Небольшое давление необходимо при капиллярной пайке для фиксации зазора, а при нефиксированном зазоре — для удаления из него избытка жидкой фазы. Обычно такое давление в зависи­мости от конструкции паяемого изделия или физических свойств паяемого материала создается одним из следующих способов: воздействием вспомогательного груза или массы одной из деталей, расположенной сверху; в результате разницы температурных коэффициентов линейного расширения (сжатия) паяемых деталей в разнородном соединении (при замкнутой форме спая) или паяемых деталей из материала прижимного приспособления (при незамкнутой форме спая), а также в результате обеспечения тем­пературного градиента между наружной и внутренней деталью при телескопическом типе соединения при интенсивном нагреве наружной детали; вследствие разности давлений снаружи и внутри обжимного тонкостенного контейнера и т. п. При всех этих спосо­бах усилие прижима на паяемые детали перпендикулярно поверх­ности спая.

Во многих случаях давление при пайке является важнейшим параметром процесса, определяющим механические свойства паяных соединений. Например, обнаружено, что при флюсовой индукционной пайке железных или медных сплавов легкоплавкими припоями 1) Cd—(5 — 25) % Zn — (1— 2) % Ag, /пл = = 2694-295 °С; 2) Sn— (3,5— 10) % Ag, /„л = 221-=-300 °С; 3) Sn — (9 — 24) % Zn, /Пл = 1984-300 °С; 4) Sn, /ПЛ = 232 °С под давлением 29,4 МПа с последующим снятием давления после нагрева припоя до 500 °С временное сопротивление разрыву паяных стыковых соединений повышается до 170 МПа. Предел ползучести после 1000 ч составляет 137—148 МПа. То же наблюдается при пайке сталей, никелевых и кобальтовых сплавов припоями на никелевой или кобальтовой основе после нагрева их до температуры пайки (> 900 °С) и сжатии паяемых деталей под давлением до 500 МПа. При этом пайка возможна с перегревом припоя всего на 30—50 °С выше температуры его ликвидуса (вместо 80—100 °С при пайке без повышенного давления). Длительность пайки сокращается до 0,5—10 мин (вместо 10—20 мин) [15].

Одна из разновидностей пайки под давлением — компресси­онная пайка металла с неметаллами (полупроводниками и ди­электриками) готовыми припоями аналогична компрессионной сварке давлением. Компрессионная пайка, однако, имеет преиму­щества, которые заключаются в более полном контакте соединяе­мых металлов с неметаллами в связи со смачиванием их жидким припоем, а также значительно меньшим давлением, необходимым при пайке, чем при сварке.

Прилагаемое при пайке давление, во избежание хрупкого раз­рушения паяемого металла в контакте с жидкой фазой, должно быть сравнительно небольшим. Для прессовой диффузионной пайки деталей из литейного никелевого жаропрочного сплава Rene-80 (0,18 % С, 14 % Сг, 10 % Со, 4 % W, 3 % А1, 5 % Ті, 0,03 %Zn) применяют припой по основному составу, отвечающий сплаву, но с добавками активатора — 2 % В (В-28) или более сложного активатора Д15, содержащего 15,5 % Сг, 10,5 % Со, З % А1, 2,5 % В, 3 % Та. Паянные по этой технологии стыковые соединения имеют длительную прочность, близкую к длительной прочности паяемого сплава, и значительно большую длительную прочность соединений из этого же сплава, паянных готовым при­поем системы Ni—Сг—Si—В—С.

С увеличением сжимающего давления на соединяемые детали большое значение приобретает скорость его нарастания. При медленном нарастании давления в изотермических условиях жид­кая фаза постепенно и в большей степени, чем при большой ско­рости нарастания давления, удаляется из зазора. Использование слишком больших скоростей нарастания давления, особенно при значительной шероховатости паяемой поверхности соединяемых деталей, может привести к образованию «мостиков схватывания» в отдельных местах соединения, с расположением между ними затвердевшего ликвата, присутствие которого может ослабить соединение и удлинить процесс выравнивающей диффузии. При пайке припоями, непригодными для диффузионной пайки, «мости­ки схватывания» должны упрочнять соединение, но в значительно меньшей степени, чем постепенное и, возможно, более полное удаление ликвата из зазора.

