本发明属于激光焊接技术领域，尤其涉及一种大尺寸金属夹层结构的自动激光焊接装置,包括底部工装与机器人摇臂，底部工装的顶面放置有下面板，底部工装的顶面设置有第一限位机构，下面板的相对两侧通过第一限位机构限位，底部工装的顶面从下至上依次设置有第二限位机构、上面板与第三限位机构，第二限位机构内夹持有若干芯子，通过第二限位机构限位将若干芯子接触设置在下面板的顶面，上面板通过第三限位机构限位在若干芯子上，第三限位机构连接在第二限位机构上方，机器人摇臂位于底部工装的一侧，机器人摇臂的一端连接有焊接机构，焊接机构的焊接端穿过第三限位机构与上面板的顶面对应设置，焊接机构的焊接端能够根据上面板的平整度自行调节。