금속 그 자체 그리고 용접부는 완벽하게 무결하지 않다는 것은 다들 아실 것입니다. 
어떻게 보면 대부분의 금속이 입계를 가지는 그 자체가 
이미 파괴의 가능성을 불가피하게 내재하고 있는 지도 모릅니다.
또한, 왠만한 현미경 배율로는 관찰하기 어려 운 마이크로 사이즈의 균열이 있을 수도 있죠~ 
이들은 너무 작아서 비파괴 검사로 검출되지 않을 뿐더러 
기하학적 노치로 작용할 수 있다는 일반론의 예외일 수도 있습니다. 
뿐만 아니라 소재를 소성 혹은 열 가공하는 중에 내부에 응력이 남게되는데
그 응력은 강도에 플러스가 되기도 하지만 파괴 측면에서 마이너스가 될 수도 있죠. 
이러한 것들은 어쩌면 완전히 없앨 수 없기 때문에 기본으로 깔아 두어야 할 것들입니다.
 
용접부는 특히, 급열급랭이라는 특징으로 인해 
소재에 비해 육안이나 비파괴 검사로 잡히는 결함(정확하게는 불연속부)이 비교적 많습니다. 
용접부의 중요도나 결함의 유형/사이즈에 따라 어떤 것은 문제가 되지 않을 수도 있고 
또 어떤 것은 사이즈에 상관없이 문제가 되기도 합니다. 
왜 그럴까요? 
결함의 형상에 따라서 그 부분이 노치로 작용할 수 있기 때문입니다. 
흠을 만들어 두면 당겼을 때 그 부위를 따라 찢어집니다. 
흠에서 응력이 집중되기 때문이죠. 

일반적으로 노치로 작용할 수 있는 것은 형상적으로 불안정한 것들입니다. 
표면에서 육안으로 관찰이 가능한 여성이나 언더컷 등의 기하학적 불균일(surface irregularity),
그리고 내부에 감춰져 있는 기공이나 개재물 및 미용입부나 균열 등의 불연속부(discontinuity) 등이 있습니다.
곧 얘기하게될 ECA와 결부지어 내부결함(embeded defect)에 대해서만 따져보면, 기공 보다는 개재물이, 개재물 보다는 LF(Lack of Fusion)가 그리고 LF 보다는 균열이 응력집중의 정도가 높을 것으로 보입니다. 
그래서 LF나 균열은 사이즈에 상관없이 허용되지 않습니다.

위에서 균열이나 LF는 일반적으로 무조건 허용되지 않는다고 했습니다. 
그런데 이것이 과연 절대적인 기준이 되어야만 하는 지에 대해서 고민해 보신적 있으신가요?
균열이 전파하기 위해선 인장응력이 필요합니다. 당기는 힘이 있어야 찢어지지 않겠습니까?
만약, 어떤 부재에 압축응력만 걸려 있다면
균열이 있다고 해서 그 균열이 전파하여 파단으로 이어질까요? 
그렇지 않을 것 같습니다. 
또한, 균열의 방향이 그나마 응력 방향과 평행하다면 
응력방향과 90도인 경우에 비해 상대적으로 나을 수도 있습니다. 
파괴까지의 시간지연이 보다 크겠고 균열의 방향성에 따라서 Criticality가 다를 것입니다.
뿐만 아니라 균열이 표면 근방에 존재하는지 내부 깊숙히 존재하는 지에 따라서도 
전파 거동은 달라질 수 있습니다. 
균열 주변의 잔류응력이 어떻게 분포하는 지도 큰 영향을 미칠 것입니다. 

말씀드리고 싶은 것은 '절대적이지 않을 것 같다'고 의심을 가져보는 순간, 
설계적으로나 시공적으로 여유가 생길 수 있습니다. 
소재마다 각각 다른 물성을 갖습니다. 강도가 다르고 인성이 다르죠~ 
또한, 동일한 강도일 지라도 인성이 다를 수 있습니다. 

파괴에 저항하는 성질이 인성입니다. 
그렇다면 인성이 높은 소재는 보다 가혹한 조건에서도 견딜 수 있겠군요~ 
바꿔 얘기하면, 높은 인성의 소재를 사용하면 어느 정도의 결함은 용인될 수도 있습니다. 
용접을 하면 용착금속의 수축과 주변의 가열과 냉각, 그로 인한 변태에 따른 체적변화 
그리고 외부 구속이 복합적으로 작용하여 잔류응력이 발생합니다. 
잔류응력은 특히 인장성 잔류응력은 소재 강도에 마이너스로 작용할 뿐만아니라 
노치를 벌어지게 하기도 합니다. 

그렇다면 후열처리를 통해 잔류응력을 제거하면 
균열이 있더라도 전파를 더디게 할 수 있겠군요. 
일면 용접을 양면용접으로 변경하면 그래서 양방향 교호로 적절히 잘 분배하여 용접한다면 
후열처리 없이도 잔류응력을 최소화할 수 있겠군요~
이렇듯 용접부에 균열이 존재하더라도 파괴되지 않거나 
파괴를 지연시킬 수 있는 방법은 여러가지가 존재합니다. 
그런데 '균열은 무조건 허용이 되지 않는다'고 하는 것은 
더 이상 고민하지 않기 위해 품질 측면에서의 관리의 편의(?)로 인하여 
공학적인 융통성을 포기하는 것이라고 여깁니다. 
물론, 관리를 해야하겠죠~ 
모든 측면에서 위의 논리를 갖다 대자는 것이 아니라 
기본은 지키되 불가피한 상황이 발생한 경우에는 
융통성을 발휘하여 리스크를 최소화하는 것도 필요하다는 논리입니다.

