引领超声技术国产替代,骄成超声:复合箔设备等打开成长空间

 

1、骄成超声:精研超声领域15

1.1. 轮胎裁切起家,拓展动力电池焊接

上海骄成超声波技术股份有限公司(简称"骄成超声")自2007年成立以来,一直致力于超声波工业应用产品的研发、设计、生产及销售,公司是国家高新技术企业、上海市"专精特新"企业。


公司经营业务的发展历程可以分为三个阶段:

第一阶段,设立初期产品以超声波裁切配件(裁刀、调幅器)为主,并随着技术积淀实现了向整机销售的业务转变,开发出成套的超声波裁切系统,重点服务于橡胶轮胎领域;

第二阶段,开拓新能源动力电池超声波焊接领域,逐步实现从焊接配件、整机设备到自动化系统的生产与销售;

第三阶段,探索无纺布、线束、半导体IGBT等新行业应用,同时2020年为满足口罩焊接需求,实现无纺布超声波焊接设备的生产销售。

1:骄成超声主营业务的拓展可分为三个阶段


1.2. 产品应用广泛,满足下游多领域需求

经过多年的研发和技术积累,公司构建了完整的超声波技术平台,可根据下游不同行业的需求开发出满足应用要求的各类超声波设备和配件。按照应用领域划分,公司产品主要包括动力电池超声波焊接设备、汽车轮胎超声波裁切设备、其他领域超声波焊接设备、动力电池制造自动化系统、检测及其他设备、配件等。

1:骄成超声产品分类及用途介绍



2:骄成超声产品的主要应用领域


1.3. 管理层技术背景雄厚,员工持股深度绑定公司利益

实控人曾任职必能信,核心技术人员毕业上海交大,团队实力雄厚。公司实际控制人为周宏建,通过个人(14.13%)和阳泰企管平台(19.02%)共计持有骄成超声33.15%的股份。

值得一提的是,实际控制人周宏建曾在骄成超声的主要竞争对手——必能信超声(上海)有限公司任职,此外,作为公司四名核心技术人员,周宏建与石新华、殷万武、孙稳均为上海交通大学机械相关专业的硕士/博士毕业生,彰显了公司雄厚的技术实力,另一方面实控人技术出身也有益于公司把握正确发展方向、保持技术的先进性。

3:骄成超声股权结构图(截止2022930日)


4:实际控制人周宏建的任职经历


2:骄成超声实际控制人及其余三名核心技术人员的基本信息


实施股权激励,设立两大员工持股平台。截止20229月,公司共设有两大员工持股平台,鉴霖企管持有公司股份总数的8.46%,能如企管持有鉴霖企管20.35%的出资份额。股权激励凝聚了公司的核心员工团队,有利于培养及留住人才,促进公司经营业绩持续稳定发展。

3:骄成超声历次股权激励的授予情况



2、业绩成长增速可观,技术附加值推高毛利

2.1.整体经营增速可观,口罩焊接贡献2020年突出业绩

整体经营情况:业绩增速可观,整体发展态势良好。

2018-2021年,公司营业收入CAGR=50.53%、归母扣非净利CAGR=46.16%20221-9月,公司实现营业收入3.88亿元,同比增长43.64%,实现归母扣非净利7144万元,同比增长54.76%


2020年业绩解析:受益防疫物资需求旺盛,拓展口罩焊接大幅增利。

2020年营业收入和归母扣非净利分别同比增长97%1865%,主要原因系2020年初新冠疫情爆发,公司当期的超声波口罩焊接机及配件业务规模大幅增长所致。2021年随着下游需求恢复平稳,公司延续原平稳增长态势。

5:骄成超声各期营业收入情况(单位:百万元)


6:骄成超声各期归母扣非净利情况(单位:百万元)


产品结构变动:重点领域由汽车轮胎转向动力电池,口罩焊接昙花一现。

排除2020年口罩焊接业务骤增的特殊影响后,2018-2021年,公司在动力电池应用领域的产品占比提升:动力电池超声波焊接设备业务占比由32%提升至53%,动力电池制造自动化系统业务占比由6%18%,而在汽车轮胎应用领域的占比明显下降:汽车轮胎超声波裁切设备业务由43%降低至2%

期间口罩焊接业务在2020年贡献营收占比达71%,次年供需矛盾缓和后快速萎缩。公司对产品结构进行及时的调整与优化,体现了管理层对市场动态的敏感性,有利于公司扩大生产适销对路、盈利更高的产品。

7:骄成超声收入结构的变动情况


2.2. 技术附加值推高毛利,波动主要源于产品结构端

毛利率的横向变动分析:2019-2021年,公司主营业务整体毛利率依次45.68%64.18%49.08%

我们认为毛利率的变动一方面或是受动力电池行业整体发展趋势影响的结果,另一方面也可能与自身产品结构的迭代相关。

分产品毛利率的变动趋势来看,动力电池焊接与汽车轮胎裁切设备毛利率保持平稳,略有波动;动力电池制造自动化系统毛利率逐步提升;受2020年疫情对口罩焊接需求提升的影响,其他领域超声波焊接设备毛利先升后降。

其中,汽车轮胎裁切设备业务各期毛利率均最高,构成公司稳定利润来源之一,主要原因有三:

1)技术实力方面,公司是国内较早进入中高端轮胎裁切设备市场的厂商,产品技术指标已达到或超越国际先进的水平,且下游客户多为固特异、优科豪马等国内外知名企业;

2)在行业竞争格局上,公司所定位的中高端轮胎裁切设备技术门槛较高,除必能信及骄成超声以外的新进入者较少,故行业整体毛利率较高;

