Por Que os Trilhos Não Precisam de Juntas de Expansão?

vamos incendiárias vimos como Hans goldsmith descobriu que o óxido de metal como a ferrugem pode reagir com pó de alumínio gerando metal líquido puro essas reações são chamadas de reações de termita sim isso é loucura inicialmente o termita encontrou aplicações limitadas reparando o maquinário pesado em locais remotos seu uso muito mais comum aquele onde é amplamente empregado hoje Precisou de um pouco mais de convencimento há um som que todos associam com ferrovias esse é o som das rodas do Trem passando pela junção entre um trilho e o próximo no início das ferrovias as Siderúrgicas fabricavam Trilhos com aproximadamente 12 m de extensão então em campo eles eram parafusados juntos usando placas de [Música] junção isso criaria pequenas lacunas entre as peças do trilho e causaria esse tipo de som característico é tata tata certo e todos que cantam ferrovia cantam esse tata tata tata tata mesmo que não amos mais isso mas ainda imaginamos ISS era tão característico para o som de andar de trem o trilho flexionar fazendo o trem balançar e rar E também aumentaria o desgaste nas rodas e criaria vibrações nos trilhos então eles exigiam manutenção frequente então você pode esperar que após a invenção do termita as ferrovias estariam animadas para soldar seus Trilhos juntos com metal líquido mas não foi esse o caso [Música] eles nunca teriam a ideia de soldá se ele tivesse ido a um gerente de ferrovia e dissesse eu sou o Dr Hans goldsmith tenho um processo pelo qual posso soldar seus polegares juntos para esses gerentes de ferrovia isso teria soado mais útil do que o que ele realmente propôs que era soldar seus Trilhos as lacunas entre os trilhos eram essenciais pois as ferrovias ficam expostas aos elementos durante todo o ano então eles encolhem quando fica frios no inverno e se expandem no calor do verão um aumento de 40º C faria um trilho de 12 m crescer 6 mm sem lacunas no trilho as pessoas esperavam que quilômetros de ferrovia se expandissem e se deformem levando ao pior resultado possível descarrilamentos de trem portanto sugerir conectar todos os trilhos juntos seria uma péssima ideia isso seria uma péssima ideia quanto maior o tril maior a lacuna e o problema alguém diz que pode fazer um trilho infinito certo isso só gera um problema sem fim os primeiros realmente dispostos a discutir isso foram os trilhos de Bonde trilhos de Bonde estão embutidos nas Ruas das cidades o trilho do bonde é bem menor Então as forças são muito menores Então os trilhos de Bonde foram os primeiros que se interessaram em Como podemos nos livrar desse tata tata é meio irritante sabe no meio da rua essa foi basicamente a primeira tentativa e eu acho que em essen e depois em outras cidades Neste vídeo tive a chance de soldar dois Trilhos usando termita e vou levar você através dos oito passos do processo primeiro vou mostrar como eu fiz cara isso é difícil vamos comparar isso com como os profissionais fazem todos os experimentos foram realizados sobre supervisão profissional com as devidas precauções de segurança Ok estamos aqui no campo alemão e esta noite eles vão soldar este trilho eles farão cerca de 150 soldas hoje à noite ao soldar Trilhos é importante fazê-lo na temperatura neutra do trilho para evitar problemas essa é uma temperatura pré-definida na qual o trilho não deve ter nenhum estresse e é a temperatura pela qual aquele pedaço de trilho que você está soldando deve ter zero tensão quando a temperatura cai ocorre tensão negativa e quando sobe ocorre tensão positiva e como estávamos filmando na Alemanha no verão eles soldam à noite depois que o trilho esfriou quando os trilhos são colocados eles se tocam inicialmente o primeiro passo na soldagem é criar um espaço para despejar o aço termita líquido Então você tem que cortar cerca de 2,5 do final de um trilho isso pode ser feito com uma serra circular vamos fazer isso cortando uma trilha no campo eles cortam a lacuna com o [Música] maçarico preciso de um pequeno descanso Ah isso é realmente exaustivo o próximo passo é alinhar o trilho para que a solda faça uma conexão perfeita ambos os trilhos devem ser inclinados de leve para cima em direção à lacuna isso ocorre porque quando o aço termita líquido é despejado ele se contrai à medida que esfria o que cria uma força de tração para dentro Mas essa força vai variar de um lugar para outro como há mais metal no topo há mais força puxando o trilho juntos lá por isso os trilhos são angulados para cima para que a após a contração do aço líquido eles fiquem retos perfeitamente planos agora você pega uma das cunhas e coloca um pouco debaixo do trilho de lado seria um pouco de lado seria um pouco