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超聲波焊接
超聲波焊接根據(jù)焊接對象的不同，主要可分為金屬焊接、塑料焊接等。超聲波焊接相比其他焊接技術(shù)有其獨特的技術(shù)優(yōu)勢。在金屬焊接方面，具有以下幾點優(yōu)勢：
其一，焊接材料不熔融，近冷態(tài)焊接；
其二，焊接后導(dǎo)電性好，電阻系數(shù)極低；
其三，對焊接金屬表面要求低，氧化或電鍍均可焊接；
其四，焊接時間短，不需任何助焊劑、氣體、焊料；
其五，焊接無火花，環(huán)保安全等優(yōu)點。
超聲波金屬焊接是固相焊接技術(shù)，焊接過程中達(dá)不到金屬材料的熔點，其過程是將焊件置于焊座上，焊頭在壓力作用下在焊件表面來回高頻振動摩擦，焊件界面間氧化物或污染被破壞擠走，從而形成純凈金屬之間的接觸，在高頻超聲摩擦的作用下，接觸的金屬發(fā)生塑性變形及流動，形成局部連接區(qū)域；隨著超聲能量的持續(xù)增加，金屬塑性流動進(jìn)一步增強(qiáng)，局部連接區(qū)域不斷擴(kuò)展融合，進(jìn)而形成焊接接頭。其既可以焊接同種材料，也可以焊接異種材料，特別適合焊接一些較軟的和高導(dǎo)熱性的材料，如鋁、銅、鎳等。
超聲波金屬焊接原理圖 資料來源：浙商證券研究所
超聲波非金屬焊接是熔化焊技術(shù)，其利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦，局部產(chǎn)生高溫，達(dá)到材料熔點，形成分子層之間的熔合。在汽車內(nèi)飾板制造中，超聲波焊接技術(shù)可以有效地將不同材質(zhì)的零部件進(jìn)行連接，比傳統(tǒng)的機(jī)械連接方式更加堅固且無需使用額外的輔助材料。
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工博士超聲波非金屬焊接項目
超聲波焊接助力新能源動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展
由于動力電池生產(chǎn)過程的工序復(fù)雜性、材料特殊性與多元性、工藝參數(shù)敏感性與高標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)制造設(shè)備的技術(shù)先進(jìn)性成為動力電池設(shè)備的關(guān)鍵因素。在動力電池裝配制造過程中有大量的焊接接頭，當(dāng)焊接接頭強(qiáng)度不足時，將造成電池組內(nèi)部電阻增大，不能有效供電；當(dāng)焊接過度時，焊接熱量過大，電池芯和電極蓋將被焊穿，容易造成電解液泄漏和電池組電路短路，造成電池報廢。因此，接頭焊接質(zhì)量對電池組的性能可靠性起著決定性的作用。
目前，動力電池焊接最常見的技術(shù)路線為激光焊接和超聲波焊接，兩者的焊接原理、技術(shù)特點、優(yōu)劣勢有所不同，分別應(yīng)用在電池生產(chǎn)的不同環(huán)節(jié)。
超聲波焊接與激光焊接示意圖 資料來源：浙商證券研究所
以鋰電池為例，其生產(chǎn)工藝流程分為電芯制造、電芯裝配、電芯檢測和電池組裝4個環(huán)節(jié)。其中超聲波金屬焊接設(shè)備，主要應(yīng)用在電芯中段的極耳焊接環(huán)節(jié)。動力電池極耳是從動力電池電芯中將正負(fù)極引出來的金屬導(dǎo)電體，動力電池的電芯一般通過卷繞或疊片工藝而成，每層電芯箔片伸出一層極耳箔片，卷繞或疊片完成后多層極耳箔材會貼合對齊在一起，一般正極為多層鋁箔片，負(fù)極為多層銅箔片。極耳焊接是指將多層極耳箔片和連接片焊接在一起，其中，正極連接片材料一般為鋁，而負(fù)極連接片材料，方形電池通常為銅，軟包電池通常為鎳或銅鍍鎳。
鋰電池電芯裝配（中段工藝）環(huán)節(jié) 資料來源：浙商證券研究所
