本发明属于焊接材料领域，涉及不锈钢焊丝材料，具体涉及一种防开裂不锈钢焊丝及其制备方法。
背景技术：
随着现代工业技术的发展，不锈钢以其优良的机械性能、耐蚀性，得到广泛的应用，然而其焊接问题也愈显突出。在实际焊接过程中，焊接接头的强韧性与母材的强韧化水平存在较大差异，这就使得产品的生产成本增加，容易引发安全事故。在进行轧辊、磨盘、磨辊等大型特种耐磨件堆焊修复时，由于母材本身大多为中高碳合金钢，可焊性较差，焊接过程容易出现裂纹，且堆焊层厚度大大受到限制，使用过程易出现剥落、掉块等现象。使得大型特种耐磨件的使用寿命和次数大大降低。相比于其它连接技术，焊接技术在工程生产中应用最为广泛，焊接结构随焊接技术的发展而产生，从20世纪20年代开始得到了越来越广泛的应用。据统计，我国焊接结构用钢占钢产量的50％左右，在工业发达国家这一比例更高。然而焊接结构经常发生断裂事故，大量统计资料表明，工程结构失效有80％以上是由焊接裂纹引起的，对于承受循环载荷的焊接构件有90％以上的失效是由于裂纹破坏。
不锈钢焊丝可分为铬不锈钢焊丝和铬镍不锈钢焊丝。铬不锈钢具有一定的耐蚀（氧化性酸、有机酸、气蚀）耐热和耐蚀性能。通常被选作电站、化工、石油等设备材料。但铬不锈钢一般情况下可焊性较差，应注意焊接工艺、热处理条件及选用合适的电焊条。铬镍不锈钢焊丝具有良好耐腐蚀性和抗氧化性，广泛应用于化工、化肥、石油、医疗机械制造。为防止由于加热而产生晶间腐蚀，焊接电流不宜太大。由于不锈钢焊丝的焊芯的电阻值比碳钢大，导热性比碳钢差，且不锈钢熔滴的表面张力大，因而在焊接过程中其熔滴是以大颗粒短路过渡为主，所以随着焊接时间的延长和温度升高，就会产生焊接工艺性能不够理想，焊缝的机械性能降低。目前，国产不锈钢焊丝多年来一直存在焊丝电弧不稳定、焊后内应力大，易开裂和易形成弧坑、工艺稳定性差等问题，严重影响焊件质量。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种防开裂不锈钢焊丝及其制备方法，该焊丝焊接工艺性能优良、强度高、电弧稳定、飞溅小、焊后内应力小，不易开裂和不易形成弧坑的。
本发明所要解决的技术问题是，提供一种过渡层堆焊用不锈钢明弧药芯焊丝，具
有自保护特性，即可直接焊接不需焊剂和气体保护，可明弧焊接，能间接观察熔池和焊缝，
方便调节焊丝工艺性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种防开裂不锈钢焊丝，由外皮和药芯组成，药芯按质量百分比计由以下组份组成：sio25-10%、氟化稀土3-8份、凹凸棒粘土1-5%、草酸钙3-8%、合金粉10-15%、金属铬5-8%、锰铁5-10%、钼粉1-3%、碳酸钾3-5%、碱金属氧化物5-12%、钛酸盐2-9%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%。
进一步，上述所述的外皮材料为304不锈钢钢带。
进一步，上述所述的药芯填充率占焊丝的质量比为28％-30％。
进一步，上述所述的合金由镁30-35%，铝15-20%，钛40-45%，硼5-10%组成。
进一步，上述所述的锰铁中锰的含量为55-65%。
进一步，上述所述的碱金属氧化物由氧化锂、氧化钠和氧化钾按质量比1:1-2:1-3组成。
进一步，上述所述的钛酸盐为金红石。
进一步，上述所述的一种防开裂不锈钢焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）按质量百分比分别称取sio25-10%、氟化稀土3-8份、凹凸棒粘土1-5%、草酸钙3-8%、合金粉10-15%、金属铬5-8%、锰铁5-10%、钼粉1-3%、碳酸钾3-5%、碱金属氧化物5-12%、钛酸盐2-9%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%；
（2）将步骤1称取的sio2、氟化稀土、凹凸棒粘土、碳酸钾、碱金属氧化物、钛酸盐加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，碾碎后过筛，筛选粒度80-100目的混合粉；
（3）将步骤1称得的合金粉、金属铬、锰铁、钼粉、铁粉与步骤（2）制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中250-300℃烘干2-3h，得到药芯粉末；
（4）将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成u型槽，然后向u型槽中添加步骤（3）得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率的质量比为28％-30％，再通过成型机将u型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.5-2.0mm，拉直，盘成圆盘，密封包装即可得到药芯焊丝。
进一步，上述所述的粘结剂水玻璃为钾型水玻璃，其波美度为34.0-35.0，添加量为药芯粉末总重量的20-22％。
进一步，上述所述的烧结的温度为580-650℃，时间为5-6h。
本发明的有益效果：
