2022年超聲波焊接設備行業市場供需規模格局分析及應用前景研究預測

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超聲波是一種頻率高于20kHz的聲波。超聲波方向性好，反射能力強，易于獲得較集中的聲能。超聲波可用于焊接、裁切、測距、測速、清洗、碎石、殺菌消毒等，在工業、醫學、軍事、農業上應用廣泛。超聲波技術是一門以物理、電子、機械及材料學為基礎的通用技術，世界各國十分重視超聲波技術在現代工業、醫學、軍事、農業、食品等領域中的應用研究。

超聲波技術應用十分廣泛。在金屬焊接領域，超聲波技術可應用于動力電池極耳的焊接、IGBT功率模塊引腳和鍍銅基板之間的焊接、汽車線束焊接等；在無紡布焊接領域，超聲波焊接設備可用于口罩、一次性衛生用品等無紡布的焊接；在橡膠裁切領域，超聲波技術可用于輪胎生產過程中的膠料裁切；在工業清洗領域，超聲波可用于機械零件、電子元件，光學部件等精密零部件的清洗；在噴涂領域，超聲波噴涂可用于精密噴涂、納米材料制備、太陽能應用、LED、燃料電池、半導體器件、噴霧干燥、納米涂層、PCB制造等領域；在醫療領域，超聲波可用于制造超聲波手術刀和實現超聲波醫療美容；在食品領域，超聲波用于食品切割、輔助提取、殺菌、乳化等。

超聲波焊接、裁切的技術原理是利用超聲波發生器產生超聲頻率電信號，再由換能器利用逆壓電效應使之轉換成彈性機械動能，并通過聲學系統向材料輸入能量，實現對材料的焊接或裁切。對于超聲波金屬焊接而言，通過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產生溫升和塑性變形而最終連接在一起。超聲波金屬焊接相較于超聲波裁切有更高的精度、更高的功率容量要求，因此對超聲系統和聲學結構等組件的要求更加嚴苛，使得超聲波金屬焊接具有更高的技術壁壘。

中金企信國際咨詢公布的《2022-2028年中國超聲波焊接設備市場競爭策略及投資可行性研究報告》

（1）超聲波焊接行業概述：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。

1）超聲波焊接同其他焊接技術的對比：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。在塑料焊接方面，具有以下幾點優勢：其一，焊接速度快，焊接強度高、密封性好；其二，取代傳統的焊接、粘接工藝，成本低廉，清潔無污染且不會損傷工件；其三，焊接過程穩定，所有焊接參數均可通過軟件系統進行跟蹤監控，一旦發現故障很容易進行排除和維護等優點。

超聲波焊接技術同其他焊接技術的對比分析

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2）超聲波金屬焊接在動力電池生產領域的應用：超聲波金屬焊接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。

一套典型的超聲波金屬焊接系統包括：發生器（將工頻交流電轉換為超聲頻電信號）、換能器（將超聲頻電信號轉換為機械振動）、調幅器（將換能器端輸出的振幅進行調整）、焊頭（將調幅器端的振幅進一步放大，傳遞到焊件表面）、底模（即焊座，支撐焊件）。超聲波金屬焊接時，焊接溫度遠低于材料的熔點，是一種固相連接的方法，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分析

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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。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。其中電芯制造屬于前段工藝，包括制作電池正負極片；中段工藝為電芯裝配，包括電芯卷繞/疊片、極耳焊接，入殼封裝和電芯注液；電芯檢測和組裝后段工藝，包括化成分容、檢測、成組、PACK工序。

鋰電設備生產流程分析

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3）超聲波焊接在鋰電池極耳焊接環節具有不可替代性：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。

超聲波金屬焊接在動力電池裝配過程中的典型運用是在極耳焊接環節。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。動力電池需要有良好的導流能力，如果內阻過大，電池使用過程中發熱增加，會存在安全隱患。超聲波金屬焊接是固相連接，焊接過程中發熱量小，焊后內阻小，是動力電池電芯生產裝配流程中的必要設備，尤其適用于多層極耳焊接。在多層極耳焊接中，若采用激光焊接，不僅對層與層之間的致密性要求比較嚴格，而且焊接發熱量較大，容易將極耳擊穿，還會產生金屬化合物，降低傳導效率，對電池性能造成不利影響，而超聲波焊接能夠克服激光焊接的上述不足，在動力電池生產線中具有不可替代的作用。

綜上所述，由于超聲波焊接具有近冷態焊接、焊接導電性好、電阻系數低、焊接速度快、焊接穩定性高、焊接程序簡單、焊接精度高等優點，更適用于銅、鋁、錫、鎳、金、銀、鉬等有色金屬材料薄板、細棒、絲、片、帶等的瞬間焊接。動力電池極耳的焊接對焊接電阻、焊接精度、焊接穩定性等要求均很高，目前超聲波焊接已成為動力電池極耳焊接的最佳焊接方式。

