铁素体不锈钢的耐高温氧化性能好、热膨胀系数小、密度小、重量轻并且价格低廉,目前被广泛的应用于汽车制造、压力管道、工业建筑、医疗器械等众多领域。针对汽车发动机铁素体不锈钢排气管的主要焊接生产工艺方法,钨极惰性气体保护焊（Tungsten inert gas,TIG）具有焊接质量高、焊接过程稳定和成本低等优点,尤其适合薄板结构的焊接,广泛应用于汽车生产制造。实际生产过程中不锈钢薄壁管是由不锈钢薄板经过多道辊轮弯曲、卷边加工成型的,因此不锈钢管在成型过程中处于约束状态,成型时的约束和压力状态会改变焊接过程的应力释放,进而影响焊后工件的残余应力与变形,最终影响焊后工件的稳定性与尺寸精度。不锈钢管焊接成型过程的相关数据不容易通过实验采集,因此借助有限元方法获得在外加压力与夹具约束影响下焊接过程中应力应变行为并揭示焊后残余应力的分布特征,对于调控焊后残余应力分布,实现低变形高质量焊接有着重要的指导意义。基于外加压力下409L铁素体不锈钢薄板TIG焊接物理过程的结构非线性综合考虑,通过计算效率更高的热-力顺序耦合计算方式并针对不同的电弧尺寸与行为,采用更符合实验结果的热源模型,建立了适用于外加压力状态的409L铁素体不锈钢薄板焊接TIG焊接的有限元数值模型。利用焊缝横截面形貌、HAZ热循环曲线、焊后挠曲线和焊后残余应力四个方面对温度场与应力应变场计算结果进行验证。验证结果表明,所建模型在误差范围内是可靠有效的,可以用于计算409L铁素体不锈钢薄板TIG焊接热力演变过程。数值分析了 10 MPa外加压力对1.2 mm厚409L铁素体不锈钢薄板TIG焊接温度与应力应变场的影响。焊接过程中,外加压力会增大焊件整体的压应力数值与面积,并且减慢相同时间内外加压力状态下的焊件拉应力出现。在400 s后焊接冷却完毕,外加压力会降低横向残余拉应力20 MPa并增大横向残余压应力10～15 MPa。外加压力会降低整体纵向残余应力3～13MPa,其数值略小于外加压力的数值。因此,外加压力可以使焊件的残余拉应力降低,残余压应力增大,可以有效的改善焊件表面的承载能力。以薄板有限元模型为基础,建立了 409L铁素体不锈钢薄壁管TIG焊接有限元模型,分析了管件外表面6.3°～173.7°与186.3°～353.7°范围内辊轮夹具的约束对管件焊后应力场演变与焊后残余应力分布的影响。夹具的约束会改变焊缝附近的残余应力,从10 MPa的环向残余压应力转变为170 MPa的横向残余拉应力。使焊件受约束区域从15 MPa的环向残余拉应力转变为70～78 MPa的残余压应力。轴向残余应力方面,夹具的约束会增大焊缝未约束区域的残余拉应力,数值为40 MPa,同时增大管件底端的残余压应力,平均数值为20 MPa。从焊件整体的残余应力分布来看,夹具的约束会使焊件在焊缝区域存在残余应力集中,降低其他区域的残余拉应力,增大残余压应力。同时焊接与冷却过程的夹具约束会限制焊件外表面在约束范围内的焊后变形并且改变焊缝未约束区域的变形方向,使自由变形下朝外变形5.2 mm的焊缝区域转变为朝管内变形2.3mm。