为实现高速列车轻量化,铝合金材料被广泛应用于高速列车的多种部件,7N01铝合金是理想的中强可焊结构材料,多用于端面梁、车端缓冲器、侧面构件骨架和车架枕梁等部位。目前,7N01铝合金多使用ER5356焊丝进行MIG焊接,填充金属ER5356本身属于Al-Mg系不可热处理强化的合金,然而大量的拉伸试验结果显示,焊接接头随着停放时间的延长,拉伸试样均断裂在焊缝区,而强度却明显提高,表明焊缝区发生了自然时效。因此有理由推断在焊接过程中母材中的沉淀强化相形成元素Zn必然以某种方式扩散到了焊缝区,并在焊接过程及随后的冷却过程中形成过饱和固溶体,致使焊缝区发生自然时效强化。此外,前期的实验研究发现7N01铝合金MIG焊焊接接头的自然时效强化能力存在明显的不稳定性,因此系统研究焊接接头Zn元素的扩散行为及其对焊接接头性能产生的影响,从而揭示影响7系铝合金焊接接头自然时效强化能力的主要因素,对高速列车车体制造用铝合金焊接接头的性能评价与寿命预估具有重要意义。本研究对取自高速列车枕梁的10mm厚7N01S-T5铝合金型材进行X形坡口加工,使用ER5356焊丝进行双面四道次MIG焊接,并利用OM、SEM、TEM、EPMA等微观组织表征和微区成分分析手段对焊接接头的显微组织及接头各区Zn浓度的分布规律进行研究,结合焊后自然时效不同时间接头的拉伸性能和显微硬度测试结果,重点研究了影响7N01S-T5铝合金焊接接头自然时效强化行为的主要因素及其对焊接接头力学性能的影响规律。7N01S-T5铝合金焊接接头的拉伸试样均断裂在焊缝区,焊缝区的显微硬度也为接头硬度的最低区域,表明焊缝区为接头的薄弱区。由焊接接头各区的显微组织特征可知,焊缝区为典型的铸造组织,晶粒粗大,且析出强化相粒子数量少,所以强度和硬度较低。靠近母材侧的熔合区发生了部分熔化,在快速冷却条件下形成了细小的等轴晶,强度和硬度较高。热影响区的淬火区中细小的第二相粒子在焊接过程中重新固溶到基体中,在自然时效过程中逐渐析出η’相,强度和硬度高于焊缝区,但由于析出强化相粒子析出不完全,硬度较母材低。焊接接头经自然时效后,接头的强度和显微硬度均有提高。在焊接过程中,熔池附近母材中的Zn元素向焊缝区发生了扩散,扩散到焊缝区的Zn元素在自然时效过程中形成GP区,并在人工时效后形成少量η’相,对焊缝区起到时效强化作用。但由于析出相数量极少,对焊缝区的时效强化能力有限,因此焊缝区的显微硬度在自然时效一个月左右已趋于稳定。热影响区的淬火区的Zn浓度比焊缝区高,自然时效强化能力较强,人工时效后,析出相粒子析出完全。焊接过程中,熔池附近的母材与填充金属共同参与了熔池的形成,母材对焊缝填充金属的“稀释”作用决定了焊缝区的Zn浓度,从而对焊接接头的力学性能产生影响。由于焊接试板的X形坡口特征,母材对焊缝区的不同焊接道次的“稀释”作用存在差异,第一道焊缝金属的“稀释”作用明显,即母材的混合比高,Zn浓度相对较高,自然时效强化能力强,致使中心层焊缝金属的抗拉强度高于上表层和下表层焊缝金属的抗拉强度,第一道焊缝金属的显微硬度高于其他道次焊缝金属的显微硬度,且自然时效后,第一道焊缝金属的强度和硬度提升明显。因此,焊接接头第一道焊缝金属所占焊缝区的比例是影响焊接接头自然时效强化能力的关键因素。