melhor sim está bom ok o mesmo vale para o outro lado nós vamos verificar se não há lacuna no momento precisamos de 2.4 a 3.6 aqui acerte mas agora este trilho está muito mais alto do que este e queremos Ter ambos na mesma altura O que significa que agora temos que acertar esta Cunha fazemos isso até obtermos a altura correta Ok [Música] pare além do alinhamento vertical os trilhos também precisam ser alinhados horizontalmente Há uma grande lacuna entre a borda reta e os trilhos há uma lacuna e eles precisam nós precisamos de mais um pico deste lado sim é um processo frustrante pois alinhar horizontalmente desajusta o alinhamento vertical e vice-versa tenho sorte de ter tido ajuda ou teria ficado aqui por horas ao terminarmos conferimos novamente o alinhamento na cabeça e no pé do trilho e fizemos uma descoberta aterrorizante nosso trilho está torcido mesmo que ambos os trilhos estivessem alinhados no topo um trilho estava ligeiramente torcido em relação ao outro o que você pode ver por não estar alinhado no pé a tolerância máxima permitida é de 2 MM sim aqui temos mais de 2 MM Então temos que desentortar o trilho isso claro desalinhou a vertical e a horizontal então tivemos que fazer tudo de novo estamos perto um pouco mais mas no campo os caras alinham o trilho tão rapidamente e facilmente realmente é uma arte agora podemos ajustar o dispositivo de fixação isso vai segurar o molde de sapatos e tocha de pré-aquecimento no lugar a tocha de pré-aquecimento ficará aqui e manteremos os moldes no lugar com seus braços aqui o próximo passo é alinhar o queimador é crucial alinhar bem a tocha para aquecer os dois lados do trilho de forma igual eu acho que parece bom mas talvez um pouco para aquele lado então poderia ir só um toque existe um molde e o plug para você em seguida colocaremos os moldes dentro do molde de sapato os fixaremos nas braçadeiras e alinharem ambos os lados é essencial tornar a vedação a prova d’água porque o aço líquido é tão líquido quanto a água mas quase oito vezes mais denso se não estiver devidamente selado o aço vazar para par bastante bom eu espero que sim surpreendentemente nos saímos muito bem na primeira tentativa apesar das dificuldades para alinhar os trilhos alinhar os trilhos foi uma das partes mais difíceis No começo é loucura então isso é areia como areia de praia não tem uma quantidade maior de argila dentro manté no lugar e sela vou começar a selar este lado pode começar a selar deste lado começo a selar com a mão e vou compactá-la com este dispositivo de amortecimento e para garantir que nenhum do Metal líquido possa vazar nós colocamos areia adicional por todos os lados para que não haja absolutamente nenhuma lacuna então é hora de um dos Passos mais cruciais preaquecer o trilho coloque-o Aperte o parafuso e então abra a válvula também preparamos uma demonstração atrás do vidro para vermos o processo de soldagem incluindo o pré-aquecimento o pré-aquecimento é essencial por algumas razões primeiro ele se livra de qualquer umidade e outros voláteis no molde que criariam bolhas quando o aço derretido é despejado Além disso ele deixa as extremidades do trilho Bem quentes O que é essencial pois a taxa de transferência de calor depende da diferença de temperatura entre dois materiais se despejem aço líquido entre dois Trilhos a Temper ambiente o aço líquido esfriaria rapidamente e isso é um problema vamos aquecer duas Peas de trilho e vamos resfriar uma muito rápido na água e a outra vamos resfriar na areia muito lentamente apenas para mostrar como a dureza aumenta dependendo do tempo de resfriamento e agora você tenta quebrá-lo isso é difícil de dobrar na [Música] verdade sim é difícil dobrar Essa é a que estava na água sim e nós a resfriamos muito [Música] rápido e é assim que se quebra e agora você vê como a estrutura do Aço ele quebra muito facilmente isso é porque quando o aço esfria rapidamente os átomos de carbono ficam presos na rede criando uma microestrutura similar a agulhas isso forma um aço conhecido como martensita a martensita é realmente dura mas também frágil já que a rede não consegue mais absorver energia sem fraturar agora podemos olhar o relógio temos um 1 minuto e meio até que tenhamos que removê-lo novamente entendido o próximo passo é acender o termita e é importante fazer isso logo após desligarmos o pré-aquecimento 5 4 3 2 1 então eu coloquei o plug no molde e depois o balde de termita em cima e então eu o acendi Ah meu Deus não [Música] Ah meu Deus uau então a reação da termita está ocorrendo dentro estamos formando aço líquido e também óxido de alumínio líquido todas essas demonstrações são incrivelmente difíceis de filmar porque serão muitas ordens de magnitude