Apuntando al problema del deterioro de las propiedades de las uniones soldadas de aleación de titanio beta debido a muchos defectos de porosidad y granos gruesos, se utilizó la tecnología de soldadura láser asistida por ultrasonido con multi-vibrador (M-ULW) para mejorar la estructura y propiedades de las uniones soldadas de aleación de titanio beta. Se estudiaron la evolución de la microestructura, la resistencia a la tracción, la elongación y el comportamiento de fractura de la unión soldada a través de microscopía electrónica de barrido, difracción de electrones retrodispersados y una máquina de ensayos universal. Los resultados muestran que la vibración ultrasónica no tiene efecto en la composición de fase de las soldaduras de aleación de titanio durante la soldadura láser asistida por ultrasonido. Sin embargo, provocó que todos los granos en la soldadura se transformaran en granos equiaxiales, y cuanto mayor era la amplitud, más finos y uniformemente distribuidos eran los granos equiaxiales. Cuando la amplitud ultrasónica alcanzó 20 m, los finos cristales equiaxiales estaban distribuidos uniformemente en toda la soldadura, y el tamaño promedio de grano de la soldadura era de 56.15 um, que es solo un tercio del de la unión soldada láser no ultrasonificada. El refinamiento ultrasónico hace que el tamaño de grano de la unión disminuya, debilita el tejido de dirección {200} de la aleación de titanio beta, aumenta la densidad de dislocaciones dentro de la soldadura; y aumenta la resistencia a la tracción de la unión soldada. La resistencia a la tracción de las uniones soldadas superó la del material base en 907 MPa, y la elongación se incrementó significativamente en un factor de 1.8 en comparación con la de las uniones soldadas láser no ultrasonificadas, lo que resultó en un desplazamiento de la ubicación de fractura del centro de la soldadura a la zona afectada por el calor.