海洋油气资源的开采已成为我国能源可持续发展战略的重点，水下焊接技术将被广泛应用于海洋工程结构的建造及维修。目前水下焊接工艺已经得到大量研究，但在水下焊接设备防水系统方面的研究还有所欠缺。本文设计了以气体作为平衡介质的压力自平衡式防水系统结构，并对系统的工作性能进行了验证，讨论了各种因素对系统性能的影响。建立了基于单片机的压力自平衡式水下焊接设备防水系统，以LPC1768作为控制核心，包括AD转换模块、阀门驱动模块、单片机与PC机通信模块以及其他外围电路，能够实现对焊接压力舱内部压力的控制。利用LabVIEW编写了PC机用户界面和后台工作程序，实现了用户对防水系统的控制，使用户可以方便地获取系统工作状态数据，并能保存数据以用于实验后续分析。讨论了完全机械式的压力自平衡式焊接设备防水系统组成，设计了可以实现自动充气功能的进气阀，分析了进气阀的工作原理，并进行了进气阀组件的受力分析。建立了由两个压力舱组成的实验系统，可以模拟接近系统水下工作实际的环境。通过实验获取了基于单片机的防水系统的工作状态数据。实验数据证明基于单片机的防水系统可以比较准确的控制压力舱的内外压差。研究了进行充放气时压力舱内压力的变化过程，在容器体积不大的情况下，充放气过程可以视为绝热过程，充放气结束后气体变化过程为等容过程。证明了对压力舱进行充放气时，舱内温度会出现很大变化，对系统的控制效果存在较大影响。电磁阀的工作性能影响对内外压差范围的控制，工程中要求电磁阀有尽量小的动作时间。在相同压差控制范围条件下，随着舱内气压的降低，放气时间将增长。利用Simulink建立了进气阀的仿真模型。通过仿真获得了在稳定点处外界压力出现迅速变化时，与阀门性能相关的数据变化曲线。获得了在外界压力逐渐变化时，与阀门性能相关的数据变化曲线。研究了阀杆质量和阀门膜片上腔体积对阀门工作性能的影响。