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A7N01铝合金属于Al-Zn-Mg系热处理强化铝合金,具有较好的焊接性和综合力学性能,广泛应用在轨道交通领域,是高速列车车体使用的主要结构材料之一。本文采用光纤激光-变极性非熔化极惰性气体保护焊（VPTIG）填丝复合焊接4mm厚A7N01铝合金,获得了成形良好、无明显焊接缺陷的焊接接头。系统研究了自然时效对A7N01铝合金复合焊接接头显微组织及力学性能的影响规律,探讨了焊接接头软化行为。分别对比了带余高与去除余高后焊接接头的疲劳性能,同时分析了自然时效、显微组织和应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响,建立了显微组织与疲劳性能的关系。研究结果表明:复合焊接接头的显微组织主要由位于焊缝中心的等轴树枝晶、柱状晶、以及熔合线附近的细晶区组成。自然时效60天后,焊缝中心金相显微组织没有发生明显改变,透射电镜分析结果显示,自然时效后,焊缝中强化相MgZn2的析出数量增多。自然时效状态下,焊接接头显微硬度值较焊态时有所提高。焊态下接头抗拉强度均值为320MPa,约为母材的75%,自然时效30天后,其抗拉强度均值提高到369MPa,达到母材83%,并在自然时效30天后趋于稳定。采用EBSD对比了焊接接头不同区域的晶粒及晶界尺寸,并通过EDS进行焊接接头不同区域元素分布扫描。对比分析显示:焊缝区晶粒尺寸粗大、晶界取向随机分布;在焊接过程中Mg、Zn等合金元素的烧损,造成熔池凝固后焊缝区强化相析出数量减少。晶粒粗大及强化相析出数量减少二者共同作用,导致焊接接头出现明显的软化行为。将焊接接头自然时效30天后,进行带余高与去除余高后的光滑试样的接头疲劳性能测试,并通过EBSD详细分析了焊接接头疲劳断裂特征。带余高焊接接头在循环次数N=107的疲劳极限为115MPa,疲劳裂纹在焊趾应力集中处萌生;去除余高后,焊接接头疲劳极限提高到160MPa,断裂位置在焊缝中心软化区,焊缝上部随机分布的微气孔引起应力集中,成为疲劳裂纹萌生源头。为了进一步评价复合焊接接头的抗疲劳断裂能力,对比研究了母材、热影响区、焊缝区的疲劳裂纹扩展速率,同时对比了不同应力比条件下的焊接接头疲劳裂纹扩展速率。通过对比可知,不同区域的显微组织对疲劳裂纹扩展速率影响较大,母材抗疲劳裂纹扩展能力较强,疲劳裂纹扩展速率最慢,热影响区次之,焊缝区晶粒尺寸较大,且焊缝中心为焊接接头的软化区,抗疲劳裂纹扩展能力较弱,其疲劳裂纹扩展速率最快。自然时效30天后,焊接接头力学性能达到稳定值,焊缝和热影响区强化相析出数量增多,析出相阻碍疲劳裂纹扩展,焊接接头疲劳裂纹扩展速率相对于焊态有所降低,焊接接头抗疲劳裂纹扩展能力提高。不同应力比条件下疲劳裂纹扩展速率不同,随应力比的增加疲劳裂纹扩展速率增加,其原因主要与疲劳裂纹闭合效应有关。