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本发明公开了一种大直径薄壁圆管精密激光焊接组合夹具，包括支撑主轴、后定位盘、前定位板、径向定位夹紧装置总成和轴向调节装置；支撑主轴的后端轴向定位安装在圆盘结构的后定位盘的轴心位置、且支撑主轴与后定位盘滚动配合安装；径向定位夹紧装置总成安装在后定位盘与前定位板之间的支撑主轴上，包括至少两套前后间隔设置的径向定位夹紧装置和定位设置在相邻两套径向定位夹紧装置之间的中隔套；轴向调节装置设置在径向定位夹紧装置总成的前后两端。本发明能够在满足高定位精度、便于激光焊接的前提下实现一次装夹定位即可完成所有多节筒体的对接焊接，特别适用于同轴度有严格要求的大长径比薄壁筒体结构工件的激光焊接工序。