3)在成本控制方面,骄成超声已实现全套轮胎超声波裁切设备的国产化,而同类部件的自制成本通常低于其外购成本,因此对成本的控制能力较强。

8:骄成超声主要产品及综合毛利率的变动情况


毛利率的纵向同业比较:从同属于新能源锂电池设备供应商及应用于焊接环节的角度,选取联赢激光、大族激光、海目星作为可比公司;从同样采用功率超声技术路线的角度,选取固特超声作为可比公司。从图9可以看出骄成超声主营业务毛利率明显高于可比公司平均水平,我们认为主要原因系产品结构、业务模式、技术难度上的区别。

9:骄成超声与可比公司的主营业务毛利率对比


进一步分产品比较,在动力电池应用领域,2019年至2021年,骄成超声动力电池焊接设备的毛利率分别为54.81%50.57%50.55%,整体处于较高水平,高于同行业可比公司的"激光焊接成套设备""动力电池激光及自动化设备""激光及自动化配套设备"业务,与联赢激光的"激光器及激光焊接机"业务毛利率较为相近。

2019年至2021年,骄成超声动力电池制造自动化系统毛利率分别为24.69%35.15%37.33%,与可比公司的自动化设备业务毛利率较为相近;

在轮胎裁切/制造应用领域,由于国内A股市场尚无基于超声波技术从事轮胎裁切业务的上市公司,因此选取轮胎设备制造行业的可比公司部分业务进行对比,由于产品用途的差异,我们认为骄成超声的裁切设备能够保持较高的毛利率水平,主要系在中高端轮胎裁切设备市场深耕多年,已实现全套轮胎超声波裁切设备的国产化,凭借先进的技术水平获取了较高利润空间所致。

10:在动力电池应用领域与可比公司可比产品的毛利率对比


11:轮胎裁切/制造应用领域与可比公司可比产品的毛利率对比


在口罩焊接应用领域,由于骄成超声的超声波口罩焊接机是作为焊接模块应用于下游口罩机整线之中,而可比公司以供应口罩生产线为主(产线中的超声波模块系外购而来),因此较高的技术附加值提升了骄成超声的毛利水平。

此外,在功率超声技术领域,骄成超声的超声波设备产品整体毛利水平高于超声技术路线的可比公司,我们认为主要原因是可比公司从事的超声清洗业务系传统应用领域,市场竞争激烈,同时,超声清洗业务对技术难度、产品功率、负载变化等的要求低,因此产品整体的技术附加值低。

12:在口罩焊接应用领域与可比公司可比产品的毛利率对比


13:在功率超声技术领域与可比公司可比产品的毛利率对比


2.3. 期间费用稳中有降,订单规模高速增长

2019年至2022Q3,期间费用率整体稳中有降,研发费用>12%占比最高。2019年以来公司期间费用率有所下降,期间费用增速小于营业收入增速,但受限于部分期间费用具有固定成本的特征,总体规模降幅受限。四项期间费用中,研发费用率在各期均居首位,维持大于12%的水平,体现了公司对研发投入的持续重视。

合同负债(预收账款)反映订单规模,2022Q3相较2019增长了6倍,增长为2019年的近7倍。作为骄成超声的主营业务产品,动力电池焊接类设备、动力电池制造自动化产线非标程度较高,出于对设备运行稳定性的考虑,与客户的合同价款结算模式主要为334模式(预付款-发货款-验收款)、3331模式(预付款-发货款-验收款-质保金)、2431模式(预付款-预验收款-终验收款-质保金)、6121模式(预付款-预验收款-终验收款-质保金)等。

骄成超声在验收合格前收到的款项均计入合同负债(预收账款),因此该类科目金额均为客户预先支付的货款(根据《企业会计准则第14——收入》的最新规定,2020年后新增预收账款代替合同负债科目)。

2020年以来公司合同负债(预收账款)规模高速增长,反映了公司在执行的动力电池焊接设备订单规模的大幅增长。2021年合同负债(预收账款)高达1.05亿元,是21年全年营收的28.40%2022Q3继续维持在较高水平,增长为2019年的近7倍。

15:合同负债(预收账款)年末余额高速增长(单位:万元)


3、技术实力较强,服务客户及时高效

骄成超声的竞争优势主要体现在技术水平和客户资源两大方面。

3.1. 国产化龙头打破外资垄断,多项技术解决行业痛点

掌握超声波设备核心部件的设计、开发和应用能力。经过多年的研发和技术积累,公司形成了以超声波技术为核心的技术平台,全面覆盖包括超声波电源技术、压电换能器仿真设计技术、声学工具设计技术、控制器设计与开发技术、智能在线检测技术和自动化系统技术六大基础研发技术模块。在此基础上,公司掌握了包括超声波电源、压电换能器、声学工具、控制器、在线监控系统和自动化系统在内的全套超声波设备核心部件的设计、开发和应用能力。


在用于动力电池极耳焊接的超声波设备领域,打破了高端动力电池极耳焊接市场(主要指动力电池极耳终焊设备市场)由外资厂商垄断的局面。

公司是宁德时代和比亚迪新增产线的主要供应商,宁德时代作为全球动力电池领域的龙头企业,对供应商资质、产品质量、设备技术指标的要求极高,公司长期作为宁德时代生产线中超声波焊接环节的设备供应商,体现了公司的技术实力和市场影响力。

4:主要产品关键技术指标情况


多项创新技术解决行业痛点问题。依托于公司的超声波技术平台,公司开发出一体式楔杆焊接技术、超声波金属焊接质量监控技术和超声波高速滚焊系统技术等核心创新技术,多款产品解决了行业的痛点问题,宁德时代、比亚迪等下游行业的龙头客户和中国化学与物理电源行业协会、上海市声学学会等行业协会对公司的技术水平的先进性给予了充分认可。

