本发明公开了一种圆形横截面不规则腔体内壁的堆焊装置及其堆焊方法，所述装置包括连接臂机构A、变位器、操作机和带极堆焊机头，所述连接臂机构A包括操作机连接接头、操作机绝缘垫板、位置调节机构A、支撑臂A、位置调节机构B、支撑臂B、带极堆焊机头连接接头、带极堆焊机头绝缘垫板和焊带定位件，所述的位置调节机构A可以进行0°、45°和90°的角度调节，所述位置调节机构B可以进行0°-180°的角度调节。本发明在操作机和带极堆焊机头之间增加连接臂机构A，使得工件内腔体由过去的手工堆焊改为由带极堆焊设备自动堆焊，不仅降低了工人的劳动量，更降低了内腔堆焊工作时间约10倍左右，焊接的质量也比由人工堆焊提高了很多。