（1）本发明的一种防开裂不锈钢焊丝，药芯中各种物质之间具有较好的协同作用，可以有效抑制熔池中氢逸出的行为，从而提高焊接气孔的敏感性。
（2）本发明的一种防开裂不锈钢焊丝，药芯中的各成份用量配比合理，各组分间协同作用效果佳，特别是添加适量的稀土和合金粉，药芯焊丝用于焊接金属具有韧性好、强度高等较优的力学性能，且防开裂效果显著。
（3）本发明的一种防开裂不锈钢焊丝制备方法，先将物料进行高温干燥去水，提高焊条的烘干温度,延长高温的保温时间，选用波美度的钾型水玻璃，也是重要的工艺保证，可以有效抑制药皮发红、开裂、提高工艺稳定性。
（4）本发明的一种防开裂不锈钢焊丝及其制备方法，焊丝焊接工艺性能优良、电弧稳定、飞溅小、脱渣容易、成形细致美观、可全位置焊接；制备方法简单、成本低、效率高、环保无污染、可实现规模化生产。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种防开裂不锈钢焊丝，由304不锈钢钢带和药芯组成，药芯按质量百分比计由以下组份组成：sio28%、氟化稀土5份、凹凸棒粘土3%、草酸钙5%、由镁30%，铝20%，钛40%，硼10%组成的合金粉10%、金属铬5%、锰含量为55%的锰铁8%、钼粉2%、碳酸钾4%、由氧化锂、氧化钠和氧化钾按质量比1:1:3组成的碱金属氧化物8%、金红石6%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%。
一种防开裂不锈钢焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）按质量百分比分别称取sio28%、氟化稀土5份、凹凸棒粘土3%、草酸钙5%、合金粉10%、金属铬5%、锰铁8%、钼粉2%、碳酸钾4%、碱金属氧化物8%、金红石6%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%；
（2）将步骤1称取的sio2、氟化稀土、凹凸棒粘土、碳酸钾、碱金属氧化物、金红石加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，碾碎后过筛，筛选粒度80目的混合粉；
（3）将步骤1称得的合金粉、金属铬、锰铁、钼粉、铁粉与步骤（2）制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中250℃烘干3h，得到药芯粉末；
（4）将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成u型槽，然后向u型槽中添加步骤（3）得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率的质量比为28％，再通过成型机将u型槽碾压闭合，并将其拉拔至2.0mm，拉直，盘成圆盘，密封包装即可得到药芯焊丝。
所述的粘结剂水玻璃为钾型水玻璃，其波美度为34.0，添加量为药芯粉末总重量的20％。
实施例2
一种防开裂不锈钢焊丝，由304不锈钢钢带和药芯组成，药芯按质量百分比计由以下组份组成：sio25%、氟化稀土3份、凹凸棒粘土1%、草酸钙3%、由镁35%，铝15%，钛45%，硼5%组成的合金粉12%、金属铬5%、锰含量为60%的锰铁5%、钼粉1%、碳酸钾3%、由氧化锂、氧化钠和氧化钾按质量比1:2:1组成的碱金属氧化物5%、金红石2%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%。
一种防开裂不锈钢焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）按质量百分比分别称取sio25%、氟化稀土3份、凹凸棒粘土1%、草酸钙3%、合金粉12%、金属铬5%、锰铁5%、钼粉1%、碳酸钾3%、碱金属氧化物5%、金红石2%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%；
（2）将步骤1称取的sio2、氟化稀土、凹凸棒粘土、碳酸钾、碱金属氧化物、金红石加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，碾碎后过筛，筛选粒度90目的混合粉；
（3）将步骤1称得的合金粉、金属铬、锰铁、钼粉、铁粉与步骤（2）制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中280℃烘干2.5h，得到药芯粉末；
（4）将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成u型槽，然后向u型槽中添加步骤（3）得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率的质量比为29％，再通过成型机将u型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.8mm，拉直，盘成圆盘，密封包装即可得到药芯焊丝。
所述的粘结剂水玻璃为钾型水玻璃，其波美度为34.0，添加量为药芯粉末总重量的21％。
实施例3
