CO₂气体保护焊是一种廉价高效的焊接方法，在焊接领域中的应用越来越广泛。本文首先介绍了CO₂气体保护焊发展的历史，并针对其在国内外发展的现状作了相应研究，简要说明了本文的主要研究内容。为了更好的研究和设计CO₂气体保护焊焊接电源，分别对CO₂气体保护焊弧长模型、非线性负载模型和电源-负载模型作了相应研究，建立了基于MATLAB/Simulink下的仿真模型。为了实现CO₂气体保护焊的全数字化设计和研究，本文从电源电路的数字化、控制电路的数字化和人机交互电路的数字化三个方面对CO₂气体保护焊焊机的设计进行了分析。在主电路的数字化设计中采用了全桥逆变式的拓扑结构，并对其主要器件IGBT的选择和高频变压器的设计所涉及的主要参数进行了详细的计算分析；在控制电路数字化设计过程中，采用了数字信号处理器DSP加ARM内核的MCU的双处理器模式，分别从软、硬件两方面介绍了控制电路的设计与实现；在人机交互电路数字化的设计中，主要介绍了矩阵键盘和数码管的硬件电路设计和软件编程。在焊接电源的主要控制系统设计中，本文从理论出发，详细分析了焊接过程中短路过渡过程及在此过程中的电弧能量和状态的变化，分析了电弧飞溅产生的机理和抑制飞溅产生的控制策略。提出了采用双环控制的系统架构:分为以PI控制为主的电压外环和以神经网络PI算法为主的电流内环。神经网络算法与传统PI算法的结合从一定程度上克服了电弧负载的非线性和强时变性特征。通过实验，对该焊机各组件进行了分析，证实了各模块的可行性和有效性，同时总结得出本系统具有很强的可扩展性。通过实际的焊接操作得到了焊接时的电流、电压波形，同时证明：本文设计的CO₂气体保护焊焊接电源，在焊接时产生的飞溅明显减少，电弧燃烧更稳定，焊接效果更佳。