mais brilhantes do que a cena normal portant somente obter exposição é um grande desafio isso me lemb que a pocia irradiada porgo termicamente proporcional à temperatura elevada à quarta potência assim pequenas elevações de temperatura geram grandes aumentos de potência [Música] no vídeo anterior mostramos através do vidro o que ocorreu no Cadinho a formação e separação do aço líquido e do óxido de alumínio líquido e então o aço líquido descendo pelo fundo bem aqui podemos ver esse aço líquido Caino no molde então o aço líquido entra primeiro e vai até o fundo em seguida a escória come a sair mas como o óxido de alumínio tem uma densidade menor que o aço ele simplesmente vai flutuar por cima e sair pelas laterais para as panelas de escória então isso garante que não teremos nenhuma escória misturada com o aço líquido Isso é incrível sim isso é simplesmente Espetacular uau isso é corajoso e agora nós esperamos precisamos que o aço esfrie o suficiente para solidificar mas não demais para não dificultar a remoção do excesso de aço e escória você precisa acertar o tempo o que ele acha Apenas me diga que não é mais líquido Eu acredito em você do minutos se passaram então vamos esperar mais 30 segundos depois que esse tempo passou então é hora de basicamente limpar essa solda então podemos remover as panelas de escória e os moldes de sapato nós quebramos o topo deste molde estes moldes são de uso único e são destruídos durante o processo agora você coloca de lado pass isso pelo as panelas de escória Está bom então usamos uma tesoura de solda que pode criar até 20 toneladas de força para cortar o excesso de aço do topo da solda [Música] [Aplausos] depois disso Martel as partes excedentes isso é divertido Na verdade eu gosto dessa etapa em seguida lixe a solda para que fique no mesmo nível do trilho Obviamente você não quer obstáculos ou reentrâncias quando o trem passar Então essa etapa de lixamento é realmente importante então colocamos a máquina de lixar e lixamos até que reste no máximo 1 mm de material e tentamos lixar apenas em cima da solda geralmente ocorre em duas etapas primeiro ocorre uma moagem grossa seguida de uma moagem mais fina nós só moemos superfície superior não moemos a flanco de corrida você precisa abaixar o dispositivo de moagem e segurar tudo o que torna ainda mais pesado do que a parte anterior isso é moagem bruta bem ali Estou suando é como um treino sério os caras no campo eram claramente melhores em deslizar no corrimão do que eu então eles seguiriam em frente deixando para trás uma são do trilho ainda brilhando de tão [Música] quente milhões de pessoas provavelmente assistirão a este vídeo qual é a probabilidade de eles terem passado por uma de suas soldas de termita eles irão 100% 100% em qualquer lugar do mundo sim em qualquer lugar do mundo existem países onde não estamos como líder de mercado ou algo mas finalmente eles vão cavalgar acima de nó nossas soldas nós simplesmente vamos cortá-lo E então levá-lo para laboratório de metalurgia isso é pesado Essa é a minha primeira solda de termita cara isso está quente Isso é o que você fez ontem agora podemos colocar no ácido o que o ácido faz com a superfície o ácido ataca o aço mas porque a orientação dos Cristais dentro do aço não é a mesma o ácido não o ataca da mesma maneira em todos os lugares e porque isso é diferente você pode ver diferentes estruturas você pode ver algumas estruturas finas no trilho na zona afetada pelo calor e na digamos zona de fusão Posso tocá-lo sim você realmente não consegue sentir base microscópica sim você não pode sentir interessante que você pode ver mas não é e é uma linha muito fina quer dizer você pode até ver as diferentes estruturas dos Cristais na solda você pode ver três zonas diferentes o trilho normal possui grão horizontal Em ambos os lados devido ao processo de laminação na Siderúrgica no meio está o aço termita você ainda pode ver um pouco de grão horizontal mas aqui ele não vem do aço sendo laminado já que isso Acabou de solidificar a partir do líquido em vez disso formou-se a partir da frente de solidificação movendo-se dos lados para o centro e quando os cristais de ambos os lados se encontram cria poros microscópicos resultando nesta linha mais escura no centro agora a fronteira do aço termita não é nítida e isso porque quando o aço líquido é derramado ele realmente derrete parte do trilho isso ajuda a formar uma ligação forte uma boa solda seria suficiente com apenas uma camada de átomos fundida mas estamos usando o processo em um canteiro de obras e no canteiro de obras Nem tudo é tão bem manuseado como em um laboratório a lacuna varia Então precisamos de algo robusto com funções em canteiros de