一种防开裂不锈钢焊丝，由304不锈钢钢带和药芯组成，药芯按质量百分比计由以下组份组成：sio210%、氟化稀土8份、凹凸棒粘土5%、草酸钙8%、由镁32%，铝18%，钛45%，硼5%组成的合金粉15%、金属铬8%、锰含量为65%的锰铁10%、钼粉3%、碳酸钾5%、由氧化锂、氧化钠和氧化钾按质量比1:2:3组成的碱金属氧化物12%、金红石9%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%。
一种防开裂不锈钢焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）按质量百分比分别称取sio210%、氟化稀土8份、凹凸棒粘土5%、草酸钙8%、合金粉15%、金属铬8%、锰铁10%、钼粉3%、碳酸钾5%、碱金属氧化物12%、金红石9%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%；
（2）将步骤1称取的sio2、氟化稀土、凹凸棒粘土、碳酸钾、碱金属氧化物、金红石加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，碾碎后过筛，筛选粒度100目的混合粉；
（3）将步骤1称得的合金粉、金属铬、锰铁、钼粉、铁粉与步骤（2）制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中300℃烘干2h，得到药芯粉末；
（4）将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成u型槽，然后向u型槽中添加步骤（3）得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率的质量比为30％，再通过成型机将u型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.5mm，拉直，盘成圆盘，密封包装即可得到药芯焊丝。
所述的粘结剂水玻璃为钾型水玻璃，其波美度为35.0，添加量为药芯粉末总重量的22％。
实施例4
一种防开裂不锈钢焊丝，由304不锈钢钢带和药芯组成，药芯按质量百分比计由以下组份组成：sio28%、氟化稀土5份、凹凸棒粘土5%、草酸钙8%、由镁30%，铝20%，钛42%，硼8%组成的合金粉12%、金属铬5%、锰含量为60%的锰铁10%、钼粉1%、碳酸钾3%、由氧化锂、氧化钠和氧化钾按质量比1:2:1组成的碱金属氧化物5%、金红石9%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%。
一种防开裂不锈钢焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）按质量百分比分别称取sio28%、氟化稀土5份、凹凸棒粘土5%、草酸钙8%、合金粉12%、金属铬5%、锰铁10%、钼粉1%、碳酸钾3%、碱金属氧化物5%、金红石9%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%；
（2）将步骤1称取的sio2、氟化稀土、凹凸棒粘土、碳酸钾、碱金属氧化物、金红石加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，碾碎后过筛，筛选粒度95目的混合粉；
（3）将步骤1称得的合金粉、金属铬、锰铁、钼粉、铁粉与步骤（2）制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中280℃烘干2h，得到药芯粉末；
（4）将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成u型槽，然后向u型槽中添加步骤（3）得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率的质量比为29％，再通过成型机将u型槽碾压闭合，并将其拉拔至1.8mm，拉直，盘成圆盘，密封包装即可得到药芯焊丝。
所述的粘结剂水玻璃为钾型水玻璃，其波美度为34.0，添加量为药芯粉末总重量的20％。
对比例1与实施例1进行比较
对比例1
一种防开裂不锈钢焊丝，由304不锈钢钢带和药芯组成，药芯按质量百分比计由以下组份组成：sio28%、凹凸棒粘土3%、草酸钙5%、由镁30%，铝20%，钛40%，硼10%组成的合金粉10%、金属铬5%、锰含量为55%的锰铁8%、钼粉2%、碳酸钾4%、由氧化锂、氧化钠和氧化钾按质量比1:1:3组成的碱金属氧化物8%、金红石6%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%。
一种防开裂不锈钢焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）按质量百分比分别称取sio28%、凹凸棒粘土3%、草酸钙5%、合金粉10%、金属铬5%、锰铁8%、钼粉2%、碳酸钾4%、碱金属氧化物8%、金红石6%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%；
（2）将步骤1称取的sio2、凹凸棒粘土、碳酸钾、碱金属氧化物、金红石加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，碾碎后过筛，筛选粒度80目的混合粉；
