隨著國內新能源汽車產業的不斷發展，汽車行業對于焊接技術的需求也在不斷升級。新能源汽車采用的材料、結構和工藝等方面都與傳統汽車存在差異，因此需要更加高效、環保、經濟的焊接技術來滿足生產需求。在這一背景下，超聲波焊接技術作為一種高效、環保、經濟的焊接方法，正逐漸受到汽車行業的青睞。該技術具有高質量、高效率、低成本、無污染等特點，適用于汽車內飾板、動力電池、電機等部件的生產。

超聲波焊接

超聲波焊接根據焊接對象的不同，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有其獨特的技術優勢。在金屬焊接方面，具有以下幾點優勢：

其一，焊接材料不熔融，近冷態焊接；

其二，焊接后導電性好，電阻系數極低；

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，環保安全等優點。

超聲波金屬焊接是固相焊接技術，焊接過程中達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，接觸的金屬發生塑性變形及流動，形成局部連接區域；隨著超聲能量的持續增加，金屬塑性流動進一步增強，局部連接區域不斷擴展融合，進而形成焊接接頭。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，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，局部產生高溫，達到材料熔點，形成分子層之間的熔合。在汽車內飾板制造中，超聲波焊接技術可以有效地將不同材質的零部件進行連接，比傳統的機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業發展

由于動力電池生產過程的工序復雜性、材料特殊性與多元性、工藝參數敏感性與高標準，生產制造設備的技術先進性成為動力電池設備的關鍵因素。在動力電池裝配制造過程中有大量的焊接接頭，當焊接接頭強度不足時，將造成電池組內部電阻增大，不能有效供電；當焊接過度時，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路線為激光焊接和超聲波焊接，兩者的焊接原理、技術特點、優劣勢有所不同，分別應用在電池生產的不同環節。

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個環節。其中超聲波金屬焊接設備，主要應用在電芯中段的極耳焊接環節。動力電池極耳是從動力電池電芯中將正負極引出來的金屬導電體，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）環節 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險和焊后內阻等電池性能參數上，以及對極耳狀態要求、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的發展可能會得以改善，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節中具有難以被取代的地位。

打破壟斷，國產超聲波技術崛起

超聲波設備制造業是一種技術密集型行業，技術創新是該行業可持續發展的主要驅動力。在全球市場上，由于美國、德國、瑞士等發達國家企業起步早，技術研發積累深厚，因此市場對進口設備的依賴度較大。而近年來，國內企業通過持續的研發積累，不斷突破超聲波技術瓶頸，打破國外在此項技術的壟斷地位。

工博士超聲波焊接汽車內飾板

在功率超聲工業領域，動力電池終焊、線束焊接、輪胎裁切、IGBT端子焊接等技術難度較高；而無紡布焊接、塑料焊接、小線徑線束焊接、工業噴涂、工業清洗等技術難度相對較低。技術難度較高的領域市場主要由外國品牌占據大部分份額，而技術難度較低的領域則有更多的國內外企業參與競爭，市場份額相對分散，競爭激烈。

行業內國外的主要企業為美國必能信和美國Sonics等。必能信在鋰電行業處于主導地位，在國產打破壟斷前，寧德時代、比亞迪、中創新航、國軒高科、蜂巢能源、億緯鋰能、欣旺達、孚能科技等知名鋰電客戶均在量產線上使用必能信的超聲波焊接設備。同時必能信與Sonics在國內動力電池金屬焊接和裁切設備領域也擁有一定市場份額。

而國內的 超聲波設備制造業主要企業為驕成、新棟力和科普等，業務涵蓋動力電池金屬焊接、消費類鋰電池的焊接等領域。其中驕成在超聲波焊接和裁切領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備市場由外資企業壟斷的局面。

超聲波焊接 圖片來源：網絡

根據中國汽車動力電池產業創新聯盟發布的數據顯示，2021年國內動力電池裝機量前十的企業均已采用國產 超聲波設備。疫情的蔓延的情況下，全球產業鏈和供應鏈受到阻礙，國內企業逐漸意識到供應鏈安全的重要性，因此對國產設備的采購需求也在增加。這為具備國產替代能力的優秀國內企業提供了歷史性機遇。國內企業在技術、服務等方面擁有優勢，這將進一步提升超聲波設備的國產化率。未來，隨著國內企業技術的進一步提高，國產超聲波設備的市場份額將持續擴大，領先企業的市場前景十分廣闊。

來源：工博士微信公眾號（ID:gongboshi99）