本发明公开了一种膜式水冷壁机器人堆焊系统，包括爬行机构以及设置在爬行机构上的堆焊平台，还包括机器人；其中，爬行机构包括对称设置的立杆以及用于驱动堆焊平台在立杆上沿纵向移动的驱动装置；堆焊平台上沿水平向铺设有安装座，安装座上设有相对安装座移动的安装板，机器人固定在安装板上，安装板上还设有用于驱动安装板沿着安装座水平向移动的驱动机构，堆焊平台上还设有快换装置，快换装置上放置有焊枪和激光扫描装置，机器人通过快换装置在焊枪和激光扫描装置之间切换连接。本发明堆焊系统通过纵向爬行机构和横向平移机构实现了对大尺寸膜式水冷壁表面进行堆焊，相比于人工堆焊，本发明堆焊系统在降低劳动成本的同时还提升了焊接效率。