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激光焊接2025年市场规模有望超300亿主要驱动力有哪些?

2022-10-06 05:44:33来源:球王会官网登录 作者:球王会官方网址

  在以往几年中,激光技术迅速发展,激光切割机已经广泛应用于金属加工中,但激光焊接机并没有得到很好的重视。其中一个原因是激光焊接机的市场规模较小,一些从事激光焊接的企业规模都很难做大。但近几年,随着汽车、电池、光通信、电子制造、钣金等几个主要领域对激光焊接需求快速增加,激光焊接的市场规模逐步扩大。

  近些年,随着激光器功率的不断提升和价格的持续下降,更重要的是半导体激光器、光纤激光器逐渐开发了激光焊接应用场景,破除了原来激光焊接的技术瓶颈,扩大了其应用场景,打开新的市场空间。招商证券预测,激光焊接设备行业在2025年市场规模将超300亿,其中动力电池行业将贡献主要增量达到约200亿。

  目前,激光焊接市场的玩家有联赢激光、德国通快、大族激光、华工科技、海目星、逸飞激光等以激光设备为主业的设备供应商,以及锐科激光、创鑫激光、飞博激光等专业的激光器供应商也有少量归为激光焊接设备的产品,如用于焊接的激光器、激光手持焊等。其中,主要玩家还数联赢激光,是国内激光焊接设备行业的领头羊。下面来看看,激光焊接的这条新赛道发展究竟如何?

  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。据《中国激光产业发展报告》统计,2021年全球激光设备销售收入达到210亿美元,其中我国激光设备销售收入达到821亿元,同比增长约18.64%,大约占全球激光设备市场的60%,且自2011年以来,我国激光设备市场规模每年都保持着正增长。我们判断激光加工作为一种新兴的、先进的加工方式,将迎来下一个快速发展的“黄金十年”。

  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。

  据统计,我国的工业激光器中仅12%用于激光焊接(2019年数据),远低于切割的39%。我们预计未来用于焊接的激光器的比例,有望占到20%左右。

  《中国激光产业发展报告》统计,2021年我国激光成套设备销售收入为66.5亿元,同比增长29.88%,占中国激光设备销售总额的8.1%,我们预计未来该占比仍会逐步提升;由于该报告未将应用于汽车行业的激光焊接机器人等统计在内,我们认为国内实际的激光焊接设备市场规模应略高于该值,估计在100亿左右。

  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。2020年我国激光焊接设备市场规模为51.2亿元,其中作为我国激光焊接设备的龙头企业联赢激光当年的年营收为8.7亿元。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:

  :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,就属于熔化焊

  :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;

  :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:

  :激光焊接不仅适合于碳钢的焊接,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;

  :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;

  :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;

  :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;

  在汽车领域,不少车型以激光焊接作为卖点,如大众、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:

  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本大,是制约激光焊接渗透率提升的重要原因。《电焊机》杂志曾有报导对比了北京奔驰C级车制造厂中的激光焊和电阻焊的成本,该厂共配备电阻点焊205套,激光焊接设备2套,对比来看:

  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。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。

  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。

  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22~25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。

  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工艺之一,一般占白车身制造设备投资的30%。当前我国激光焊接在汽车制造中的应用率较低,根据汽车轻量化在线的报告,我国汽车制造过程中的激光焊接应用比例低于10%,全钢车身为2%,钢铝车身为4%,全铝车身约2.5%,铝+碳纤维车身约7.4%。我们估算2020年我国整车制造中的激光焊接应用率为5%,汽车零部件制造中的应用率为3%,并预计未来都将持续提升。最终我们估算,2021年我国乘用车制造过程中的激光焊接设备需求总量为39亿元,2022/2023/2024/2025年的需求量将分别为48.4/55.0/62.6/69.0亿元,同比增长24%/14%/14%/10%。

  随着新能源行业的蓬勃发展,锂电池的需求量急剧增加。当前,全球锂电激光设备市场空间广阔,受益于新一轮动力电池扩产带来的需求红利,激光焊接设备行业将迎来爆发式增长机遇。综合以上对动力电池、消费电子、汽车制造等细分行业激光焊接设备需求的估算,预计2021年激光焊接设备市场规模为130亿元,2025年为301亿元,4年间的复合增长率为23.4%。

  本文摘编自《联赢激光:优势明显的激光焊接设备龙头,股价调整带来配置良机》。