ECA라는 기법이 있어요~ Engineering Critical Assessment의 약어인데, 
구조적 적합성 평가라고 해석을 많이 합니다.
Fracture Mechanics Analysis 파괴역학적 분석이라고도 불리우기도 하구요~ 
구조적 무결성과 서비스의 지속 가능성을 평가하는데 적용하는 분석 기법입니다. 
말이 어렵긴 한데.. 쉽게 얘기하면, 
'결함이 내재된 상태에서 설계 수명까지 사용할 수 있을 지의 여부를 
판단하는 기법'으로 이해하면 되겠습니다. 
과거에는 소재의 강도만으로 설계를 했다면(용접부는 모재에 준하는 것으로 가정되었습니다.)
현재는 용접으로 인한 불안요소까지 감안하는 것으로 그 범위가 넓어진 것이죠. 
이를 통해, 이미 사고가 났다면 추후에 용접 설계를 개선할 수 있을 것이고
(특히, 어느 정도의 인성을 가진 소재가 적합할 지 판단할 수 있게 될 것 입니다), 
현실적이지 못한 후열처리 공정을 뺄 수도 있을 것이며 
경우에 따라서는 까다로운 비파괴검사 기준을 완화시킬 수도 있을 것입니다.
(허용 가능한 결함 사이즈를 추정해 낼 수 있을테니까요)

ECA의 기본적으로 용접부 내부에 결함이 있다고 가정을 합니다. 
크기는 얼마이고 위치(표면인지 내부인지 내부라면 표면으로 부터의 깊이는 어느 정도인지)는 
어디인지가 변수이죠. 
여기에 온도, 압력 및 부식 등의 환경, 하중의 유형(정적 혹은 동적 하중)과 크기, 
소재의 물성 즉, 강도와 인성 그리고 용접에 의한 잔류응력 등을 고려합니다. 
다분히 예측을 하는 과정이기 때문에 모델링이나 해석이 필요할 것입니다. 
환경적인 부분과 하중의 유형은 정해져 있기 때문에 
균열의 위치/사이즈, 자재의 물성과 후열처리와 같은 시공방법 등이 변수가 되겠죠~ 
사양 높은 자재를 쓰면 후열처리를 완화시킬 수 있고 균열에 대한 관용도가 높아질 것이며
낮은 사양의 자재를 쓸 수밖에 없다면 비파괴검사 기준을 까다롭게 가져가거나 
후열처리를 해주면 되겠죠. 
ECA는 이렇게 다각도로 활용될 수 있습니다. 
대신, 비파괴 검사에 대한 절대적인 신뢰성 확보가 중요할 것 같습니다. 
결함에 대한 사이징이 못 미더우면 의미가 없을 수 있겠죠.

사례를 하나 소개합니다. 
두께가 엄청난 Heavy Structure를 선체에 붙여야 했습니다. 
피로하중이 걸리는 부분이기 때문에 후열처리가 필수였죠. 
그런데 후열처리를 해버리면 손 쓸수 없는 변형이 우려되었습니다. 
용접부 NDE를 까다롭게 적용할 예정이지만, 
후열처리를 완화받기 위해 결함이 내재된 상황으로 ECA를 했습니다. 
문제가 없는 것으로 나왔습니다. 
그래도 안도하지 못했죠. 
왜냐하면 용접으로 인한 잔류응력은 시공을 어떻하냐에 많이 좌우되기 때문었습니다. 
그래서 대안을 줬습니다. 
예열관리를 철저히 하고 변형을 최소화하는 용접순서와 CTOD 용접재료의 적용 
그리고 용접조건의 철저 준수 등이 그것이었습니다. 
후열처리가 비현실적이기 때문에 ECA와 적절한 대안을 통해 문제를 해결한 사례입니다.

ECA 만으로는 현실을 충실히 대변할 수 없습니다. 보완이 되어야 하죠~ 
그러나 ECA적 접근은 분명 불완전한 용접에 안전장치를 체결해줄 수 있을 것으로 믿습니다. 
기본적으로는 규정을 만족하도록 노력하고 
다소 현실과 거리가 먼 부분에 대해서 ECA 적으로 접근한다면 
코드/스텐다드적으로도 어느정도 타협이 될 것입니다. 
우리로서는 가지고 있는 모든 지식을 총동원할 수 있는 
그래서 흩어진 지식을 연결지을 수 있는 좋은 계기가 될 수도 있을 것입니다. 
쉽게 설명드린다고 ECA의 과정은 저도 몰라서 생략을 했습니다만 결코 쉽지 않은 과정입니다. 
그런데 ECA 결과의 신뢰성을 높여주는 것은 용접 엔지니어의 경험과 통찰력일 것이란 생각이 듭니다.

저는 ECA 전문가는 아닙니다. 그저 일을 하는 가운데 나름대로 개념만 정리해 두었습니다.