5:骄成超声核心技术在行业应用中的体现


积极开展校企合作,研发人员占比28.67%,授权专利248项。公司的研发技术团队拥有丰富的研发工作经验和创新能力,涵盖机械、电气、声学、软件、算法、电子电路等不同学科的人才。截至20211231日,共有研发人员129名,占公司员工总数的28.67%,其中博士2名。

公司制定了良好的研发激励机制,鼓励研发人员持续深入参与公司技术研发及项目开发。同时,公司积极开展与高等院校和科研机构的合作,公司多名核心研发人员毕业于上海交通大学,并与上海交通大学、中国科学院上海硅酸盐研究所、中国计量大学等高校和科研机构签订了产学研合作协议,发挥双方的优势,将人才培养和技术研发紧密结合,不断提升公司的创新能力与核心竞争力。截至20229月,公司已取得有效授权专利248项,其中发明专利40项,软件著作权47项。
6:骄成超声与高等院校及科研机构的合作研发情况



3.2. 服务高效满足定制化需求,与优质客户建立稳定合作关系

服务优于国际同行:高效服务网络覆盖广泛,非标设计满足定制化需求。公司自成立以来,始终秉承以客户为核心,高效服务为原则,构建了覆盖全国大部分地区的营销服务网络。

在技术服务方面,公司成立了由资深技术人员组成的专业的售后技术服务团队,及时了解客户需求和客户在使用公司产品中遇到的问题,配合客户的工艺改进,为客户提供本地化和高效的服务。

此外,新能源电池制造商的电池规格形状不同,对于机架结构、焊头、底模和辅助夹具等结构会有定制化的要求,并且应用的具体环境对设备设计影响较大。

为满足客户需求,公司配置了专门的非标设计团队,对各种非标设计、焊接站和自动化应用更有优势,可快速响应、衔接、及时配合客户现场特殊要求和各种研发定制。相对于外资企业普遍存在售后服务成本高、响应速度慢的服务问题,公司作为本土企业,具备良好和快速的研发和服务响应能力,相对于国际同行具有较大优势。

累积优质客户资源:下游认证壁垒较高,客户合作长期稳定。

由于新能源汽车动力电池对安全性要求高,对于下游行业的客户而言,其对供应商的技术工艺、产品品质等多方面考核要求严格且周期较长,会形成较为稳定的长期合作关系,构建一定的客户资源优势。

公司产品获得了众多知名品牌客户的认可,在客户资源方面积累了强大的竞争优势。

在新能源动力电池领域,公司积累了宁德时代、比亚迪等知名客户,并通过整线设备集成商将产品应用在国轩高科、中创新航、亿纬锂能、蜂巢能源等公司的动力电池生产线中;在轮胎领域,公司客户涵盖固特异、优科豪马、正新、佳通、中策、玲珑、赛轮等国内外知名企业。

除上述动力电池、轮胎行业的龙头公司外,公司的主要客户中还包括科力远、赢合科技、大族激光、联赢激光、海目星、利元亨、软控股份等多家上市公司。公司与知名客户的紧密合作中,自身知名度和竞争力也不断提升,从而为公司业务持续发展奠定坚实的基础。

72021年前五大客户销售收入及营收占比情况(单位:万元)


4、超声波技术:焊接与裁切双技术优势明显

4.1. 超声波技术应用广泛

超声波是一种频率高于20kHz的声波,具有良好的方向性、穿透能力和反射能力,易于获得较集中的声能。超声波技术一般包括检测超声和功率超声。其中,检测超声是利用超声波技术来进行检测工作,主要应用于医疗B超、超声探伤等领域。

功率超声技术则是以物理、机械振动、电子材料等学科为基础,通过超声波能量使物体或物体性质某些状态发生变化的应用技术。功率超声系统,一般包括发生器、换能器、调幅器、声学工具头、控制系统、机械夹持结构和工艺装置等部分,在工业上的应用主要有超声波焊接、裁切、清洗和喷涂。

骄成超声是功率超声领域的超声波工业设备制造商。

聚焦分析功率超声的应用,功率超声的应用领域广泛。

1)超声波焊接,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: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、汽车线束焊接、IGBT功率模块引脚和镀铜基板之间的焊接等;在非金属焊接领域,一方面是无纺布焊接领域,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,另一方面是塑料焊接领域,超声波技术可以实现热塑性塑料的熔合焊接;

2)超声波裁切,主要应用于橡胶裁切领域,超声波技术可用于轮胎生产过程中的胶料裁切;

3)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;

4)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;

5)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;

6)食品领域,超声波可用于食品切割、辅助提取、杀菌、乳化等。

16:骄成超声主营业务在功率超声领域的示意图


4.2. 超声波焊接:金属焊接与非金属焊接技术存差异,均具独特优势

4.2.1. 金属焊接与非金属焊接技术原理存差异,技术难度高于非金属焊接

超声波金属焊接是固相焊接技术,焊接过程中达不到金属材料的熔点,其过程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。

超声波金属焊接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。

超声波非金属焊接则是熔化焊技术,其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,局部产生高温,达到材料熔点,形成分子层之间的熔合。目前典型的非金属焊接以塑料焊接和无纺布焊接为主。

17:超声波金属焊接原理


18:超声波塑料焊接基本原理


两种焊接的声学工具头的振动方向也有差异,超声波金属焊接焊头振动方向平行于焊接材料表面,而超声波非金属焊接的焊头振动方向垂直于焊接材料表面;对超声系统的要求不一样,导致超声波发生器和换能器等配件也存在较大差异。整体而言,超声波非金属焊接的技术难度低于超声波金属焊接。

4.2.2. 超声波焊接相比其他焊接技术有独特的技术优势

超声波金属焊接具备高效、节能和环保的特性,存在多方面优势:

