行业现状及竞争格局分析：激光焊接

激光焊接是指利用激光的高能量将金属或其他热塑性材料接合在一起的一种加工方式。根据工作原理的不同,适配不同的加工场景,激光焊接可分为热传导焊、深熔焊、复合焊接、激光钎焊和激光传导焊接五种。

图表 1:激光焊接方式的分类

作为一种新型焊接方式,相比其他传统焊接方法,激光焊接具有熔深深、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。

图表 2:激光焊接方式的优点

二、激光焊接应用领域分析

激光焊接具有精确度高、洁净环保、加工材质类型多样、效率高等优势,应用领域广泛。目前,激光焊接已经在动力电池、汽车、消费电子、光通信等领域取得了广泛的应用。

(一)动力电池

锂离子电池或电池组的制作工序非常多,而其中有多道工序,如防爆阀密封焊接、极耳焊接、电池极带点焊、动力电池壳体与盖板密封焊接、模组及PACK焊接等工序,都以激光焊接为最佳工艺。如采用激光焊接可以提高电池防爆阀焊接的效率以及气密性;同时由于激光焊接的光束质量好、焊斑能够做到很小,其在应对高反射率的铝带、铜带以及窄带电池极带的焊接有着独特的优势。

图表 3:激光焊接在动力电池的应用

(二)汽车

激光焊接在汽车制造工艺中的应用主要包括三大类型: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。

激光拼焊是在车身设计制造中,根据车身不同的设计和性能要求,将不同厚度、不同材质、不同或相同性能的板材通过激光裁剪和拼装技术连接成一整体,再经冲压成形为车身某一部件。目前,激光拼焊板已广泛应用在汽车车身的各个部位上,如行李箱加强板、行李箱内板、减震器支座、后轮罩、侧围内板、门内板、前地板、前纵梁、保险杠、横梁、轮罩、B柱连接件、中立柱等。

车身的激光焊接主要分总成焊接、侧围与顶盖的焊接、后续焊,在汽车行业使用激光焊接一方面可以降低汽车的重量,提升汽车机动性能,同时降低油耗;另一方面提升产品的质量和技术先进性。

汽车零部件采用激光焊接具有焊接部位几乎没有变形,焊接速度快,而且不需要焊后热处理等优势。目前激光焊接广泛用到变速器齿轮、气门挺杆、车门铰链、传动轴、转向轴、发动机排气管、离合器、增压器轮轴及底盘等汽车部件的制造中。

(三)微电子行业

近年来,随着电子产业往微型化的方向发展,各类电子元器件的体积日益变小,原有的焊接方式缺点逐渐显露,比如在对光敏、热敏器件或者柔性电板进行加工,会产生元器件损坏,或者焊接效果不达标的情况。在此背景下,激光焊接凭借熔深深、速度快、变形小等优势在传感器封装、集成电子、纽扣电池等微电子加工领域得到了广泛的应用。

三、激光焊接市场发展状况

(一)市场渗透率仍有待提升

激光焊接技术,相较于传统的机械加工技术,有着显著的优势,但在下游行业应用的推广中,仍存在渗透率不足的问题。传统制造业企业,由于传统的生产线与机械器材投放时间较早,且对企业生产起重要的作用,更换较为先进的激光焊接生产线意味着巨大的资金投入,对制造业厂商是一个不小的挑战。故现阶段激光加工设备主要集中在产能需求旺盛、生产扩张明显的几个重要行业领域,如近年来国家大力支持的新能源汽车及动力电池领域,全球范围内消费电子热潮带动的相关零部件加工领域等,其余行业的需求,仍需要更有效地激发。

(二)市场规模稳定增长

激光焊接与激光切割、激光打标共同构成激光技工技术的“三驾马车”。近年来,受益于激光技术进步和激光器价格下降,同时激光焊接设备下游应用的新能源汽车、锂电池、显示面板,手机消费电子等领域需求旺盛,大族激光、华工科技、迅雷激光、联赢激光、逸飞激光等在激光焊接市场如沐春风,营收规模高速增长,推动了国内激光焊接设备市场规模快速增长。根据《2021中国激光产业发展报告》数据显示,2020年中国激光焊接的市场规模达110．5亿元,同比2019年增长9．1%。

图表 4:2014-2020年中国激光焊接市场规模及增速

(三)市场较为分散,竞争格局尚未稳定

从整个激光焊接市场来看,由于区域性和下游离散型制造企业的特点,制造业领域的激光焊接市场难以形成较为集中的竞争格局,整个激光焊接市场较为分散。目前国内从事激光焊接的企业数量超过300余家,主要激光焊接企业有大族激光、华工科技、联赢激光、楚天激光等。

图表 5:激光焊接市场主要参与企业情况

四、激光焊接发展趋势预测

(一)手持激光焊接系统赛道有望进入高速增长期

得益于光纤激光器成本大幅下降,以及光纤传输、手持焊接头的技术逐渐成熟,手持激光焊接系统于近年来逐渐“走红”,部分企业手持激光焊接系统高峰期一个月的出货量已经达到200台,而一些小企业也能做到每月出货20台。与此同时,IPG、大族、锐科等激光领域龙头企业也相继推出了相应手持激光产品。

相比传统氩弧焊接方式,在家电、橱柜、电梯等不规则焊接领域手持激光焊在焊接质量、使用操作、环保安全、使用成本等方面具有明显的优势。以使用成本为例,氩弧焊操作人员属于我国的特种岗位工作人员,需要持证上岗,目前市场上1个成熟焊工的年人工成本不低于8万元,而手持激光焊则可使用普通的操作工,一年人工成本仅5万元,按手持激光焊效率是氩弧焊1倍计算,可节省人工成本11万元。且氩弧焊一般焊后都需要打磨处理,而激光手持焊焊后几乎不需要打磨,或者是只需要轻微打磨,这样又节省一部分打磨工的人力成本。综合来看,手持激光焊机设备的投资回收期在1年左右。以目前全国氩弧焊成百上千万的用量,手持激光焊的替代空间非常巨大,这将使得手持激光焊接系统有望迎来高速增长期。

图表 6:手持激光焊接系统优点

(二)应用领域不断拓展,激光焊接迎来新的发展机遇

激光焊接技术是一种应用定向能量进行非接触加工的新型加工技术,与传统焊接方式有本质区别,可与其他众多技术融合、孕育出新兴技术和产业,这将能够在更多领域替代传统焊接。

随着社会信息化的高速推进,与信息技术相关的微电子以及计算机、通信、消费电子一体化等行业蓬勃发展,并走上元器件不断微型化、集成化的道路。在这个行业背景下,实现微型元器件的制备、连接、封装,并保证产品的高精度、高可靠性是当前急需攻克的难题。由此,高效、高精度、低损伤的焊接技术正逐渐成为支持当代先进制造业发展不可或缺的一环。近年来,激光焊接在动力电池、汽车、消费电子等精细微加工领域和航空发动机、火箭飞行器、汽车发动机等零部件结构高度复杂的尖端科技领域的应用逐渐增多,激光焊接设备迎来了新的发展机遇。