随着大型焊接结构在造船、水利、火电、建筑、压力容器、石油化工、工程机械等领域的需求增多，厚板多层多道焊的应用越来越普遍。目前，国内的厚壁结构一般采用手工电弧焊与半自动化焊接，焊接机器人在厚壁结构的焊接中应用不多。其主要原因是在国内应用较多的示教型焊接机器人很难实时补偿多层多道焊时，母材和焊缝的变形、工件的加工误差以及焊接过程中干扰的影响。为了使焊接机器人对厚壁结构产品具有良好的焊接质量和工艺适应性，研究精确的焊缝跟踪技术是关键。为此，深入研究厚壁结构的焊缝自动跟踪技术必将为自动化焊接技术在大型钢结构领域中的应用带来积极和深远的影响。本文将摆动电弧传感技术应用在厚壁结构的多层多道焊焊缝跟踪中。首先针对V型坡口多层多道焊的二种典型的焊道形式，对焊缝形状进行预测与简化，分别建立了这两类焊缝的摆动电弧弧长数学模型；以Matlab/Simulink为平台建立了摆动电弧传感的仿真模型，对电弧扫描时的焊接电流信号进行了仿真分析，结合焊接试验，研究了焊缝偏差、焊枪倾角与摆幅等主要参数对焊接电流的影响规律,仿真结果与试验结果相符。研制了满足多层多道焊焊缝跟踪要求的焊接摆动器，提出了一种新型的摆动电弧位置检测方法，设计了相应的摆动电弧位置检测装置及其硬件电路；采用Proteus电路仿真软件对位置检测电路进行了仿真分析、调试、优化，并确定了电路参数；实际电路试验表明：该方法可以产生稳定、精确、满足系统要求的定位脉冲。根据多层多道焊的二种典型焊道的摆动电弧传感模型，提出了一种基于摆动电弧的多层多道焊的焊缝偏差识别方法。试验证明：该方法算法简单且易实现，能有效解决V型坡口多层多道焊焊缝自动跟踪的难题，为弧焊机器人厚板焊接实现多层多道焊的焊缝自动跟踪提供理论依据。建立了一套以厚板V型坡口为试验对象的焊缝跟踪系统平台,实际焊缝跟踪试验结果表明：该系统在厚板V型坡口多层多道焊时，可以正确的进行偏差识别，工作稳定，焊缝跟踪精度满足多层多道焊焊缝的焊接要求。