第一,焊接材料不熔融,近冷态焊接;

第二,焊接后导电性好,电阻系数极低;

第三,对焊接金属表面要求低,氧化或电镀均可焊接;第四,可进行点焊、连续焊,焊接速度快,焊接时间短,不需任何助焊剂、气体、焊料;

第五,焊点强度高且稳定性好,具有高抗疲劳强度特征;

第六,压力小且能耗低,节约能量成本的同时还能将不同种类的金属材料焊接在一起;

第七,焊接无火花,且由于不需要添加焊剂,不污染被加工物,不产生任何焊渣、污水、有害气体等废物污染,是一种环保安全的焊接方法。

塑料焊接是非金属焊接的代表,同样存在多方面优势:

首先,焊接速度快,焊接强度高、密封性好;其次,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;此外,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。

8:超声波焊接技术同其他焊接技术的对比


相较于激光焊接、电阻焊接、传统电弧焊接、电子束焊接等其他焊接技术,超声波焊接具有焊接电阻率低、焊接速度快、焊接稳定性高、更节能环保等独特技术优势。

4.3. 超声波裁切:物体谐振原理,具多方面优势

超声波裁切利用物体谐振原理,使整套超声组的谐振频率一致,在发生器的驱动下产生20000Hz以上的稳定振动,从而达到超声波频次的切割。

具体是将超声振动传递到裁切刀,裁切刀将接收到的振动能量传递到待切割工件的切割面,在该区域,振动能量通过激活材料分子能,打开分子链的方式对材料进行切割,典型的应用是橡胶轮胎切割。

19:超声波裁刀系统的工作原理


超声波裁切不同于传统意义上的裁切,其最大的特点是通过超声波能量进行切割,而不是传统意义上的通过依靠刀刃的压力进行物理切割。

由于超声波在裁切过程中高频振动,摩擦力小,不需要强大的压力,不会发生黏刀等现象,所以超声波裁切具有多方面优势:第一,切割精度高,胶料不变形;第二,切割面光洁度好,粘结性能好,接头处粘连后不容易脱开;第三,裁切系统易应用于自动化生产;第四,裁切速度快,效率高,无污染;第五,合适的振幅可提高切割质量,满足不同的质量要求。

20:传统热刀、圆盘刀与超声波刀的对比


4.4. 国外企业起步早,国内企业不断进步,国产化率有望持续提升

超声波设备制造业涉及物理、电子、机械、材料等多领域技术,是典型的技术密集型行业,技术创新是驱动行业可持续发展的核心力量。

在全球行业市场上,由于美国、德国、瑞士等发达国家企业起步早,技术研发积累较国内企业更深厚,市场对国外进口设备依赖度较大。

除了技术积累有差距之外,国内企业还面临专业技术人才缺乏、规模小、资金实力不足等困境。超声波制造业对人员的技术要求高,人才培养周期长,在专业技术人才上投入的重要性甚至超过了对生产设备的投入,目前行业内经验丰富、技术能力强的专业技术人才和管理人才较缺乏,一定程度上制约了行业的发展。

同时,我国本土超声波设备制造企业规模普遍较小,资金实力不足,一定程度上制约了持续通过人才培养投入和研发经费投入不断提升产品品质的进程,在部分应用领域,行业内公司的整体研发投入和技术积累距离国际一流超声波设备制造商仍有一定差距,其在多项技术指标和产品性能上仍对国内的超声波设备制造商形成竞争压力。

近年来,国内企业经过持续的研发积累,我国超声波设备制造业不断突破技术瓶颈,市场规模不断扩大,与国际先进水平的差距不断缩小,逐渐在全球市场上占据了重要地位。

在超声波裁切领域,国内企业在超声波裁切领域已达到国际先进水平。

国内轮胎超声波裁切市场最初主要供应商为外资企业必能信,作为国内企业的代表之一,骄成超声依托自主研发的超声电源、压电换能器、控制器和声学工具等基础技术,已实现全套轮胎超声波裁切设备的国产化,打破外资企业垄断,成为该领域的主要供应商之一。

在超声波焊接领域,国产设备已逐步缩小与国外先进企业的技术差距。

同时由于疫情的全球蔓延,海外部分企业复工困难,产品供应不足,在全球产业链、供应链受阻的情况下,国内企业的供应链安全意识增强,进一步提升国产设备的采购需求,为具备国产替代能力的优秀国内企业提供了良好的历史机遇。

国内优秀企业凭借在技术、服务等方面优势,快速抢占下游市场。未来随着国内企业技术的进一步增强以及国家对于高端智能装备制造业研发和生产的政策支持力度不断加大,超声波市场需求有望不断增长,超声波设备的国产化率或将持续提升,未来可提升空间较大,国内领先企业市场前景广阔。

5、下游应用:金属焊接稳增长,PET铜箔潜力大

5.1. 金属焊接:动力电池+汽车线束+IGBT,三场景应用稳增长

5.1.1. 动力电池:超声波焊接在多层极耳焊接环节不可替代,2025年市场空间有望达50亿元

动力电池生产工序复杂,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;电芯检测和组装为后段工艺,包括化成分容、检测、成组、PACK工序。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。

21:锂电池生产环节


超声波金属焊接在动力电池装配过程中的典型运用是在电芯中段的极耳焊接环节。

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。

22:方壳电池电芯结构示意图


接头焊接质量对电池组的性能可靠性起着决定性的作用。

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;而当焊接过度时,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。

而对于超声波金属焊接来说,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。

动力电池焊接常见的技术路线除超声波焊接以外,还有激光焊接技术。

在动力电池生产工序中,两者的应用场景存在较大差异,超声波焊接主要用于极耳焊接环节,在部分PACK焊接工序中也存在应用;激光焊接主要用于电池软连接焊接、顶盖焊接、密封钉焊接、模组及PACK焊接。

