Sachverhalt:
A. Mit Verfügung vom 15. November 2006 sprach die IV-Stelle des Kantons Thurgau dem vollzeitlich erwerbstätig gewesenen N._ (Jhrg. 1968), nach Durchführung verschiedener medizinischer Abklärungen (worunter die Perizia Pluridisciplinare del Servizio X._ vom 21. Februar 2006 [im Folgenden: Gutachten des SAM]) ab 1. September 2004 eine Viertelsrente zu. In Gutheissung der dagegen erhobenen Beschwerde wies die AHV/IV-Rekurskommission des Kantons Thurgau mit Entscheid vom 21. August 2007 "die Sache zur Vervollständigung der Abklärungen und anschliessender Neuverfügung im Sinne der Erwägungen" an die Verwaltung zurück. In den Erwägungen wurde festgehalten, welche Erwerbstätigkeiten dem Versicherten angesichts der feststehenden gesundheitlichen Beeinträchtigungen offen ständen, sei mit weiteren arbeitsmarktlichen Massnahmen festzustellen. Mit Revisionsgesuch vom 27. September 2007 und Eingabe vom 17. September 2008 machte der Versicherte unter Auflage von ärztlichen Auskünften eine Verschlimmerung des Gesundheitszustands geltend, die eine 75%-ige Arbeitsunfähigkeit zur Folge habe. Die IV-Stelle gewährte Berufsberatung sowie Abklärung der beruflichen Eingliederungsmöglichkeiten (Mitteilung vom 2. November 2007 und Case Report vom 17. September 2008), holte Stellungnahmen des Regionalen Ärztlichen Dienstes (RAD) ein (Case Report vom 10. Januar 2008) und sprach dem Versicherten nach durchgeführtem Vorbescheidverfahren erneut eine Viertelsrente gestützt auf einen Invaliditätsgrad von (aufgerundet) 41% zu (Verfügung vom 25. September 2008).
B. Die hiegegen eingereichte Beschwerde, mit welcher weitere Arztberichte, auch von der IV-Stelle, aufgelegt wurden, wies das Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau ab (Entscheid vom 20. Mai 2009).
C. Mit Beschwerde lässt N._ neue ärztliche Unterlagen einreichen und beantragen, unter Aufhebung des vorinstanzlichen Entscheids sei die Sache zwecks zusätzlicher medizinischer und beruflicher Abklärungen an die IV-Stelle zurückzuweisen, wobei "die Ergebnisse des bei der SUVA pendenten Einspracheverfahrens bzw. allfälligen Beschwerdeverfahrens abzuwarten ..." sei; eventualiter sei ab 1. September 2004 eine ganze Invalidenrente zuzusprechen. Ferner wird um unentgeltliche Rechtspflege für den bundesgerichtlichen Prozess ersucht.
Die IV-Stelle des Kantons Thurgau schliesst auf Abweisung der Beschwerde. Das Bundesamt für Sozialversicherungen verzichtet auf eine Vernehmlassung.
Erwägungen:
1. Soweit der Beschwerdeführer im Hauptbegehren eine Sistierung des bundesgerichtlichen Verfahrens verlangt, indem das Ergebnis des unfallversicherungsrechtlichen Prozesses abzuwarten sei, ist dieses abzuweisen. Wie die Vorinstanz zutreffend festgestellt hat, besteht nach der Rechtsprechung (BGE 133 V 549) keine Bindungswirkung der Invaliditätsschätzung der Unfallversicherung für die Invalidenversicherung.
2. 2.1 Die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten (Art. 82 ff. BGG) kann wegen Rechtsverletzung gemäss Art. 95 und 96 BGG erhoben werden. Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (Art. 105 Abs. 1 BGG). Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz nur berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1 BGG in Verbindung mit Art. 105 Abs. 2 BGG). Das Bundesgericht prüft grundsätzlich nur die geltend gemachten Rügen (BGE 133 II 249 E. 1.4.1 S. 254).
