مقدارهای استحکام کششی و سختی منطقه‌های مختلف اتصال جوش شده از اهمیت بالایی برخودار است. در این پژوهش از یک روش ترکیبی شامل فرآیندهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی و جوشکاری آلتراسونیک برای اتصال لب به لب ورق‌های پلاستیکی از نوع ABS استفاده شده است. بدین منظور ارتعاشات آلتراسونیک عرضی به ابزار در حال چرخش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی اعمال می‌‌گردد و سپس اثر متغیرهایی مانند ارتعاشات آلتراسونیک، سرعت چرخش ابزار، سرعت پیشروی و قطر شانه ابزار بر استحکام کششی و سختی نمونه‌های جوش داده شده مورد بررسی قرار می‌گیرد. با توجه به تعداد پارامترها و سطوح مربوط به هریک، از روش طراحی آزمایش تاگوچی برای انجام آزمایشات استفاده شده و آرایه L18 انتخاب گردید. همچنین اثر پارامترها، به صورت اثر مستقل و متقابل مورد بحث و بررسی قرار گرفت. نتایج به‌دست آمده نشان داد که اعمال ارتعاشات آلتراسونیک بطور قابل توجهی استحکام کششی و سختی خط جوش را بهبود می‌بخشد. پس از ارتعاشات آلتراسونیک، سرعت چرخش ابزار، قطر شانه ابزار و سرعت پیشروی به ترتیب تاثیرگذارترین پارامترها بر استحکام کششی و سختی بودند. پس از بررسی اثر پارامترها بر خواص مکانیکی، از روش گری برای بهینه‌سازی و یافتن بهترین ترکیب پارامترها جهت دستیابی به بیشترین استحکام کششی و سختی استفاده شد. نتایج به‌دست آمده از بهینه‌سازی نشان داد که جوشکاری با اعمال ارتعاش آلتراسونیک، سرعت چرخشی 1200 دور بر دقیقه، سرعت پیشروی 60 میلی‌متر بر دقیقه و قطر شانه ابزار 22 میلی‌متر سبب رسیدن به بیشترین سختی و استحکام کششی اتصال بطور همزمان خواهد شد.