关于锂电池电芯极耳和极柱连接在一起的过程,目前有两种实现方式:一种是多层极耳和连接片超声波焊接,随后连接片再与极柱激光焊接;另一种是多层极耳超声波焊接,随后焊接在一起的多层极耳再和极柱激光焊接。

23:常见方壳电池极耳焊接中超声波焊接与激光焊接示意图


具体来看,由于超声波金属焊接为接触式焊接方式,同时需要压紧焊件,焊接时会在极柱背面形成划痕,并可能对顶盖造成损伤,因此超声波金属焊接在连接片或极耳和极柱之间的焊接应用受限,该焊接应用目前以激光焊接为主。

而在多层极耳焊接以及多层极耳和连接片的焊接环节,超声波金属焊接相比激光焊接工艺,在焊接成本、焊接性能、安全性等方面具备明显优势,成本和效率随着激光技术的发展可能会得以改善,但是其他方面的劣势难以解决,因此,超声波焊接在多层极耳焊接的环节中具有难以被取代的地位。

9:超声波金属焊接与激光焊接在多层极耳焊接环节的对比


在动力电池超声波焊接领域,骄成超声的主要竞争对手为美国必能信和美国Sonics

超声波焊接设备根据动力电池厂商采用的生产工艺的不同可分为预焊设备和终焊设备(部分厂家无预焊环节),美国必能信和美国Sonics则为骄成超声终焊领域的主要竞争对手。

必能信过往在锂电行业处于主导地位,宁德时代、比亚迪、中创新航、国轩高科、蜂巢能源、亿纬锂能、欣旺达、孚能科技等知名锂电客户均在量产线上使用必能信的超声波焊接设备,其中宁德时代和比亚迪在批量使用骄成超声的产品之前,量产线上用于极耳焊接的超声波焊接机被必能信品牌垄断。

美国Sonics则在锂电行业为中创新航和国轩高科等客户供应部分量产线上的超声波焊接设备。在预焊领域,骄成超声与国内超声波设备厂商科普等形成竞争,但动力电池超声波焊接设备的市场需求以终焊设备为主。

24:动力电池超声波焊接设备



2021年市场占有率达二到三成,未来有望进一步提升。

经过多年的技术积累,骄成超声及时把握锂电设备的发展机遇,在动力电池超声波焊接领域的市场份额在2021年实现大幅增长,以其2021年动力电池超声波焊接设备及其配件的销售额计算的市场占有率约为20%-30%

分厂商来看,宁德时代和比亚迪2021年采购骄成超声的产品占其新增产线上采购同类产品的比重均超过50%。在国轩高科、中创新航、亿纬锂能、欣旺达、蜂巢能源、孚能科技的新增产线上也开始批量采用骄成超声的设备,设备在下游终端客户中同类设备的占比逐步提升。

中创新航、国轩高科公司2021年已实现大批量供货;亿纬锂能、蜂巢能源2021年仍处于小批量供货阶段;2021年欣旺达和孚能科技尚未确认收入,但已与公司签订批量订单。根据骄成现阶段的在手订单情况和客户开拓情况而言,骄成超声2022年至2025年在行业内整体的市场占有率将有望进一步提升。

近年来,在新能源汽车行业快速增长带动下,全球动力电池市场保持快速增长势头。

随着动力电池市场规模的不断扩大,以宁德时代为首的动力电池企业产能将持续扩张。

宁德时代、LG化学、比亚迪、松下、三星SDI、韩国SKI、国轩高科、亿纬锂能、孚能科技等头部企业均宣布了未来几年加速扩产的计划,动力电池产能将进一步持续扩大。

结合对超声波焊接设备的需求情况,超声波焊接设备的动力电池市场空间可以分为纯电动车用锂电池、混合动力汽车用电池及耗材三方面进行测算:

在纯电动车用锂电池市场,依据宁德时代、比亚迪、蜂巢能源、中创新航、国轩高科、亿纬锂能、孚能科技公布的未来投产计划,结合对超声波焊接设备的需求情况,预计2025年超声波焊接设备在该市场的平均空间将达到38.63亿元。

在混合动力汽车(HEV)用锂电池市场,其所用的锂电池单体容量更低,大多数HEV电池每GWh对公司设备的需求情况约在325万元至650万元之间,且高工锂电数据显示2025HEV电池需求有望达到95GWh,因此预计2025年超声波焊接设备在该市场的平均空间将达到4.63亿元。在耗材市场,焊头、底模等配件属于耗材,其每年的市场需求是随着设备市场容量的增大而不断扩大的。

2025年行业内总产能达到3TWh为例,预计仅2025年对焊头、底模的市场需求就可达到610亿元之间。

假设2022-2025年间下游动力电池企业保持匀速扩产,每年对于动力电池极耳焊接的超声波焊接设备及其配件的市场需求将达10亿元以上且逐年提升至接近20亿元。

10:超声波焊接设备在动力电池领域的市场空间



综上,2025年超声波焊接设备在动力电池领域的市场空间(设备+耗材)将有望达到49.26-53.26亿元。

5.1.2. 汽车线束:超声波焊接优于压接,高压市场尚存开拓空间

线束是指电路中连接各电器设备的接线部件,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。

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,优于压接技术。

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。

它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。此外,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束烧毁。

汽车线束分为低压和高压线束。

传统燃油汽车主要采用低压线束,低压线束焊接功率较小,国内外均有企业参与竞争。新能源汽车则主要使用高压线束,高压线束由于线径很大,对功率的需求甚至超过锂电池极耳焊接的需求,超声波发生器和换能器的开发难度也因此更大。