2.2 Die im bundesgerichtlichen Verfahren eingereichten, an die Adresse der Rechtsvertreterin des Beschwerdeführers gerichteten Auskünfte der Dres. med. G._, FMH für Innere Medizin, speziell Rheumakrankheiten, vom 29. Juni 2009 und H._, Facharzt für Orthopädische Chirurgie und Traumatologie des Bewegungsapparates vom 14. Juni 2009 stellen entgegen der Auffassung des Beschwerdeführers unzulässige Noven im Sinne des Art. 99 Abs. 1 BGG dar. Zu der darin geäusserten Kritik am Gutachten der SAM vom 21. Februar 2006 sowie dem Bericht des Dr. med. M._, Facharzt für Chirurgie FMH, Kreisarzt der SUVA vom 24. März 2009 nahm das kantonale Gericht aufgrund der vorgelegten Akten einlässlich Stellung, weshalb kein Anlass bestanden hat, im letztinstanzlichen Verfahren neue Beweismittel einzureichen.
3. Im angefochtenen Entscheid werden die Bestimmungen und Grundsätze über die Begriffe der Invalidität (Art. 8 Abs. 1 ATSG; Art. 4 IVG) und der Arbeits- und Erwerbsunfähigkeit (Art. 6 Satz 2 und Art. 7 ATSG), die Voraussetzungen und den Umfang des Rentenanspruchs (Art. 28 Abs. 1 IVG), die Bemessung des Invaliditätsgrades bei erwerbstätigen Versicherten nach der Einkommensvergleichsmethode (Art. 16 ATSG in Verbindung mit Art. 28 Abs. 2 IVG; BGE 130 V 343 E. 3.4.2 S. 349), die Aufgabe des Arztes oder der Ärztin im Rahmen der Invaliditätsbemessung (BGE 125 V 256 E. 4 S. 261) sowie den Beweiswert und die Würdigung ärztlicher Berichte und Gutachten (BGE 125 V 351 E. 3a S. 352) zutreffend dargelegt. Darauf wird verwiesen.
4.1 4.1.1 Die Vorinstanz berief sich bei der Beurteilung des Gesundheitszustands und der Arbeitsunfähigkeit zunächst auf die Erwägungen im Rückweisungsentscheid der AHV/IV-Rekurskommission des Kantons Thurgau vom 21. August 2008. Diese gelangte zum Schluss, dass das Gutachten des SAM vom 21. Februar 2006 in allen Teilen beweistauglich sei. Danach litt der Versicherte mit Einfluss auf die Arbeitsfähigkeit an einem chronischen lumbovertebralen Syndrom sowie an einer Chondrose im Bereich der rechten Kniescheibe; keine Einschränkungen ergaben sich aus der Periarthropathia humeroscapularis im Bereich der rechten Schulter sowie der psychiatrisch diagnostizierten somatoformen Schmerzstörung. Dem Versicherten waren körperlich leichte, rückenschonend und wechselbelastend ausübbare Tätigkeiten, ohne Notwendigkeit, auf unebenem Gelände Lasten über 10 bis 15 kg tragen oder heben sowie auf Leitern steigen oder auf Gerüsten arbeiten zu müssen, im Rahmen eines vollen Rendements zu mindestens 70% zumutbar. Dieser Sachverhalt hat sich laut weiteren Erwägungen des kantonalen Gerichts bis zu dem für die richterliche Überprüfung massgeblichen Zeitpunkt bei Erlass der Verwaltungsverfügung vom 25. September 2008 nicht in revisionsrechtlich erheblicher Weise geändert.
4.1.2 Der Beschwerdeführer bringt wie schon im vorinstanzlichen Verfahren zum einen vor, er sei medizinisch aus rheumatologischer Fachrichtung nicht begutachtet worden, weshalb die Expertise des SAM in Frage zu stellen sei. Dr. med. G._ halte in den vorgelegten Berichten klar fest, dass den geklagten Beschwerden einzig eine rheumatologische Exploration gerecht werde. Zum anderen habe sich der Gesundheitszustand seit der Begutachtung durch die SAM-Ärzte erheblich verschlechtert.
