊接领域技术实力较强的企业主要包括华工科技、大族激光和联赢激光,而国内企业主要的下游客户以五金家电与消费电子领域居多。动力电池激光焊接企业主要包括联赢激光、大族激光、华工科技、天弘激光和逸飞激光等,联赢激光作为我国动力电池激光焊接龙头企业,下游客户包括宁德时代、国轩高科、比亚迪、亿纬锂能、松下、三星、中航动力等国内外动力电池龙头企业。
目前激光焊接技术在工业领域的激光应用市场中占比并不高,但是激光焊接可广泛用于动力电池行业、光通信行业以及微电子行业等,而5G技术和新能源技术的跨越式发展是激光焊接市场快速扩展的底气。从目前激光焊接行业的发展状况来看,未来市场主流的激光焊接设备一类是光纤耦合的高光束质量、高功率的半导体激光器,随着市场占有量的增加,成本核算的降低,此种激光器及其打标、切割、焊接、再制造设备管理将会得到迅速普及。二类是光纤激光器和碟片激光器,这两种激光器将开拓厚钢板的激光焊接市场和高速的薄板焊接市场。三类是高功率皮秒和飞秒激光器,此种激光器将进一步拓展激光精密微加工的市场空间,完成以前传统加工工具不能完成的任务。