在多層極耳焊接工藝上，如果采用激光焊接，其在對電芯的潛在風(fēng)險和焊后內(nèi)阻等電池性能參數(shù)上，以及對極耳狀態(tài)要求、焊接成本、焊接效率上，相較超聲焊接均存在劣勢。成本和效率隨著激光技術(shù)的發(fā)展可能會得以改善，但是其他方面的劣勢難以解決，因此，超聲波焊接在多層極耳焊接的環(huán)節(jié)中具有難以被取代的地位。
打破壟斷，國產(chǎn)超聲波技術(shù)崛起
超聲波設(shè)備制造業(yè)是一種技術(shù)密集型行業(yè)，技術(shù)創(chuàng)新是該行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要驅(qū)動力。在全球市場上，由于美國、德國、瑞士等發(fā)達(dá)國家企業(yè)起步早，技術(shù)研發(fā)積累深厚，因此市場對進(jìn)口設(shè)備的依賴度較大。而近年來，國內(nèi)企業(yè)通過持續(xù)的研發(fā)積累，不斷突破超聲波技術(shù)瓶頸，打破國外在此項技術(shù)的壟斷地位。
工博士超聲波焊接汽車內(nèi)飾板
在功率超聲工業(yè)領(lǐng)域，動力電池終焊、線束焊接、輪胎裁切、IGBT端子焊接等技術(shù)難度較高；而無紡布焊接、塑料焊接、小線徑線束焊接、工業(yè)噴涂、工業(yè)清洗等技術(shù)難度相對較低。技術(shù)難度較高的領(lǐng)域市場主要由外國品牌占據(jù)大部分份額，而技術(shù)難度較低的領(lǐng)域則有更多的國內(nèi)外企業(yè)參與競爭，市場份額相對分散，競爭激烈。
行業(yè)內(nèi)國外的主要企業(yè)為美國必能信和美國Sonics等。必能信在鋰電行業(yè)處于主導(dǎo)地位，在國產(chǎn)打破壟斷前，寧德時代、比亞迪、中創(chuàng)新航、國軒高科、蜂巢能源、億緯鋰能、欣旺達(dá)、孚能科技等知名鋰電客戶均在量產(chǎn)線上使用必能信的超聲波焊接設(shè)備。同時必能信與Sonics在國內(nèi)動力電池金屬焊接和裁切設(shè)備領(lǐng)域也擁有一定市場份額。
而國內(nèi)的 超聲波設(shè)備制造業(yè)主要企業(yè)為驕成、新棟力和科普等，業(yè)務(wù)涵蓋動力電池金屬焊接、消費類鋰電池的焊接等領(lǐng)域。其中驕成在超聲波焊接和裁切領(lǐng)域打破了高端動力電池極耳焊接市場和全套輪胎超聲波裁切設(shè)備市場由外資企業(yè)壟斷的局面。
超聲波焊接 圖片來源：網(wǎng)絡(luò)
根據(jù)中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年國內(nèi)動力電池裝機(jī)量前十的企業(yè)均已采用國產(chǎn) 超聲波設(shè)備。疫情的蔓延的情況下，全球產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈?zhǔn)艿阶璧K，國內(nèi)企業(yè)逐漸意識到供應(yīng)鏈安全的重要性，因此對國產(chǎn)設(shè)備的采購需求也在增加。這為具備國產(chǎn)替代能力的優(yōu)秀國內(nèi)企業(yè)提供了歷史性機(jī)遇。國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)、服務(wù)等方面擁有優(yōu)勢，這將進(jìn)一步提升超聲波設(shè)備的國產(chǎn)化率。未來，隨著國內(nèi)企業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步提高，國產(chǎn)超聲波設(shè)備的市場份額將持續(xù)擴(kuò)大，領(lǐng)先企業(yè)的市場前景十分廣闊。
來源：工博士微信公眾號（ID:gongboshi99）