4.2 Bezogen auf die medizinischen Grundlagen der Invaliditätsbemessung handelt es sich bei den vorinstanzlichen Feststellungen zum Gesundheitszustand und der Arbeits(un)fähigkeit grundsätzlich um Entscheidungen über eine Tatfrage (BGE 132 V 393 E. 3.2 S. 398), die letztinstanzlich nur darauf überprüft werden können, ob sie offensichtlich unrichtig, unvollständig oder in Verletzung wesentlicher Verfahrensbestimmungen erfolgt sind. Dasselbe gilt für die Frage, ob sich eine Arbeits(un)fähigkeit in einem bestimmten Zeitraum in revisionsrechtlich relevanter Weise verändert hat (Urteil 8C_64/2007 vom 26. März 2008 E. 1.2 mit Hinweis). Unter diesen Prämissen sind die Einwände des Beschwerdeführers zu würdigen.
4.3 Die Schlussfolgerungen der AHV/IV-Rekurskommission (Rückweisungsentscheid vom 21. August 2008) beruhen auf einer umfassenden, sorgfältigen und inhaltsbezogenen Beweiswürdigung (Art. 61 lit. c ATSG; vgl. auch BGE 132 V 393 E. 4.1 S. 400). Insbesondere nahm sie Stellung zu der von Dr. med. G._ im Bericht vom 6. Mai 2007 erwähnten leichten Arthritis im Bereich des Iliosakralgelenks und hielt fest, dass die SAM-Gutachter eine entzündliche Ursache im Sinne eines Morbus Bechterev diskutiert und verworfen hatten. Andere weichteilrheumatische Befunde ergaben sich aus den nachfolgenden, im vorinstanzlichen Verfahren eingereichten Stellungnahmen des Dr. med. G._ nicht (vgl. Berichte vom 20. September 2007 sowie 31. März und 23. Oktober 2008). Vielmehr bestanden die von diesem Arzt genannten gesundheitlichen Beschwerden, wie das kantonale Gericht im angefochtenen Entscheid zutreffend ausführt, im Wesentlichen schon vor der Begutachtung des SAM im Januar 2006 und wurden von diesem bei der Beurteilung des Gesundheitszustands und der Arbeitsunfähigkeit berücksichtigt. Der Beschwerdeführer legt denn auch nicht plausibel dar, inwiefern von der beantragten zusätzlichen rheumatologischen Begutachtung neue Erkenntnisse in Bezug auf den Gesundheitszustand und zumutbare Arbeitstätigkeiten zu erwarten sind. Er übersieht, wie die Vorinstanz weiter zutreffend feststellte, dass Dr. med. G._ bei seiner vom Gutachten des SAM abweichenden Einschätzung der Arbeitsunfähigkeit die psychiatrisch erhobenen Befunde, die einen erheblichen Faktor bei der Beurteilung der subjektiv erlebten Beeinträchtigungen bildeten, ausser Acht liess. Eine Auseinandersetzung mit der Rechtsprechung zu den somatoformen Schmerzstörungen (BGE 131 V 49, 130 V 352) lässt der Beschwerdeführer denn auch vermissen. Fehl geht sodann die Rüge, der SUVA-Kreisarzt, auf dessen Bericht vom 24. März 2009 das kantonale Gericht weiter abstellte, habe die Beschwerden im rechten Kniegelenk nicht beurteilt und die Frage nach einer Verschlimmerung der unfallbedingten femoropatellären Gonarthorse unbeantwortet gelassen. Die von Dr. med. M._ in Kenntnis der radiologischen Aufnahmen vom 8. September 2008 und der von Dr. med. I._, Facharzt für Orthopädische Chirurgie FMH am 19. September 2008 durchgeführten Arthroskopie (Teilsynovektomie und Reduktion des Hoffa-Fettkörpers; Resektion von störenden Vernarbungen) anlässlich der Untersuchung vom 10. März 2009 erhobenen Befunde ergaben im Vergleich zu denjenigen vom 29. Oktober 1996 keine wesentlichen Veränderungen. Weiter ist darauf hinzuweisen, dass der Beschwerdeführer laut Angaben des Dr. med. G._ vom 31. März 2008 im Bereich der rechten Schulter ("Periarthrosis humeroscapularis") weitgehend beschwerdefrei war. Schliesslich kann auch den vorinstanzlich eingereichten Auskünften des RAD vom 7. November 2008 keine seit der SAM-Begutachtung vom Januar 2006 eingetretene erhebliche Verschlimmerung des Gesundheitszustandes entnommen werden. Insgesamt ist der angefochtene Entscheid hinsichtlich der Feststellungen zum Gesundheitszustand und der Arbeitsfähigkeit nicht zu beanstanden.