而在高压线束焊接领域,骄成超声的竞争对手主要是德国雄克等国外企业,在系统功率、焊接线径等技术指标方面已与国外竞争对手相当,但线束焊接设备还未实现大批量销售,其长期连续工作的稳定性正逐步在客户产线中验证,截至2022年一季度末,骄成汽车线束焊接设备的在手订单约800万元(含税)。

25:骄成超声线束端子超声波焊接设备


5.1.3. IGBT:超声波焊接更适合,年新增需求逐步提升

超声波焊接更适合IGBT导电端子焊接。IGBT即绝缘栅双极型晶体管,是能源变换与传输的核心器件,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。一个

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。

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。

竞争格局尚未成熟,与国外企业存在技术差距。

IGBT焊接设备尚未形成完全成熟的竞争格局,德国雄克拥有行业内最先进的技术水平,骄成超声在IGBT焊接设备领域的技术水平优于国内同行业公司,但相较于德国雄克尚存在一定差距。目前骄成已经完成了半自动IGBT端子超声波焊接设备的开发,全自动IGBT超声波焊接设备正处于样机研发过程中,半自动IGBT端子超声波焊接设备截至2022年一季度末已取得振华科技和元山电子的在手订单188.86万元(含税)。

26IGBT端子超声波焊接设备


预计2023-2025IGBT超声波端子焊接设备年新增需求约为1.5亿元-3亿元、2.5亿元-5亿元、3.5亿元-7.5亿元。

在新能源汽车市场,IGBT是新能源汽车电控系统中最核心的电子器件之一,随着国家政策大力支持及新能源汽车推广应用进程加快,渗透率有望不断提升,并且中国已逐渐成为全球最大的IGBT市场,IGBT国产化需求逐渐增加,未来IGBT市场拥有广阔的发展空间。

根据集邦咨询预测,2025年中国IGBT市场规模将达到522亿元、IGBT总需求将超过26,000万只。

目前,在封装工艺中采用超声波焊接技术的比例在逐步增大,假设到2025年在封装工艺中采用超声波金属焊接技术的比例分别为30%50%70%三种情形,2025IGBT超声波焊接设备(不考虑配件)的存量市场规模分别为7-10亿元、12亿元-16亿元和17亿元-23亿元左右。同时假设下游行业以匀速扩产且设备寿命按3-5年计算,IGBT超声波焊接设备2023-2025年每年的新增设备需求(不考虑配件)分别大约为1.5亿元-3亿元、2.5亿元-5亿元、3.5亿元-7.5亿元。

5.2. 营业收入快速上非金属焊接:塑料与无纺布焊接双管齐下,下游需求

非金属焊接也是超声波焊接的一种,包括塑料焊接与无纺布焊接。

塑料焊接:超声波取代粘接工艺,更加高效环保。

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,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。

无纺布焊接: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。

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。德国海尔曼是无纺布领域的龙头企业,占据着绝大多数市场份额,骄成超声目前能在无纺布中的口罩市场中取得一定市场份额。

27:超声波塑料焊接机


28:超声波口罩焊接机/无纺布焊接机


无纺布下游应用市场包括口罩、一次性卫生用品等,需求规模持续提升。

口罩市场:疫情影响下,全球口罩需求激增。

疫情之前,我国一直是口罩生产和出口大国,2019年口罩产量接近50亿只;2020年,由于新冠疫情的爆发,疫情刺激口罩行业蓬勃发展,截止2020年底,我国累计向全球出口口罩2,242亿只,其中医用口罩650亿只。

一次性卫生用品市场:规模持续提升,超声波焊接取代胶水粘结实现无胶化。一次性卫生用品主要包括婴儿纸尿裤、女性卫生用品和成人失禁用品三类。随着经济发展、人口老龄化、鼓励生育、卫生意识加强等因素的影响,婴儿纸尿裤和成人失禁用品市场规模有望持续提升。

根据中国造纸协会生活用纸专业委员会统计,2020年,卫生巾的产量约945.1亿片,比上年增加1.7%;成人纸尿裤产量约59.2亿片;婴儿纸尿裤/片总产量约423.8亿片,比上年增加4%。在一次性卫生用品领域,当前胶水粘结的工艺占比仍然很高,存在不环保、舒适性差等问题,无胶化工艺是未来趋势,超声波焊接工艺可以取代胶水粘结工艺实现无胶化。

超声波塑料焊接设备市场空间测算:与无纺布焊接工艺类似的超声波塑料焊接机市场较为分散,应用在3C电子、医疗器械、汽车、家电等领域,超声波塑料焊接设备多为标准化设备,根据招股说明书,每年对超声波塑料焊接设备的市场需求约3-5亿元。

无纺布焊接设备的市场空间测算:以纸尿裤为例,前瞻产业研究院预测2019年至2024年纸尿裤行业年复合增长率为5%,按每年5%的新增产能全部采用超声波焊接工艺计算,2021年的新增市场对超声波设备需求为0.67亿元,假设2020年存量产线中20%2021年替换为超声波焊接设备,2021年的替换需求将达到2.68亿元,2021年总体超声波焊接设备需求可达3.35亿元。

由此可见,无论是疫情防护用品还是一次性卫生用品,无纺布拥有庞大的下游市场需求体量,且未来仍有广阔的增长空间。

5.3. 客户拓展加强,盈利能力可期超声波裁切:轮胎裁切市场应用成熟,提供持续稳定收入

超声波裁切设备在轮胎裁切市场有着广泛成熟的应用,且较传统刀刃裁切设备有裁切平稳、胶料切割边缘光滑整洁等优点。

在超声波裁切工艺进入中国前,国内轮胎厂家在该工序主要采用传统的机械旋转刀片和热刀。虽然也能够实现生产,但是机械刀片因为旋转产生的鱼鳞状断面,以及热刀因为过热产生的硫化断面都极大的影响了轮胎质量和良率。