（3）将步骤1称得的合金粉、金属铬、锰铁、钼粉、铁粉与步骤（2）制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中250℃烘干3h，得到药芯粉末；
（4）将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成u型槽，然后向u型槽中添加步骤（3）得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率的质量比为28％，再通过成型机将u型槽碾压闭合，并将其拉拔至2.0mm，拉直，盘成圆盘，密封包装即可得到药芯焊丝。
所述的粘结剂水玻璃为钾型水玻璃，其波美度为34.0，添加量为药芯粉末总重量的20％。
对比例2与实施例1进行比较
对比例2
一种防开裂不锈钢焊丝，由304不锈钢钢带和药芯组成，药芯按质量百分比计由以下组份组成：sio28%、氟化稀土5份、凹凸棒粘土3%、草酸钙5%、金属铬5%、锰含量为55%的锰铁8%、钼粉2%、碳酸钾4%、由氧化锂、氧化钠和氧化钾按质量比1:1:3组成的碱金属氧化物8%、金红石6%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%。
一种防开裂不锈钢焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）按质量百分比分别称取sio28%、氟化稀土5份、凹凸棒粘土3%、草酸钙5%、金属铬5%、锰铁8%、钼粉2%、碳酸钾4%、碱金属氧化物8%、金红石6%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%；
（2）将步骤1称取的sio2、氟化稀土、凹凸棒粘土、碳酸钾、碱金属氧化物、金红石加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，碾碎后过筛，筛选粒度80目的混合粉；
（3）将步骤1称得的合金粉、金属铬、锰铁、钼粉、铁粉与步骤（2）制得的混合粉充分搅拌，混合之后放入烘干炉中250℃烘干3h，得到药芯粉末；
（4）将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成u型槽，然后向u型槽中添加步骤（3）得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率的质量比为28％，再通过成型机将u型槽碾压闭合，并将其拉拔至2.0mm，拉直，盘成圆盘，密封包装即可得到药芯焊丝。
所述的粘结剂水玻璃为钾型水玻璃，其波美度为34.0，添加量为药芯粉末总重量的20％。
对比例3与实施例1进行比较
对比例3
一种防开裂不锈钢焊丝，由304不锈钢钢带和药芯组成，药芯按质量百分比计由以下组份组成：sio28%、氟化稀土5份、凹凸棒粘土3%、草酸钙5%、由镁30%，铝20%，钛40%，硼10%组成的合金粉10%、金属铬5%、锰含量为55%的锰铁8%、钼粉2%、碳酸钾4%、由氧化锂、氧化钠和氧化钾按质量比1:1:3组成的碱金属氧化物8%、金红石6%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%。
一种防开裂不锈钢焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）按质量百分比分别称取sio28%、氟化稀土5份、凹凸棒粘土3%、草酸钙5%、合金粉10%、金属铬5%、锰铁8%、钼粉2%、碳酸钾4%、碱金属氧化物8%、金红石6%、余量为铁，以上组分质量百分比之和为100%；
（2）将步骤1称取的sio2、氟化稀土、凹凸棒粘土、碳酸钾、碱金属氧化物、金红石加入水玻璃粘结剂混合均匀，然后放置在加热炉中烧结，碾碎后过筛，筛选粒度80目的混合粉；
（3）将步骤1称得的合金粉、金属铬、锰铁、钼粉、铁粉与步骤（2）制得的混合粉充分搅拌，得到药芯粉末；
（4）将304不锈钢钢带放置在药芯焊丝成型机的放带机上，通过成型机将304不锈钢钢带轧制成u型槽，然后向u型槽中添加步骤（3）得到的药芯粉末，控制药芯粉末的填充率的质量比为28％，再通过成型机将u型槽碾压闭合，并将其拉拔至2.0mm，拉直，盘成圆盘，密封包装即可得到药芯焊丝。
所述的粘结剂水玻璃为钾型水玻璃，其波美度为34.0，添加量为药芯粉末总重量的20％。
实施性能测试：
熔敷金属力学性能见表1(所有试验均按照gb/t983-1995执行)。
表1
不锈钢点腐蚀试验
首先，对试样进行热处理，热处理温度为650℃，时间为2h，然后，将经过热处理的试样放入120g分析纯的fecl3·6h2o溶于1000ml去离子水配制的溶液中，保持23℃，72h。腐蚀速率为0.02，0.04g/m2·h，且均无点蚀。
以上实验结果表明，本发明实施例1-4制备的防开裂不锈钢焊丝，焊接工艺性优良，且韧性好、强度高等较优的力学性能，且防开裂效果显著，均能满足较高要求，对比例由于不同组分和工艺的变化，导致性能变差。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。