熔化极气体保护焊（GMAW）是目前工业生产中应用最为广泛的焊接方式之一。为了减少保护气资源消耗、提升焊接质量和改善焊接环境,本文采用理论分析、数值计算和实验验证的方法,从优化喷嘴结构角度出发,对减小保护气用量展开系统研究,主要研究内容如下:（1）基于气体扩散理论,将保护气喷射等效为大气中连续泄露源的气体扩散行为,建立了有侧风和无侧风条件下保护气体扩散的数学模型,并由焊缝和熔池的形貌计算出有效保护范围,进而推导出最小保护气流量。（2）采用Workbench-Fluent平台对保护气流场仿真计算,利用CFD云图确定了保护气流场质量的评判指标。通过对多种喷嘴结构的综合分析,在减少保护气用量和提高焊缝质量方面,螺旋和扩散喷嘴结构优势明显,进而设计了三种不同结构的螺旋扩散喷嘴,并确定出影响保护气流场评价指标的关键参数及其取值范围。（3）基于Isight软件对三种螺旋扩散喷嘴结构进行AGMA多目标参数优化,采用最优拉丁超立方试验方法采取样本点数据,应用响应面法建立近似模型并进行精度验证和误差分析,得到各喷嘴的最优结构参数。通过CFD仿真验证与普通直径喷嘴的对比,得出各螺旋扩散喷嘴的优化改进值和气体缩减量等参数的百分比。同时,对单、双螺旋结构的喷嘴通过CFD仿真进行了比较,表明双螺旋结构更优。（4）3D打印出三种新型双螺旋扩散喷嘴,对Q235和A36钢进行80%Ar+20%CO₂混合保护气焊接试验。依照国家标准做出标准样件,进行拉伸试验和冲击试验,并对焊缝硬度和金相组织平均晶粒等级进行了分析。实验结果与仿真优化结果一致。本研究得到了江苏省研究生实践创新计划“GMAW保护气最小用量及喷嘴结构参数优化的研究”（SJCX18₀736）的支持。本论文优化的焊枪喷嘴结构和对焊接保护气减量的研究,对焊接领域的机理研究和工程应用具有一定的指导意义和参考价值。