而超声波裁切具有的温度低、阻力小等特点完全避免了这些缺陷,极大地降低了轮胎生产的不良率,在市场竞争中迅速取得优势。未来随着轮胎产业的不断发展,将带动超声波裁切设备市场的稳步发展。

与竞争对手必能信在设备性能与占有率水平上旗鼓相当。

超声波裁切在轮胎生产过程中的应用最初以美国必能信为主,必能信的产品在全球轮胎行业的头部企业中应用较为广泛,普利司通、固特异、倍耐力等知名轮胎厂商的生产线上均使用必能信的轮胎裁切设备。

目前下游轮胎行业客户使用的超声波轮胎裁切产品主要品牌为骄成超声和美国必能信,根据骄成超声对轮胎行业下游客户的访谈信息,骄成总体市场占有率水平与竞争对手必能信较为接近。例如,在中国收入规模最大的橡胶生产企业中策橡胶的生产线上,骄成超声产品占同类超声波轮胎裁切产品的比重已超50%

未来随着骄成继续开拓轮胎行业的客户,同时依靠良好的产品性能和快速响应的服务,有望进一步提升在轮胎行业的市场占有率,汽车轮胎超声波裁切设备及其配件将带来持续稳定的业务收入,但总体增长空间相较于动力电池行业较为有限。

2920kHz轮胎裁切系统


3040kHz轮胎裁切系统


5.4. PET铜箔:新技术对应设备需求空间较大

5.4.1. "三明治"结构,质轻价廉更安全

多功能复合集流体:由支撑层和导电层组成,类似三明治结构,支撑层是处于中间的具有一定厚度的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或PP(聚丙烯)膜,导电层是在支撑层两面镀上去的铜层。

PET铜箔的核心制作工艺为磁控溅射和水电镀,即在高分子薄膜PETPP基膜两面上先用真空磁控溅射的方式,制作一层金属导电层,后采用水介质电镀将铜层加厚至1μm或以上厚度,制成复合铜箔。

PET铜箔具有安全性高、能量密度高、原材料成本低等优势。与传统的电解铜箔相比,复合PET铜箔的加工工艺、材料性能均表现出独特性:

1)安全性高。复合铜箔中间为有机绝缘层,降低电池燃烧起火爆炸的可能性;

2)能量密度高。与铜相比,PET材料密度小,所以PET铜箔整体质量较小,提升电池的能量密度。在总体厚度基本不增加的情况下,比原来的传统铜箔减轻了60%左右;

3)减少铜使用量,降低原材料成本。复合铜箔的中间层PET减少了铜用量,有效应对金属价格上涨。

安全性和续航能力是锂电池发展的重点方向,多功能复合集流体(PET铜箔)的出现在这两点均能带来提升。

31:复合铜箔的结构示意图


5.4.2. 单条产线设备需求扩3倍,进一步拓宽超声应用领域

复合铜箔制作工艺流程:在PET表面先采用真空磁控溅射的方式制作一层金属层,然后采用水介质电镀的方式,将铜层加厚从而形成PET复合铜箔,超声波滚焊则发生在后续PET铜箔与锂电池基材连续焊接的过程中。

传统铜箔工艺与复合铜箔工艺对比:传统的铜箔极耳超声波焊接工艺一般是先预焊后终焊,预焊一般是将多层极耳箔材连接在一起,终焊需将多层极耳和连接片焊接在一起,而以复合集流体替代传统的铜箔,锂电池在前段工序会多出这道采用超声波高速滚焊技术的极耳转印焊工序,预计电池厂单条产线对滚焊设备的需求数量是极耳超声焊接设备的3倍,同时中段工序的多层极耳超声波焊接工序依旧保持不变,进一步拓宽超声波技术在锂电行业的应用范围。

极耳转印焊工序:之所以采用超声波焊接而非激光焊接,是因为复合集流体材料焊接是在高分子材料表面镀上金属后进行焊接,高分子材料和金属材料熔点差异较大,采用激光焊接没有工艺可行性。

32:传统铜箔极耳超声波焊接方法


33:复合集流体铜箔极耳超声波焊接方法


5.4.3. 骄成超声滚焊设备:国内技术领先

超声波滚动焊接是焊头在工件表面滚动,从而在工件表面形成连续焊缝,焊头工作面通常为圆柱形。用于复合集流体电池极耳转印焊工序。

骄成超声滚焊设备技术指标行业领先,相较竞争对手具有明显优势。

骄成超声基于超声波高速滚动焊接系统技术开发的超声波滚焊机,集成了高精度声学主轴系统设计技术、可高速旋转的换能器技术以及高速数据采集技术。

可以实现锂电池复合集流体高速滚动焊接,并实时采集焊接过程中的功率、振幅、温度、压力等波形数据,实时报警,保证焊接质量。采用全波对称式结构的声学设计,具有高稳定性的特点,声学系统空载损耗低于5%,超声组件在振动的同时进行高速连续旋转,最大焊接速度超过80m/min,频率为40kHz时最大压力可达2500N

国内同行业尚未见其他运用于复合集流体电池量产线应用的超声波滚焊设备,国外仅少量同行业公司涉及滚焊技术,日本Utex公司40kHz时最大压力500N,法国Mecasonic公司最大焊接速度60m/min,技术指标均不及骄成超声。

