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2022年超声波焊接设备行业市场供需规模格局分析及应用前景研究预测

发布时间:2022-07-06 02:12:03 来源:AG亚娱网站 作者:亚娱真人官网

  原标题:2022年超声波焊接设备行业市场供需规模格局分析及应用前景研究预测

  超声波是一种频率高于20kHz的声波。超声波方向性好,反射能力强,易于获得较集中的声能。超声波可用于焊接、裁切、测距、测速、清洗、碎石、杀菌消毒等,在工业、医学、军事、农业上应用广泛。超声波技术是一门以物理、电子、机械及材料学为基础的通用技术,世界各国十分重视超声波技术在现代工业、医学、军事、农业、食品等领域中的应用研究。

  超声波技术应用十分广泛。在金属焊接领域,超声波技术可应用于动力电池极耳的焊接、IGBT功率模块引脚和镀铜基板之间的焊接、汽车线束焊接等;在无纺布焊接领域,超声波焊接设备可用于口罩、一次性卫生用品等无纺布的焊接;在橡胶裁切领域,超声波技术可用于轮胎生产过程中的胶料裁切;在工业清洗领域,超声波可用于机械零件、电子元件,光学部件等精密零部件的清洗;在喷涂领域,超声波喷涂可用于精密喷涂、纳米材料制备、太阳能应用、LED、燃料电池、半导体器件、喷雾干燥、纳米涂层、PCB制造等领域;在医疗领域,超声波可用于制造超声波手术刀和实现超声波医疗美容;在食品领域,超声波用于食品切割、辅助提取、杀菌、乳化等。

  超声波焊接、裁切的技术原理是利用超声波发生器产生超声频率电信号,再由换能器利用逆压电效应使之转换成弹性机械动能,并通过声学系统向材料输入能量,实现对材料的焊接或裁切。对于超声波金属焊接而言,通过利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面,在加压的情况下,使两个物体表面相互摩擦产生温升和塑性变形而最终连接在一起。超声波金属焊接相较于超声波裁切有更高的精度、更高的功率容量要求,因此对超声系统和声学结构等组件的要求更加严苛,使得超声波金属焊接具有更高的技术壁垒。

  中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国超声波焊接设备市场竞争策略及投资可行性研究报告》

  (1)超声波焊接行业概述:超声波焊接根据焊接对象的不同,主要可分为金属焊接、塑料焊接等。

  1)超声波焊接同其他焊接技术的对比:超声波焊接相比其他焊接技术有其独特的技术优势。在金属焊接方面,具有以下几点优势:其一,焊接材料不熔融,近冷态焊接;其二,焊接后导电性好,电阻系数极低;其三,对焊接金属表面要求低,氧化或电镀均可焊接;其四,焊接时间短,不需任何助焊剂、气体、焊料;其五,焊接无火花,环保安全等优点。在塑料焊接方面,具有以下几点优势:其一,焊接速度快,焊接强度高、密封性好;其二,取代传统的焊接、粘接工艺,成本低廉,清洁无污染且不会损伤工件;其三,焊接过程稳定,所有焊接参数均可通过软件系统进行跟踪监控,一旦发现故障很容易进行排除和维护等优点。

  2)超声波金属焊接在动力电池生产领域的应用:超声波金属焊接是将焊件置于焊座上,焊头在压力作用下在焊件表面来回高频振动摩擦,焊件界面间氧化物或污染被破坏挤走,从而形成纯净金属之间的接触,在高频超声摩擦的作用下,接触的金属发生塑性变形及流动,形成局部连接区域;随着超声能量的持续增加,金属塑性流动进一步增强,局部连接区域不断扩展融合,进而形成焊接接头。

  一套典型的超声波金属焊接系统包括:发生器(将工频交流电转换为超声频电信号)、换能器(将超声频电信号转换为机械振动)、调幅器(将换能器端输出的振幅进行调整)、焊头(将调幅器端的振幅进一步放大,传递到焊件表面)、底模(即焊座,支撑焊件)。超声波金属焊接时,焊接温度远低于材料的熔点,是一种固相连接的方法,其既可以焊接同种材料,也可以焊接异种材料,特别适合焊接一些较软的和高导热性的材料,如铝、铜、镍等。

  由于动力电池生产过程的工序复杂性、材料特殊性与多元性、工艺参数敏感性与高标准,生产制造设备的技术先进性成为动力电池设备的关键因素。以锂电池为例,其生产工艺流程分为电芯制造、电芯装配、电芯检测和电池组装4个环节。其中电芯制造属于前段工艺,包括制作电池正负极片;中段工艺为电芯装配,包括电芯卷绕/叠片、极耳焊接,入壳封装和电芯注液;电芯检测和组装后段工艺,包括化成分容、检测、成组、PACK工序。

  3)超声波焊接在锂电池极耳焊接环节具有不可替代性:在动力电池装配制造过程中有大量的焊接接头,当焊接接头强度不足时,将造成电池组内部电阻增大,不能有效供电;当焊接过度时,焊接热量过大,电池芯和电极盖将被焊穿,容易造成电解液泄漏和电池组电路短路,造成电池报废。因此,接头焊接质量对电池组的性能可靠性起着决定性的作用。

  超声波金属焊接在动力电池装配过程中的典型运用是在极耳焊接环节。动力电池极耳是从动力电池电芯中将正负极引出来的金属导电体,动力电池的电芯一般通过卷绕或叠片工艺而成,每层电芯箔片伸出一层极耳箔片,卷绕或叠片完成后多层极耳箔材会贴合对齐在一起,一般正极为多层铝箔片,负极为多层铜箔片。