Наиболее целесообразна укладка припоя перед пайкой под давлением в зазор. Вероятно, существует оптимальная толщина слоя жидкой фазы, которая должна быть не слишком велика, чтобы при выдавливании этой фазы детали не скользили относи­тельно друг друга или не развивалась недопустимая химическая эрозия, но и не слишком мала, чтобы зазор и все пустоты, образо­ванные вследствие шероховатости паяемой поверхности, были заполнены жидкой фазой.

Контактно-реактивная пайка под давлением особенно удобна в том случае, если один из соединяемых металлов достаточно пластичен и при запрессовке может плотно заполнить полости на поверхности более твердого металла. При этом герметизируется граница их раздела, что предотвращает окисление поверхности соединяемых металлов при пайке на воздухе. К одной из первых разновидностей контактно-реактивной пайки под давлением следует отнести так называемую «клиновую сварку», при которой алюминиевые и медные стержни соединяют при температуре несколько выше температуры плавления эвтектики А1 — Си. При этом избыток жидкой фазы, образовавшейся при контактно­реактивном плавлении соединяемых металлов, выдавливается из зазора (контактно-реактивная пайка в стационарных услови­ях). Прочность получаемого соединения равна прочности алюми­ния. Такой способ удобен при пайке материалов, значительно отличающихся по твердости и температуре плавления. При этом заостренный конец должен иметь металлический стержень из металла с повышенными твердостью и температурой плавления.

Показано, что при пайке таким способом стали СтЗ с магнием, алюминием или медью Ml значительная часть жидкой эвтектики, малопрочной после затвердевания, выдавливается из зазора с образованием белых зон повышенной твердости. При этом проч­ность паяных соединений повышается в несколько раз.

Приложение давления в процессе роста эпитаксиального слоя (слоя совместной кристаллизации) позволяет также удалить значительный объем ликвата, накапливающегося перед фронтом растущих в изотермических условиях ориентированных кристал­лов. Фронт таких кристаллов обычно ровный. Высокая прочность соединения может быть обеспечена только при диффузионной пай­ке с последующей гомогенизацией паяного соединения. Это тем бо­лее необходимо, что выросший слой кристаллов состоит из слабо легированного твердого раствора и обладает пониженной проч­ностью. По данным А. В. Софонова, пайка с приложением значи­тельного давления в процессе роста эпитаксиального слоя осу­ществлена при соединении встык жаропрочного хромоникелевого сплава ХН75МБТЮ припоем ВПр 7 (Ni — Mn-основа) в виде фольги (6 = 0,24 мм). Пайку проводили в вакууме (Р= 1,33* 10-2 Па) по режиму: нагрев до 1180 °С в течение 3 мин, изотермическая

выдержка без приложения давления длительностью 1 мин, сжатие при давлении р= (ІЧ-3) -10_3 Па в течение 3 мин и охлаждение с камерой. Временное сопротивление стыковых паяных соедине­ний, полученных по такому режиму, ав ж 588 МПа при температуре 20 °С.

Пайка под давлением пропоями, непригодными для диффузион­ной пайки, вероятно, может быть выполнена при достаточно большом давлении с медленным нарастанием его. Припои, не образующие с паяемым металлом заметных жидких или твердых растворов, малорезультативны при пайке под давлением, так как они не диспергируют оксидную пленку и не уменьшают не­ровности рельефа, а также не активируют массоперенос.

Диффузионная пористость при прессовой диффузионной пайке развивается весьма слабо и не образуется при незначительной толщине прослойки жидкой фазы. Предотвращение образования диффузионной пористости в процессе гомогенизации в твердом состоянии возможно при приложении давления сразу же после активирования поверхности соединяемых металлов и контактно­твердожидкого плавления выступов рельефа. Для пайки давле­нием наиболее пригодны припои с умеренной эрозионной актив­ностью, не склонные к локальной (например, межзеренной) химической эрозии.

При пайке электросопротивлением на контактных сварочных машинах, электроклещах совпадение направления электрического тока и давления не всегда желательно. Так, например, при пайке твердосплавного инструмента поверхность электродов не должна контактировать с припаиваемой твердосплавной пластиной во избежание создания высокой плотности тока в отдельных ее точ­ках, что может вызвать сильный перегрев, образование больших остаточных напряжений при неравномерном охлаждении и по­явление трещин.

Г л а в а З