11:骄成超声及竞争对手在超声波滚焊设备的布局情况


34:超声波滚焊机示意图


已为宁德供货,有望打开中长期成长空间。目前骄成的超声波滚焊机已经为宁德时代供货,若未来该项技术在行业内得到大规模应用,公司的超声波滚焊机将拥有庞大的市场空间。

6、盈利预测

1、动力电池超声波焊接设备业务:

我们预计骄成超声的动力电池超声波焊接业务将贡献公司业绩的主要增量。我们假设:2022-2024年的锂电池产能新增分别为407/532/526GWh

1)普通超声波极耳焊接:

1)产能新增是产量新增的1.3倍,小电池企业扩产后产能有一定空置;

22022-2024年骄成超声在普通焊接领域的市占率在40%以上,是基于伴随公司产能释放,渗透率逐渐提升;

31GWh焊接设备价值量在100-200万元之间,我们预计焊接的价值量小幅提升的核心逻辑是超声波焊接所能胜任的焊接项目逐步扩张;

2)超声波滚焊机:

1)基于复合铜箔材料的成熟&成本的下降,其渗透率有望逐步提升,PET铜箔2023-2024年的渗透率分别为1%5%

2)基于骄成和宁德深入合作,宁德率先引领PET铜箔的应用,骄成超声2023/2024年在PET领域滚焊机的市占率为100%/90%

3)滚焊机1GWh需要价值量为1000万滚焊机设备(滚焊机+焊接站),后续公司倾向于只做滚焊机,所以单位价值量从1000/GWh逐步下降。

我们预计2022-2024年骄成超声动力电池超声波焊接设备业务的收入分别为3.20/5.48/9.34亿元,收入贡献度分别为62%/62%/65%,毛利率保持在50%

2、其他业务:

我们认为除动力电池焊接领域,在其他领域超声设备也有广阔应用前景。我们假设:

1)随着公司持续开拓新的业务领域,在纸尿裤等板块的持续突破,收入有望持续保持增长;

2)新进入竞争对手有限,毛利率保持在较高水平。

我们预计2022-2024年其他业务合计收入分别为1.99/3.37/5.06亿元,毛利率分别为48%/50%/51%

业务合计:

我们预计2022-2024年骄成超声的总收入分别5.19/8.85/14.40亿元,同比分别增长40%/70%/63%

12:我们预计2022-2024年的归母净利润分别为1.09/2.18/3.76亿元


综合来看,我们预计公司2022/2023/2024年将分别实现归母净利润1.09/2.18/3.76亿元,同比增长58%/99%/73%

我们认为1)复合集流体行业处于从0-1的发展阶段,公司业绩有望在2023年以后伴随复合集流体的渗透率提升而大幅增厚;(2)公司是国内超声波设备龙头,引领行业实现设备国产化替代,是头部客户宁德认可的合作伙伴;(3)且二级市场内缺乏类似的超声波设备标的,标的属性具有一定的稀缺性。

7、风险提示

1 下游动力电池行业增速放缓或下滑风险:

公司销售设备收入来源于动力电池行业的收入占比总体较高。近年来,下游动力电池厂商大幅扩产,不断提升电池产能,带动上游电池制造设备市场需求的快速增长。未来如果动力电池行业增速放缓或下滑,公司动力电池领域产品的市场需求将受到影响。

2 重要零部件进口占比较大风险:

公司的动力电池超声波焊接设备主要使用进口发生器和换能器,应用自产发生器、换能器的比例还有待进一步提高。如果未来公司自主生产的发生器和换能器在动力电池领域的拓展情况不如预期,将会持续依赖进口发生器和换能器,进口零部件价格波动、供应稳定性等因素将对公司的生产经营造成负面影响。

3 技术变革及产品研发风险:

公司的动力电池超声波焊接设备主要用于锂电池生产中的多层极耳焊接环节,若未来电池生产工艺出现革命性变化导致对极耳焊接设备需求大幅减少或公司未能通过持续研发满足下游行业技术发展对产品技术升级的要求,将会对公司的经营产生不利影响。

4 客户集中度高及大客户依赖风险:

公司动力电池超声波焊接设备及其主要配件业务的第一大客户宁德时代占比较高,动力电池制造自动化系统及其配件业务的第一大客户科力远占比较高,汽车轮胎超声波裁切设备及其主要配件业务的客户中策橡胶、软控股份占比较高,若上述主要客户基于自身产能安排减少对公司设备及配件的采购,将会对公司带来不利影响。

5 市场容量相对较小风险:

公司的超声波焊接设备在动力电池行业应用环节较为单一,
复合集流体电池焊接、极片裁切等其他环节的大规模应用尚待拓展。若公司产品未能在动力电池生产的其他环节开拓出更广泛的应用,公司在动力电池行业面临市场规模相对较小的风险,对下游技术路线变更、市场需求变化等不确定因素所引起的风险承受能力较弱。


根据预测,2021年中国汽车总销量有望达到2610万辆,其中,新能源汽车销量340万辆,同比增长1.5倍,占比超过13%,这一增速超过了此前大家的预测,新能源汽车发展进入快车道。新能源汽车的快速发展带动了动力电池的高速增长。动力电池生产流程一般可以分为前段、中段和后段三个部分。其中,前段工序包括配料、搅拌、涂布、辊压、分切等,中段工序包括卷绕/叠片、封装、烘干、注液、封口、清洗等,后段主要为化成、分容、PACK等。 材料方面主要有正负极材料,隔膜,电解液,电池包相关的铝塑膜,结构胶,缓存,阻燃,隔热等材料,以及电池包的外壳结构材料。为了更好促进行业人士交流,艾邦搭建有锂电池产业链上下游交流平台,覆盖全产业链,从主机厂,到电池包厂商,正负极材料,隔膜,铝塑膜等企业以及各个工艺过程中的设备厂商,欢迎申请加入。

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作者 lv, mengdie