4.4 Zu prüfen bleibt die Invaliditätsbemessung. Die IV-Stelle legte in der Verfügung vom 25. September 2008, wie die Vorinstanz zutreffend festhält, gestützt auf das von den SAM-Gutachtern festgehaltene Arbeitsprofil schlüssig dar, dass dem Versicherten auf dem ausgeglichenen allgemeinen Arbeitsmarkt ein genügend breites Angebot an Arbeitsstellen offen steht. Der Beschwerdeführer übersieht mit seinen Einwänden, dass an die Konkretisierung von Arbeitsgelegenheiten und Verdienstaussichten nicht übermässige Anforderungen zu stellen sind (Urteile 9C_744/2008 vom 19. November 2008 E. 3.2 und 9C_236/2008 vom 4. August 2008 E. 4.2). Unbestritten ist, dass das Invalideneinkommen anhand der vom Bundesamt für Statistik herausgegebenen Lohnstrukturerhebung (LSE) für das Jahr 2004, Tabelle TA1, Total, Anforderungsniveau 4, Männer, hochgerechnet auf ein Jahreseinkommen und auf die betriebsübliche wöchentliche Arbeitszeit (Fr. 57'396.-), zu bestimmen ist. Das kantonale Gericht gewährte darauf einen Abzug nach Massgabe der Grundsätze von BGE 126 V 75 von 10%, mit dem Hinweis, dass der Versicherte nur noch leichte Tätigkeiten auszuüben vermöge. Der Beschwerde ist nicht zu entnehmen, inwiefern damit das der Vorinstanz zustehende Ermessen rechtsfehlerhaft ausgeübt wurde (vgl. BGE 132 V 393 E. 3.3 S. 399). Anderseits ist nicht nachvollziehbar, weshalb das kantonale Gericht in Bestätigung der Verwaltungsverfügung die massgeblichen Vergleichseinkommen für das Jahr 2004 (Rentenbeginn im September 2004) an die Nominallohnentwicklung bis zum Jahr 2006 angepasst hat. Allerdings ergibt eine korrekte Berechnung bezogen auf das Jahr 2004 ebenfalls einen unter 50% liegenden Invaliditätsgrad, weshalb das vorinstanzliche Ergebnis zu bestätigen ist.
5. Das Verfahren ist kostenpflichtig (Art. 62 Abs. 1 Satz 1 in Verbindung mit Art. 65 Abs. 1 und Abs. 4 lit. a BGG). Die Gerichtskosten sind dem Beschwerdeführer als unterliegender Partei aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 Satz 1 BGG).
6. Dem Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege (vorläufige Befreiung von der Bezahlung der Gerichtskosten und Bestellung einer unentgeltlichen Anwältin) kann stattgegeben werden, da die Bedürftigkeit ausgewiesen ist, die Beschwerde insgesamt betrachtet nicht als aussichtslos zu bezeichnen ist und die Vertretung durch eine Rechtsanwältin geboten war (Art. 64 Abs. 1 und 2 BGG; BGE 125 V 371 E. 5b S. 372 mit Hinweisen). Es wird indessen ausdrücklich auf Art. 64 Abs. 4 BGG aufmerksam gemacht, wonach die begünstigte Partei der Gerichtskasse Ersatz zu leisten haben wird, wenn sie später dazu imstande ist.
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Dem Beschwerdeführer wird die unentgeltliche Rechtspflege gewährt.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 500.- werden dem Beschwerdeführer auferlegt, indessen vorläufig auf die Gerichtskasse genommen.
4. Rechtsanwältin Dr. Barbara Wyler, Frauenfeld, wird als unentgeltliche Anwältin des Beschwerdeführers bestellt, und es wird ihr für das bundesgerichtliche Verfahren aus der Gerichtskasse eine Entschädigung von Fr. 2'800.- ausgerichtet.
5. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau, dem Bundesamt für Sozialversicherungen und der Pensionskasse der sia Abrasives Holding AG schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 9. März 2010
Im Namen der I. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Ursprung Grunder