obras na Alemanha as regulamentações exigem a fusão de cerca de 3 mm de cada trilho a zona final está entre o trilho normal e o aço termita este aço não derreteu Mas recebeu calor suficiente para que a estrutura Cristalina mudasse resultando tem uma estrutura de grão menor isso é chamado de zona afetada pelo calor se você medir a dureza ao longo da solda esta zona é a mais fraca tanto em termos de dureza quanto de força necessária para deformar permanentemente o aço Então se uma solda se rompe é quase sempre aqui essa linha poderia aparecer naquela macr gravura vê o que que eu quero dizer essa é uma linha de fusão aqui não há vedação de trilho afetada pelo calor então a estrutura é alterada pelo aquecimento e depois pela recristalização do aço então a questão é qual a resistência de um trilho soldado bem na goldsmith eles realmente pegam seções de trilho que foram soldadas e as testam até a falha a cada 200 basicamente criamos uma solda de teste e analisamos em termos de química analisamos em termos de dureza e analisamos a flexão Esta é a prensa de dobramento eles colocam isso aqui certo e então a força vem de cima e desce e quebra e nós medimos a velocidade e também a força parece que está flexionando um pouco então estamos sobrecarregando essa solda dobrando até que ela se rompa veja essa curva ir queremos determinar a força necessária para romper e o local exato da ruptura 140 está ficando realmente desviado Agora sim 150 toneladas uau isso foi legal eu estava apenas esperando uma pequena rachadura Isso foi uma falha catastrófica mais de 150 toneladas acreditamos que a rachadura se propagou de baixo para cima pois está sendo empurrada para baixo então isso está sob muita tensão Sim então ele quebra sob tensão rasga aqui embaixo deste jeito e assim ele não quebra no meio da solda você está dizendo que esta zona ao lado que é um material de trilho anterior que foi aquecido na solda é na verdade mais fraco anualmente aproximadamente 2 milhões de soldas são feitas com termita sendo que metade utiliza a termita de goldsmith agora cada solda cria cerca de 2,5 de trilho então no total São 50 toos os anos atir de Aço lquido você tem um processo muito exigente e precisa garantir que existam certas propriedades em relação à flexão à tensão à dureza Esse é um processo que precisa ser replicado milhões de vezes por ano os trilhos de TR são soldados ror mundo se deformam no verão com o calor bem isso é porque existe outra maneira de alterar o comprimento do trilho Ok imagine um pedaço de trilho se usarmos uma máquina poderosa para empurrá-lo de ambos os lados ele irá encurtar um pouco e se por outro lado puxarmos o trilho ele irá alongar você pode usar o stresse mecânico para alterar o comprimento do trilho a mudança fracionária no comprimento se denomina deformação e se você tr a relação entre estresse e deformação descobrirá que ela tem uma relação linear pelo menos com a deformação elástica contanto que as tensões aplicadas não sejam muito grandes o trilho voltará ao seu comprimento original quando a tensão for removida e isso é fundamental porque Enquanto fazemos isso temos duas maneiras de alterar o comprimento térmico e mecânico e podemos usar um para compensar o outro quando o trilho quer expandir termicamente podemos usar forças para comprimi-lo é para isso que os dormentes e o lastro servem os dormentes fixam o trilho e o lastro trava os dormentes no lugar então à medida que a temperatura aumenta o trilho não se alonga em vez disso o estresse no trilho o estresse compressivo aumenta e o trilho apenas se expande para o topo e os lados que não estão restritos também é interessante notar que as ferrovias normalmente usam a temperatura neutra mais alta possível porque um trilho que encolhe demais no inverno e racha sob tensão é menos problemático do que um que se expande demais no verão e portanto se deforma também é mais fácil detectar um trilho rachado do que um deformado usando medidas de condutividade assim a expansão e contração térmicas são compensadas pela tensão mecânica é por isso que não precisamos de juntas de expansão nas ferrovias isso permite que os trens andem mais rápido com menos solavancos vibrações e manutenção grady do practical Engineering na verdade fez um vídeo inteiro sobre isso e é excelente eu recomendaria até agora vimos termita em condições normais condições habilmente ajustadas para proteger a termita de seu ambiente no próximo episódio sobre termita veremos o que acontece quando isso não ocorre aprenderemos a Como trabalhar com termita nessas circunstâncias [Música] Acredite você não vai querer perder a parte três Minhas mãos estão tremendo inscreva-se para ser notificado quando o vídeo for lançado