  极耳焊接是指将多层极耳箔片和连接片焊接在一起,其中,正极连接片材料一般为铝,而负极连接片材料,方形电池通常为铜,软包电池通常为镍或铜镀镍。动力电池需要有良好的导流能力,如果内阻过大,电池使用过程中发热增加,会存在安全隐患。超声波金属焊接是固相连接,焊接过程中发热量小,焊后内阻小,是动力电池电芯生产装配流程中的必要设备,尤其适用于多层极耳焊接。在多层极耳焊接中,若采用激光焊接,不仅对层与层之间的致密性要求比较严格,而且焊接发热量较大,容易将极耳击穿,还会产生金属化合物,降低传导效率,对电池性能造成不利影响,而超声波焊接能够克服激光焊接的上述不足,在动力电池生产线中具有不可替代的作用。

  综上所述,由于超声波焊接具有近冷态焊接、焊接导电性好、电阻系数低、焊接速度快、焊接稳定性高、焊接程序简单、焊接精度高等优点,更适用于铜、铝、锡、镍、金、银、钼等有色金属材料薄板、细棒、丝、片、带等的瞬间焊接。动力电池极耳的焊接对焊接电阻、焊接精度、焊接稳定性等要求均很高,目前超声波焊接已成为动力电池极耳焊接的最佳焊接方式。

  4)超声波焊接技术在线束领域应用广泛:线束是指电路中连接各电器设备的接线部件,由绝缘护套、接线端子、导线及绝缘包扎材料等组成。线束多用在各种精密电子设备,如汽车电路,电脑主板电路,家用电器电路等,其中汽车线束是线束的重要应用领域。超声波焊接利用高频振动波传递到两个需焊接的线束工件表面,在加压的情况下,使两个线束工件表面相互摩擦固相连接在一起,具有快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工等特点。

  汽车线束焊接目前生产工艺主要有压接和超声波焊接两类。其中压接技术利用端子将多股电线压在一起形成接头,由于压接工艺存在金属冲压反弹风险且易在线束内部形成空洞,恶劣工况下还存在氧化和生锈风险,导致压接位置的电阻系数提升、导电性降低,使线路中信号与电流的传输受到影响,从而使电子设备以及汽车中其他电器无法正常运行。超声波焊接是利用超声波振动所产生的物理效应将线头结合起来,提升了焊接位置的密实度,有利于防止截面空洞问题,保证线束的导电性,使整个电器系统的运行更顺畅、更稳定。其次,超声波焊接电阻系数接近于零,具有非常强的导电性的同时还能减少与电阻接触过程中导致的热量堆积,从而防止线束局部位置温度过高引起线)超声波焊接在IGBT领域的应用不断加深:

  IGBT即绝缘栅双极型晶体管,是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,作为国家战略性新兴产业,在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。IGBT作为重要的电力电子的核心器件,其可靠性是决定整个装置安全运行的最重要的因素。IGBT模块的功率导电端子需要承载数百安培的大电流,对电导率和热导率有较高的要求,而汽车中的IGBT还要承受一定的振动和冲击力,对机械强度要求高,故IGBT导电端子的焊接技术工艺要求十分高。个IGBT模块通常需要经过贴片、焊接、等离子清洗、X光检测、键合、灌胶固化、成型、测试、打标共9道工艺后才能投放到市场。其中焊接工艺中焊接质量直接影响功率模块的可靠性及使用寿命。传统的锡焊工艺虽然工艺简单,操作简便,但存在易氧化,且焊接过程中释放有毒气体,环保性差等缺点,而超声波焊接则能解决上述问题,同时具备焊接效率更高、低电阻、无需助焊剂、无火花、更安全高效、焊接效果更好等优点。

  超声波焊接是一种很适合IGBT导电端子焊接的工艺,由于超声波焊接采用高频超声能量使金属原子在两种材料界面间相互扩散,最终形成一种高强度键合界,工艺简单快捷、接触电阻低、键合强度较高,更好的满足了IGBT导电端子对低电阻、高强度的要求。随着超声波焊接技术的不断发展,IGBT领域的应用不断加深。

  当代社会,各种塑料制品已渗透到人们日常生活的各个领域,同时也被广泛应用到航空、船舶、汽车、电器、包装、玩具、电子、纺织等行业。然而由于注塑工艺的限制,在相当一部分形状复杂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热合工艺较为落后,不仅效率低,而且粘接剂还有一定的毒性,引起环境污染和劳动保护等问题。传统的粘接工艺已不能适应现代塑料工业的发展需要,于是超声波塑料焊接以其高效、优质、美观、节能、安全等优越性被广泛应用。超声波在焊接塑料制品时,既不要添加任何粘接剂、填料或溶剂,也不消耗大量热源,具有操作简便、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高等优点。

  随着热塑性塑料及其复合材料的广泛应用,超声波焊接技术进一步拓宽应用范围,已充分应用在口罩、纸尿裤等无纺布市场。无纺布又称为“非织造布”,亦称为“不织布、针刺棉、针刺无纺布”,是一种不需要经过纺纱和织布工序就能形成的织物。无纺布具有防潮、透气、柔韧、质轻、阻燃、无毒无味、价格低廉、可循环再用等特点,可用于不同行业,如农用薄膜、制鞋、制革、床垫、装饰、化工、印刷、医疗、汽车、建材、家具等领域。超声波焊接在无纺布市场的应用是利用超声波技术完成对口罩、纸尿裤等产品的打片成型、封口、封边、耳带焊接等工序。超声波焊接技术相比其他传统工艺(如胶粘、电烫合或热融合等),具有生产效率高、焊接质量好、环保节能等显著优点,目前在无纺布领域有着广泛的市场应用。

  第五章 2022-2028年中国各地区超声波焊接设备行业运行状况分析及预测