4）超聲波焊接技術在線束領域應用廣泛：線束是指電路中連接各電器設備的接線部件，由絕緣護套、接線端子、導線及絕緣包扎材料等組成。線束多用在各種精密電子設備，如汽車電路，電腦主板電路，家用電器電路等，其中汽車線束是線束的重要應用領域。超聲波焊接利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的線束工件表面，在加壓的情況下，使兩個線束工件表面相互摩擦固相連接在一起，具有快速、節能、熔合強度高、導電性好、無火花、接近冷態加工等特點。

汽車線束焊接目前生產工藝主要有壓接和超聲波焊接兩類。其中壓接技術利用端子將多股電線壓在一起形成接頭，由于壓接工藝存在金屬沖壓反彈風險且易在線束內部形成空洞，惡劣工況下還存在氧化和生銹風險，導致壓接位置的電阻系數提升、導電性降低，使線路中信號與電流的傳輸受到影響，從而使電子設備以及汽車中其他電器無法正常運行。超聲波焊接是利用超聲波振動所產生的物理效應將線頭結合起來，提升了焊接位置的密實度，有利于防止截面空洞問題，保證線束的導電性，使整個電器系統的運行更順暢、更穩定。其次，超聲波焊接電阻系數接近于零，具有非常強的導電性的同時還能減少與電阻接觸過程中導致的熱量堆積，從而防止線束局部位置溫度過高引起線束燒毀。

5）超聲波焊接在IGBT領域的應用不斷加深：IGBT即絕緣柵雙極型晶體管，是能源變換與傳輸的核心器件，俗稱電力電子裝置的“CPU”，作為國家戰略性新興產業，在軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領域應用極廣。IGBT作為重要的電力電子的核心器件，其可靠性是決定整個裝置安全運行的最重要的因素。IGBT模塊的功率導電端子需要承載數百安培的大電流，對電導率和熱導率有較高的要求，而汽車中的IGBT還要承受一定的振動和沖擊力，對機械強度要求高，故IGBT導電端子的焊接技術工藝要求十分高。個IGBT模塊通常需要經過貼片、焊接、等離子清洗、X光檢測、鍵合、灌膠固化、成型、測試、打標共9道工藝后才能投放到市場。其中焊接工藝中焊接質量直接影響功率模塊的可靠性及使用壽命。傳統的錫焊工藝雖然工藝簡單，操作簡便，但存在易氧化，且焊接過程中釋放有毒氣體，環保性差等缺點，而超聲波焊接則能解決上述問題，同時具備焊接效率更高、低電阻、無需助焊劑、無火花、更安全高效、焊接效果更好等優點。

IGBT模塊封裝測試生產流程圖

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超聲波焊接是一種很適合IGBT導電端子焊接的工藝，由于超聲波焊接采用高頻超聲能量使金屬原子在兩種材料界面間相互擴散，最終形成一種高強度鍵合界，工藝簡單快捷、接觸電阻低、鍵合強度較高，更好的滿足了IGBT導電端子對低電阻、高強度的要求。隨著超聲波焊接技術的不斷發展，IGBT領域的應用不斷加深。

6）超聲波焊接在非金屬領域的應用：非金屬超聲波塑料焊接是一種快捷、干凈、可靠的焊接工藝。目前典型的非金屬焊接以塑料焊接和無紡布焊接為主。

當代社會，各種塑料制品已滲透到人們日常生活的各個領域，同時也被廣泛應用到航空、船舶、汽車、電器、包裝、玩具、電子、紡織等行業。然而由于注塑工藝的限制，在相當一部分形狀復雜的塑料制品不能一次注塑成型，因此需要粘接，而沿用多年的塑料粘接和熱合工藝較為落后，不僅效率低，而且粘接劑還有一定的毒性，引起環境污染和勞動保護等問題。傳統的粘接工藝已不能適應現代塑料工業的發展需要，于是超聲波塑料焊接以其高效、優質、美觀、節能、安全等優越性被廣泛應用。超聲波在焊接塑料制品時，既不要添加任何粘接劑、填料或溶劑，也不消耗大量熱源，具有操作簡便、焊接速度快、焊接強度高、生產效率高等優點。

隨著熱塑性塑料及其復合材料的廣泛應用，超聲波焊接技術進一步拓寬應用范圍，已充分應用在口罩、紙尿褲等無紡布市場。無紡布又稱為“非織造布”，亦稱為“不織布、針刺棉、針刺無紡布”，是一種不需要經過紡紗和織布工序就能形成的織物。無紡布具有防潮、透氣、柔韌、質輕、阻燃、無毒無味、價格低廉、可循環再用等特點，可用于不同行業，如農用薄膜、制鞋、制革、床墊、裝飾、化工、印刷、醫療、汽車、建材、家具等領域。超聲波焊接在無紡布市場的應用是利用超聲波技術完成對口罩、紙尿褲等產品的打片成型、封口、封邊、耳帶焊接等工序。超聲波焊接技術相比其他傳統工藝（如膠粘、電燙合或熱融合等），具有生產效率高、焊接質量好、環保節能等顯著優點，目前在無紡布領域有著廣泛的市場應用。

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